各向异性多轴近似应力应变分析方法研究及应用

用基于Neuber法则的各向异性多轴近似应力应变分析方法,计算了沿不同方向加载时,定向凝固合金DZ125和单晶DD6材料缺口构件,弹塑性应力应变分布以及应力集中处的弹塑性应力-应变响应.同时,将微分形式的、考虑了时间效应的Neuber法则拓展到各向异性多轴保载情形,给出了拉伸保载时缺口根部的应力-应变响应.计算结果显示,单轴循环模拟结果与试验数据吻合,缺口构件循环加载以及拉伸保载预测结果与物理实际相符.证明了基于Neuber法则的各向异性多轴应力应变分析方法,可用于国产定向凝固合金和单晶材料循环加载以及拉伸保载分析.      

三角机翼的热应力计算

本文根据В.И.Фигуровский方法, 给出了计算具有对称剖面的三角形机翼在任意温度分布下的热应力的公式。在本文中, 将Φигуровский方法加以发展, 以包括温度的效应。为了使所得的线性联立方程能具备更佳的求解条件并加快级数的收敛性, 作者将Фигуровскийй所提出的冪级数的形式作了一些改进。计算结果表明, 文中提出的新的级数形式是有成效的。给出了具有对称翼剖面的双梁三角形机翼 (蒙皮腹板均承受正应力) 在不均匀温度分布作用下的热应力计算的数值例题; 计算结果说明沿厚度方向温度分布不均匀的效应并不如预期的那么严重。     

光纤传感环圈骨架热应力仿真计算与实验研究

针对光纤陀螺温度问题,重点分析光纤传感环圈骨架的热应力效应.首先通过Ansys仿真计算,给出了铝合金、钛合金、碳纤维复合材料以及玻璃布板四种不同材料骨架随温度变化的应力大小;然后设计实验,将光纤中的温度应力效应和光纤环骨架引起的热应力效应区分开,通过应力分析仪测试,得出实际的热应力曲线,通过实验验证了仿真计算的准确性.在所测四种材料中,碳纤维复合材料的热应力最小,在120℃的温度范围内,仅有220με,其次是钛合金材料,铝合金产生的热应力则最大,在120℃范围内,达到6000με.根据仿真和实验结果相互印证,碳纤维复合材料最适合制作光纤环圈骨架,而通过附加缓冲层的方式可以优化铝合金骨架的温度性能.     

整体壁板结构弹塑性弯曲中性层位置分析

中性层位置是壁板结构设计和分析及其弯曲成型工艺的重要参数,工程上将截面形心作为弹塑性弯曲中性层位置的方法存在很大误差。通过弹塑性分析,考虑了材料塑性强化效应,建立了一种便捷的计算整体壁板结构弹塑性弯曲中性层位置的方法,并和数值仿真结果进行了对比,分析结果表明:弹性弯曲时,中性层位于截面形心;而进入塑性弯曲阶段,中性层位置随着弯曲半径的减小向蒙皮方向显著移动;在整体壁板常用的相对弯曲半径下(ρ/t≥10),壁板的变薄可以忽略不计,应力中性层和应变中性层几乎重合。     

加筋板声响应的解析分析

解析分析建立离散加筋板模型，探讨筋和板的应变／应力的关系。引入板的应力函数和横向位移函数，通过筋和板的应变协调条件，得到加筋的弯矩和膜力，忽略面内位移的影响，考虑加筋板结构总的能量，运用Hamilton变分原理推导出加筋板结构的运动控制方程，则可以得到由应力函数和横向位移函数两个变量表示的运动控制方程。对横向位移函数采用双级数假设，根据板的变形协调方程，得到应力函数的表达式，运用伽辽金方法，最终得到横向位移函数表示的动力控制方程，求解该方程得到横向位移函数，进而得到板上各点的应力／应变响应，并用于计算典型结构件的声响应（频率、戍力）分析。     

用比值法计算材料及其机件的疲劳损伤

提出了在非对称循环加载下描述材料弹塑性材料行为的损伤演变速率方程式与各个历程与不同损伤量DCi相对应的寿命NCi估算式。其方法是采用以塑性应变幅同弹性应变幅之比值ΔEp／Δεe作为应力应变参量，以常用的材料常数作为材料参数。而且，还提出了与常用材料常数、平均应力与平均应变、加载临界历程长短有着函数关系的综合性材料常数的新概念。此外，以汽车的某一零件为例，计算了它的疲劳损伤。其计算结果与Landgraf方程式计算结果一致，且计算精度较高。这对避免过多而重复的疲劳试验，对方便工程应用，对节约人力、时间和资金有着实际意义。     

同应力多危险部位失效相关轮盘疲劳寿命可靠度分析方法

提出了考虑失效相关性的同应力多危险部位轮盘应变疲劳寿命可靠度分析方法.引入广义强度和广义应力建立轮盘应变疲劳寿命可靠性模型,采用H-L法计算轮盘单失效部位可靠度.针对发动机轮盘常存在同应力多危险部位的特点,当考虑多失效部位相关性时,采用HohenbichlerM积分法对轮盘疲劳寿命可靠度进行计算.最后通过某轮盘应变疲劳寿命分析说明该方法的有效性.探讨了轮盘失效功能函数相关系数和应变寿命模型中材料随机变量相关系数关系,以及轮盘失效功能函数相关系数和轮盘疲劳概率寿命规律.      

不同力学边界下梯度功能材料板稳态热应力

用有限元法研究了由ZrO2和Ti-6Al-4V组成的梯度功能材料板的稳态热应力问题，检验了研究方法的正确性，给出了不同力学边界条件下该材料板的稳态热应力场分布。结果表明：无限自由长板内的热应力最小；当无限长板只能伸长、不能弯曲时，板内稳态拉应力最大，比无限自由长板时板内最大拉应力增大6．1倍；当无限长板的伸长、弯曲受限时，板内的压应力最大，比无限自由长板时板内最大压应力增大12．0倍；此外，材料组分形状分布系数M、对流换热系数、环境介质温度和孔隙度的变化对不同力学边界条件下该材料板稳态热应力场的影响显著。此结果为该材料的设计和应用提供了准确的理论计算依据。     

喉衬热结构数值分析

本文采用变分原理有限元法计算喉衬内部的温度、热应变和热应力分布及其随时间变化,并给出计算程序框图。与解析解相比,温度及应力计算具有相当的精度,工程计算亦取得良好效果。     

冲压发动机进气道楔形前缘体热应力分析

为研究拉压不同模量(以下简称双模量)冲压发动机进气道前缘体的热应力状态,在Ansys基础上,利用二次开发,得到了可分析具有双模量属性材料应力的模块。以ZrB2-SiC为材料的发动机前缘构件的ZrB2部分为研究对象,以来流马赫数6.0,总温1660K,总压2.85MPa为条件,经流场及热传导计算得到前缘体内部不均匀温度场。实验测得ZrB2材料在不同温度下的拉、压模量,其压缩模量为拉伸模量的两倍,将拉、压弹性模量以及计算的温度场导入到所开发的模块中进行热应力分析,得到此前缘体ZrB2部分的热应力分布状态。将此结果与不考虑双模量情况下进行流-固-热耦合分析得到的热应力分布曲线进行对比。结果表明,不考虑ZrB2材料的双模量属性的结果最大误差高达300%,严重超出了工程上的要求精度。对比结果说明了不同模量理论的重要性,同时证明了所开发的不同模量应力分析模块的工程实用价值。     

某型发动机火焰筒热弹塑性／蠕变应力分析

利用在研某型发动机燃烧室火焰筒起动加速过程中的壁温计算与热应力分析结果 ,考虑火焰筒温度载荷与内外壁面承受的气体压力差载荷 ,按轴对称模型 ,对该回流式短环形火焰筒用自动动态增量非线性分析有限元程序—ADINA程序 ,计算其三种不同工作状态下的热弹塑性 /蠕变应力 ,并分析应力沿火焰筒壁面的变化规律。     

航空透明聚氨酯胶片动态力学性能实验研究

对夹层玻璃中聚氨酯胶片的动态力学性能进行系统研究,可以为飞机和高铁风挡玻璃抗冲击性能的设计提供可靠的材料数据和模型。利用温度控制的Hopkinson拉、压杆试验装置和微型材料试验机(MTS5587)对聚氨酯胶片在-40~50℃温度范围、0.001~6 500s-1应变率范围内的力学行为进行了系统研究。结果表明:航空透明聚氨酯的力学性能具有明显的温度敏感性和应变率敏感性,随着应变率提高或温度降低,聚氨酯胶片的流动应力和割线模量也相应增加,表现出明显的应变率和温度效应,同时两者可能有一定的等效性。温度从-20℃下降到-40℃时,应力-应变曲线变化显著,表现出向玻璃态转变的特性。在0℃以上的温度时,同应变率下,动态拉伸应力-应变曲线的应力值要低于动态压缩曲线的应力值。而在温度低于0℃时,在同应变率下,动态拉伸应力-应变曲线的应力值则高于动态压缩曲线的应力值。     

材料非线性在折叠舵有限元计算中的运用

介绍了运用有限元方法对折叠舵进行了基于材料非线性的弹塑性分析。由于舵面上受到的载荷较大,超过材料的屈服强度,使接触区域材料进入塑性状态。如果进入塑性状态的范围过大,则结构将受到破坏,如果不采用弹塑性方法计算,而采用弹性方法计算,则舵的应力会更大,使舵面尖弦后缘点挠度变小,与试验值相比误差较大,不能忽略其材料非线性对变形计算的影响,本文考虑材料非线性的影响变形计算结果与实验结果吻合较好,因此,舵面变形最好使用弹塑性方法计算。     

考虑基体开裂的陶瓷基复合材料应力-应变曲线模拟方法及验证

提出了蒙特卡罗方法模拟陶瓷基复合材料基体随机开裂过程,采用剪滞模型描述了复合材料出现损伤时细观应力场,并推导得到了考虑基体开裂时复合材料拉伸应力-应变曲线计算公式.开展了室温环境下C/SiC复合材料的单轴拉伸试验,并将理论预测应力-应变曲线与试验结果进行对比.同时,采用该方法对SiC/CAS,SiC/Si₃N₄复合材料应力-应变曲线进行了模拟,并与国外提供的相关试验数据进行比较,发现两者吻合得较好,从而证实了蒙特卡罗法可有效地模拟考虑基体随机开裂过程的陶瓷基复合材料应力-应变曲线.此外,还分析了Weibull模量、残余热应力和初始开裂应力对应力-应变曲线的影响.研究表明:Weibull模量越大,应力-应变曲线非线性越明显;热残余应力越大,应力-应变曲线偏转越早,非线性越明显;初始开裂应力与Weibull模量对应力-应变曲线影响规律相似.      

大间隙集中传载结构强度分析方法研究

采用塑性材料本构及弹塑性面接触的非线性有限元算法,对大间隙集中传载结构进行了载荷分配、应力应变分布及破坏模式分析,给出了集中传载结构螺栓载荷分布函数、螺栓破坏模式、中截面弯曲应变分布及中截面剖面点应变随预紧力变化曲线,并与解析结果、试验结果进行对比.结果表明,解析计算结果偏于保守,非线性结果准确可靠,非线性有限元分析结果为大间隙集中传载结构强度分析提供了一种行之有效的方法,可用于大间隙集中传栽结构设计.     

材料疲劳循环特性研究

 本文提出用计算分析模拟疲劳实验得到循环应力-应变曲线。列举材料计算的循环应力-应变曲线与实验结果相符合。     

多轴应力状态下的局部应力应变近似计算方法及其应用

根据弹塑性力学基本原理 ,建立了单轴与多轴应力应变之间的关系 ,应用多轴Neuber法和Glinka法 ,计算了圆棒结构件应力集中处的应力应变 ,并与弹塑性有限元结果进行了比较 ,分析表明 :多轴应力状态下直接采用单轴近似算法会产生较大误差 ,采用多轴Neuber法及Glinka法计算得到的局部应力应变结果与弹塑性有限元结果比较接近。在此基础上 ,对航空发动机轮盘榫槽部位进行了局部应力应变计算分析     

基于大变形蠕变分析的持久寿命预测方法

提出一种基于真应力真应变弹塑性蠕变本构模型和大变形有限元分析的高温构件持久寿命预测方法.该方法利用以真应力-真应变表示的材料高温拉伸应力-应变曲线建立材料的弹塑性模型,基于蠕变曲线建立蠕变本构模型,并采用大变形有限元方法计算高温构件在给定载荷下的变形响应曲线,根据其响应曲线的变化趋势来确定构件持久寿命.通过TC11钛合金缺口试件500℃下的持久试验对上述方法进行验证,并与三种基于小变形分析的持久寿命预测方法进行对比.结果表明:本工作提出的方法可以较准确地预测TC11缺口试件的高温蠕变响应和持久寿命,其预测精度优于基于关键点断裂应变、缺口净截面平均有效应力以及骨点应力的小变形有限元分析的寿命预测方法.     

描述弹塑性材料损伤演变行为的3种计算方法的研究与应用

借助于双向组合坐标系,就弹塑性材料的损伤演变速率和寿命提出了3种计算方法.它包括:单参数法、比值法、乘积法,同时本文给出了许多新的计算方程,还提供了一个同各个常用材料参数有着函数关系的综合性材料常数的新概念.这些常用参数有:疲劳强度系数σ'f、疲劳强度指数b'1、疲劳延性系数ε'f、疲劳延性指数c'1、平均应力、平均应变和临界加载时间等等.用汽车的一个零件做了实例计算,并对计算结果进行了一些比较.预计这些计算方法对避免过多的疲劳试验,对节省疲劳试验的时间、人力和资金,对方便工程应用在某种程度上将有着实际意义.     

MTPS蜂窝夹芯结构传热性能及热应力分析

对于金属防热结构的蜂窝夹芯结构的稳态情况,基于材料的全灰体假设,同时考虑热传导和热辐射两种传热形式对温度场的耦合作用,利用热流量守恒建立了蜂窝芯层温度场的非线性积分方程。离散化后利用数值方法得到方程组的数值解。对于美国兰利研究中心的实验结果,与本文方法的对比计算结果基本吻合。进一步,利用计算结果讨论了给定面板温度边界情况下,下面板、柱体层的灰度、蜂窝结构长径比对夹芯温度场的影响。并根据温度场和近似的应力分析模型,用半解析结果讨论了稳态情况下蜂窝芯层上的热应力。