含孔层合板剩余强度估算的应力场强法工程简化模型

开孔的存在会显著地降低复合材料结构的强度。基于应力场强法的思想,提出了一个预测含圆孔复合材料层合板剩余强度的工程简化模型。采用大量试验数据,对本文提出的应力场强法模型与其他典型的特征距离法模型进行了评估分析。结果表明,应力场强法和平均应力准则法预测能力要优于点应力准则法和损伤区域准则法,应力场强法预测值与试验吻合程度略优于平均应力准则法。     

火焰筒壁面孔流量系数的试验研究

本文对火焰筒壁面孔的流量系数进行了试验研究。试验是在矩形试验件上进行的,模拟了燃烧室流动状态。对平面圆孔,不同翻边半径和翻边高度的翻边圆孔,在不同速度比 Va_1/VⅡ_1和加热比θ下进行流量系数试验研究。冷吹风状态和热态流量系数的最大差别在5～9％之间。将冷态下的流量系数 C_d 表示成流动参数 F_p 的关系。     

一种针对铆接结构进行疲劳寿命评估的新方法

提出了一种针对铆接结构进行疲劳寿命评估的新方法。首先,运用弹塑性理论模型求解出铆接造成的铆钉孔周边的残余应力。然后,通过三维弹塑性、接触非线性有限元分析(Finite element method,FEM),计算出载荷传递引起的铆钉孔周围的应力分布。将这两个应力场进行叠加,并将沿径向距离疲劳危险部位应力最大处特定距离的点的应力,对照相关材料的光滑试件S-N曲线进行插值,得到疲劳寿命的评估结果。新方法与应力严重系数法(Stress severity factor,SSF)法进行了对比,并通过试验验证了该方法的可行性和准确性。     

含孔边裂纹各向异性有限板的二维问题

应用边界元法，并结合一种特殊的复变函数基本解，研究了含孔边裂纹的各向异性有限板的应力强度因子修正系数的计算。这种特解边界元法避免了在裂纹附近划分单元，可以获得较好的数值计算精度。通过算例分析，结果表明本方法精度高，运算量小，具有一定的工程应用价值。     

复合材料层合板冲击后剩余强度的工程估算方法和有限元模拟分析

为研究复合材料层合板冲击后剩余强度(CAI)的计算,本文给出了两种方法:工程估算和有限元预测.工程估算是将受冲击损伤的复合材料层合板简化为正交各向异性带孔板,按照Nuismer-Whitney平均应力准则,计算正交各向异性带圆孔板的破坏强度.作为层合板冲击后剩余强度的估算值.有限元方法则是采用Hashin失效准则和Tan的刚度降准则,在ABAQUS软件中自编UMAT材料损伤子程序,进行带孔层合板的损伤强度预估分析.结果表明,工程估算方法和有限元方法的计算结果均与试验结果相差不大,两种方法均可作为工程中估算剩余强度的有效方法.     

火箭用高转速氢泵叶轮的非线性结构分析与改进

为研究氢泵叶轮在高速离心载荷下的非线性力学行为,并对结构进行优化,建立了叶轮的有限元模型。采用理想弹塑性和线性强化弹塑性材料模型计算应力应变状态和极限转速,应用安定理论分析叶轮安定极限载荷。结果表明:在工作转速下原始结构最大等效应力超过屈服强度,但最大主应变并未超过最大容许应变;回流孔形状改为椭圆以及增大叶片根部圆角半径,均能够降低局部最大应力;安定极限转速以及理想弹性模型和线性强化弹塑性模型对应的极限转速均高于工作转速,表明叶轮的安全裕度较高,应当引入弹塑性设计理念。     

加劲壳开口的强度刚度计算与分析

本文对火箭结构常见的几种大开口加劲结构在受压状态(包括蒙皮失稳)的应力、变形作了计算与分析,并作了试验验证,提供了简便的应力和开口框特征点变形的工程计算公式,为开口结构强度设计及口框变形补偿提供了依据。     

超低温环境下结构材料的应力—应变关系

本文系统介绍强度试验中结构材料在超低温环境下(通常指在-150℃以下)的应力—应变关系式,计算方法及其计算程序设计等问题。并以铝合金为例,对试验结果和理论计算进行了比较,结果比较满意。     

含孔复合材料层合板轴向拉伸三维有限元渐进失效分析

基于渐进失效分析方法,建立了带孔的三维有限元模型.该模型能有效计算应力集中区和自由边界区的应力以及层间应力,为渐进失效分析提供了可靠的基础.本文采用了修正的三维Hashin准则作为单元失效的判断依据,使用交互式退化模型对失效单元进行材料性能退化;同时研究了材料常数υ23值和刚度缩减系数(SCR)对失效载荷预测结果的影响;实现了失效扩展过程的仿真分析;计算了不同层合板的最终失效载荷,计算值与试验值误差小于10%.     

混凝土靶侵彻计算的半经验法

在球形空腔膨胀理论基础上,通过不同强度混凝土材料的侵彻实验数据直接识别建立混凝土材料综合动态强度参数psd与混凝土材料无侧限压缩强度σ-b的经验关系式;从应力波表层损伤理论分析了混凝土表层“开坑区”的侵彻特性,提出“简化等效阻力线”的计算方法;指出球形空腔膨胀理论的阻力算式中取动阻力项系数B=1.5的合理性。理论分析和侵彻实验表明:本文方法适用于小弹侵彻混凝土靶、大弹侵彻混凝土靶和以混凝土材料为面层的部分多层复合靶的侵彻计算,克服了Forrestal半经验法的不足。     

疲劳S-N曲线预测的三维断裂力学方法

根据旋转弯典圆棒疲劳断口分析,给出了裂纹几何参量及应用强度因子随裂纹扩展的变化规律,采用考虑三维应力约束效应的断裂力学理论及常幅载荷下材料的疲劳裂纹扩展da/dN-ΔK曲线,得到了独立于试件几何形状和应力比的材料da/dN-ΔKeff基准数据,结合断口分析所得的应力强度因子以及材料da/dN-Δkeff数据,以三种旋转弯曲圆棒S－N（应力－疲劳寿命）曲线进行了预测,结果表明,本文预测的疲劳S－N曲线和试验的结果较为吻合,本文的S－N曲线断裂力学预测方法对确定结构全寿命具有实际指导意义,同时也揭示了发展疲劳断裂统一理论的可行性。     

金属材料循环应变硬化/软化瞬态响应的数学模型

本文讨论了金属材料循环硬化/软化瞬态响应特性,定量分析了在应力—应变响应中应力幅值(在对称应变控制下)的变化规律,给出了应力幅值变化的数学表达式。该式表明,应力幅值的变化不仅与材料性质和材料进入塑性变形范围的次数有关,而且还与应变幅值的大小有关。与已有的数学模型相比较,本文提出的模型与试验结果符合较好,并且无需拟合诸如循化硬化/软化系数这样的试验参数,因而可以节省大量的费用。此外,使用本文的模型由计算给出了瞬态过程中循环强度系数和应变硬化指数的变化规律,发现二者在寿命前半部分循环中变化很大,而在寿命后半部分循环中变化很小,这与试验得到的结果是一致的。     

开孔变刚度层合板压缩屈曲性能研究

针对开孔变刚度层合板,建立3种尺寸的层合板有限元模型,采用了线性屈曲、引入残余热应力的线性屈曲和引入初始缺陷的非线性屈曲的3种分析方法,研究了开孔层合板在压缩条件下的屈曲行为,并通过自动铺丝制造层合板进行试验对比,对3种方法的合理性进行了分析。结果表明,引入残余热应力的线性屈曲分析方法与试验结果最吻合,两者仅相差0.63%。基于该方法,讨论开孔层合板残余热应力分布特点和应力水平,得出了开孔层合板的应力分布云图和应力分布规律,计算出残余热应力对开孔复合材料层合的屈曲影响。结果表明,残余热应力对传统直线开孔层合板的屈曲载荷影响很小,仅提高了3.57%,但大大提高了变刚度开孔层合板的屈曲载荷,最多可达23.40%。说明纤维曲线铺放可以改变内部残余热应力的分布,提高整个开孔层合板承载压缩载荷的能力。     

贮箱箱底开孔无应力集中法兰环的设计及计算

在液体导弹貯箱箱底上,由于输送燃料和制造工艺的要求,通常需要开一个或多个园孔。受内压的貯箱,在开孔附近一般要产生显著的应力集中区,虽然该区域是局部的,但对底的承载能力却有明显的削弱作用。过去,由于缺乏经验,箱底开孔设计一度成了关键问题,为此曾作了不少试验研究工作。后来我们发现,对用塑性性能好的板材焊接而成的貯箱,其开孔加强采用无应力集中法兰环的结构型式,完全能满足设计要求。     

航天器结构可靠性安全系数设计方法研究

火箭、导弹等航天器结构安全系数是强度设计考虑的关键参数,是设计载荷与使用载荷的比值,通常考虑材料性能散差、载荷计算偏差、结构零部件的制造工艺水平和稳定性等。目前航天器结构强度校核基本沿用传统的确定性安全系数方法,这种方法简单、可靠,但是随着航天器总体设计技术的发展和国际商业航天市场竞争的白热化,结构减重需求日趋增强,对安全系数进行精细化设计成为了一个重要的研究课题。基于此,本文开展了基于结构可靠性的航天器结构安全系数设计方法研究,给出了基于应力强度干涉模型的可靠性安全系数设计方法和设计流程,提出了基于总体偏差概率设计的航天器飞行载荷变差系数确定方法,给出了基于试验和数值仿真的导弹强度变差系数工程设计方法,可实现航天器结构安全系数精细化设计、结构减重,对提升航天器总体性能和运载能力具有重要的意义。     

飞机强度计算绪言

飞机强度计算是一门密切结合飞机设计实践的应用科学。目的是协助设计人员寻求安全而又最轻的结构。安全意味着保证飞机在使用过程中不会造成结构的损坏或导致结构丧失使用性。 强度计算是在不断的设针实践过程中和在飞机失事的血的教训下逐渐累积和发展的。伴随着结构型式和结构材料的发展,强度计算的内容在不断的发展。 强度计算包括估计计算,设计计算,比较计算和核验计算。随着飞机设计工作的进展,不断的为设计人员找门路,提措施,比方案和鼓干劲。 事先的核验计算,包括(1)外载荷的确定,(2)构件的内力分析,(3)许用应力的确定和剩余强度系数的计算,以及其它一些特殊问题。 保证飞机的安全,不能单单依靠事先的计算,还要依靠事后的试验和实地使用的考验。试验除设计过程中进行的探索性和验证性试验外,包括试造性生产时的第一、二架飞机的静力试验,动力试验和试飞,以及成批生产时的静力试验。     

圆形复合材料易碎盖定向分离

研究了复合材料易碎盖分离体定向抛出的策略。通过改变局部薄弱区搭接厚度和保持部分分离体与法兰边不刻断两种方式控制薄弱区强度,设计了4种不同薄弱区结构分布形式的复合材料易碎盖。对于薄弱区采用了可失效的弹塑性本构建立了不同薄弱区结构分布形式的复合材料易碎盖的有限元模型,并进行了冲破过程的数值仿真。根据数值仿真结果制作了其中两种结构形式的易碎盖并进行了模拟冲破试验。计算与试验结果表明了通过改变薄弱区的强度实现圆形复合材料易碎盖侧抛方案的可行性。     

基于计算机实验设计方法的金属壳体吊耳部位结构优化设计

对某φ1m带吊耳结构的金属壳体建立了三维参数化模型。以计算机实验设计方法为基础,构建代理模型及目标驱动优化设计,选取影响吊耳部位结构受力形态的5个几何参数作为设计变量。同时,以带吊耳结构金属壳体总质量及Mises应力为目标函数对吊耳部位结构进行了优化设计。计算结果表明,优化后的吊耳部位结构形式协调,吊耳周边区域应力分布合理,总重比初始状态减小2%;相比其余几何尺寸,加厚区外径及开孔直径对优化结果影响更为重要。     

复杂应力状态下30CrMnSiA材料低周疲劳性能试验研究

30CrMnSiA材料属于调质钢,在淬火高温回火条件下表现出较高的强度和良好的韧性,被广泛应用于航空航天工业等各大领域。本文以30CrMnSiA材料为研究对象,开展不同应力水平和不同缺口尺寸的低周疲劳试验,重点研究缺口尺寸对低周疲劳寿命的影响规律。利用ABAQUS有限元软件计算了缺口应力集中系数。采用扫描电子显微镜(SEM)研究了30CrMnSiA材料的低周疲劳断裂机理。研究结果表明,缺口半径越小,应力集中系数越大,疲劳寿命越短。断口分析结果表明,缺口试样裂纹扩展区主要表现为穿晶断裂为主的断裂模式,局部可见大量的沿晶形貌,瞬断区呈现大量的韧窝。     

NF-6风洞洞体有限元计算与水压试验

简要介绍了西北工业大学翼型研究中心NF-6高速增压连续式风洞洞体基于有限元方法的应力应变静态和动态特性分析,并与风洞水压试验结果进行对比。结果表明,有限元计算中所采用的结构和边界条件简化方法合理可行,在数量级和变化趋势上,实测点和对应计算点的应变值比较一致,最大应力在材料的许用应力之内,实际风洞洞体及支撑是安全的,风洞的前三阶振动模态分析为风洞的安全运行提供了参考依据。