板料应力成形极限判据的有限元分析程序

为了解决在板料成形有限元数值模拟中以依赖于加载路径的应变成形极限为判据所存在的问题,以板料塑性变形时所遵循的应力应变转换关系、H ill二次厚向异性准则为计算模型,基于有限元商用分析软件DYNAFORM,开发了用于板料塑性成形工艺的以应力成形极限为判据的有限元分析程序。利用该程序分析了两种拉深件的有限元数值模拟结果,实现了用应力成形极限图作为判据对板料成形极限的预测分析。所开发的以应力成形极限作为判据的有限元分析程序为分析多道次板成形的成形极限提供了新的手段。     

各向异性板料成形极限面的研究

成形极限曲线(FLD)是表示板料成形性能的重要指标。由于板料各向异性的存在,导致了使用1条FLD来表示板料整个面内的成形极限存在很大误差。通过试验分析了板料面内的各向异性对板料应力和应变成形极限曲线的影响,研究了利用三维空间的成形极限曲面代替二维坐标下的FLD来表示材料整个面内的成形极限的方法,经过分析认为板料成形极限面可以为板料成形有限元仿真提供更准确的成形极限判据。     

板料拉伸失稳时的应变路径分析

采用图像识别技术,得到了板料成形试验中极限应变点的成形路径曲线。从成形路径的角度分析了成形极限图的形成,并比较了不同厚度及热处理方式对铝合金LY12塑性变形的影响。将Hill&MK理论与陈胡理论预测的成形极限及其路径与试验值进行了对比,试验结果表明:在板料失稳时淬火铝板的应变路径没有发生突变,而退火铝板在失效前,会产生一段应变漂移现象。理论与试验结果的对比可以看出,对于这两种铝合金材料来说,Hill&MK理论预测的成形极限更为接近实验数据。     

激光热应力板料成形角变形分析

为了精确预测板料直线扫描时的角变形,本文采用简化约束模型分析了板料的变形历史和应变产生机制,在加热区域内将激光热应力变形过程分为3种不同的情况:(1)板料上下表面仅产生弹性变形;(2)板料上表面产生弹性变形和塑性变形,下表面仅产生弹性变形;(3)板料上下表面均产生弹性变形和塑性变形。通过对热变形第一种情况进行分析,提出了最小移动能量密度的概念,并推导出了板料产生热变形所需要的最小移动能量;针对热变形第二和第三种情况分别建立角变形解析模型,试验结果验证了该模型具有较高的精度。     

钣料压延数值解

本文采用能量条件的硬化模式,考虑到钣料的厚向异性,导出了压延凸缘区和凹模圆角区数值解所需的理论方程以及压延拉伸失稳条件的数学表达式和压延拉伸失稳临界载荷计算公式,在此基础上,利用电子计算机求解了四种钣料(TA1—M、LY12—M、LF2—M、20钢)的压延载荷和极限压延系数。理论和实验结果取得了很好的一致性。     

圆环压缩的刚塑性有限元分析与应用

本文采用刚塑性有限元法分析圆环压缩,并与上限法分析和试验结果进行比较。结果表明,采用这种方法可以计算标定曲线,计算各种润滑剂的摩擦因素和压缩状态下材料的应力应变曲线,模拟圆环的变形和摩擦面的正压力分布。 本文还通过试验,求得四种高温润滑的摩擦因素和Ti-6Al-4V在不同条件下的应力应变曲线。     

基于符号计算的风洞试验测量不确定度评估

基于符号计算进行风洞试验测量不确定度分析可以实现实验数据处理公式及误差灵敏度系数的自动推导 ,采用该方法对ZSDD 1导弹标模风洞试验结果进行了定量的试验不确定度评估 ,计算得到的气动力系数精度极限与重复性试验得出的试验精度吻合良好 ,气动力系数偏离极限计算值通常是其精度极限的 3～ 4倍 ,其不确定度大约是其精度极限的 4倍。笔者所述分析方法和分析程序为定量评估风洞试验数据的可靠性提供了一种有效手段。     

宽板的塑性纯弯曲理论和回弹量计算

弯曲变形程度很大时,板料处于立体应力状态,这时厚度变薄,应力中性层与应变中性层分离。苏联学者E. H. 曾假定应力与应变之间无强化及线性强化关系建立了塑性纯弯曲理论,但由拉伸试验表明,材料在冷状态下的实际应力曲线与该假设相差较大,应当用应力与应变之间幂函数关系o_1=K_81~n来表示。本文作者就是采用该关系式求得三个主应力,应变中性层,应力中性层,弯曲后的厚度及弯曲力矩,弯曲功的计算公式。根据理论计算数据,为便于应用,将塑性纯弯曲分成三个阶段,①r_B≥5 ②1≤r_B≤5 ③r_B≤1。 文章最后得到卸载后回弹量计算公式,与试验结果符合。 初稿错误较多,后在张阿舟教授指导下改正,特表谢忱。     

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。     

带孔复合材料层板动态拉伸破坏的应变率效应

采用三维Hashin准则作为纤维束损伤判据,根据材料不同损伤模式制定相应的材料性能退化方案,并考虑应变率效应对材料的强度性能进行修正,建立含孔复合材料层合板的渐进损伤分析模型,模拟材料在不同应变率下的损伤破坏过程。通过动态拉伸试验,获得材料在不同应变率下的载荷-位移关系及孔边不同位置的时间-应变关系,讨论了应变率对材料拉伸性能的影响及试件孔边的应力集中情况。有限元分析结果与试验数据相一致,证明了本文所提出分析模型的正确性和有效性。     

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。     

复合纸板力学性能和应变率相关性测试与表征

为了研究复合纸板材料在不同应变率下的力学响应,利用万能材料试验机和高速率拉伸试验机进行了准静态和动态拉伸试验,同时利用高速摄像机和数字图像相关法(Digital image correlation,DIC)记录拉伸破坏过程和应变场。试验结果显示,纸板材料的拉伸力学性能和破坏机制具有明显的应变率相关性。随着应变率的增大,材料的拉伸强度显著增大,断裂应变在中应变率范围内也表现出明显的应变率效应。对比试验结果和3种应变率效应比表征模型的拟合结果,基于Cowper-Symonds表达式的表征模型,能够很好地描述纸板材料在中低应变率下的应变率效应。该模型对薄壁纸管能量吸收性能的模拟和理论研究,以及冲击防护结构设计提供了理论支撑。     

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。     

压力容器球底(或椭球底)翻边大开孔强度计算

计算及试验分析表明,对塑性性能较好的材料,以传统的最大应力点的表面最大应力作为基准,无法进行开孔的强度分析。根据结构受力特点及多年实践经验,提出了以翻边圆弧与理论法兰管相交点的环向中面应力作为开孔强度分析的基准,并引入了结构材料强度系数φ,从而提出了一种计算翻边开孔强度的方法,并给出了一组用于翻边开孔强度计算的曲线及半经验公式。本文还提出了翻边半径r_0越小、法兰管越长则开孔应力集中系数越大的观点。上述方法及观点均得到了试验验证。     

二维编织C／SiC复合材料高温拉伸性能研究

对二维编织C／SiC复合材料在1300℃高温氩气、湿氧环境下拉伸性能进行了实验,结合断口观察分析了其在拉伸载荷下的损伤和破坏机理。试验结果表明,二维编织C／SiC复合材料在高温氩气、湿氧环境下表现为非线性特征,通过对比发现,由于氧化作用,高温氩气环境下拉伸强度、破坏应变和比例极限均高于高温湿氧环境。断口观察表明,基体开裂、层间分层以及纤维和纤维束的断裂拔出是材料拉伸破坏的主要形式。     

几种钛合金和30CrMnSi钢的强制润滑拉深研究

本文介绍了强制润滑拉深的原理,提出了计算凹模腔内液体压力和拉深力的近似计算式,并用电测法所得试验结果作了比较。在试验中得到了三种钛合金和30CrMnSi钢板料的极限拉深系数。发现:几种钛合金在机械冲床上拉深性能很差,均出现毛料凸缘脆性破坏,但在低速油压床上的强制润滑拉深却很好。而30CrMnSi钢则是所试材料中拉深性最好者。     

粉末高温合金应变率及循环特性的试验研究

对ＦＧＨ９５粉末高温合金进行了３种温度下应变率跳级单向拉伸试验和５５０℃下控制应变的疲劳试验评定。分析了该材料在室温和高温下的应变率敏感性以及其循环应力应变特性，结果表明：ＦＣＨ９５是一种循环硬化材料，对应变率不甚敏感为进一步开展其粘塑性特性研究，建立这种材料的本构关系和粉末冶金涡轮盘的应力分析，寿命研究提供了试验依据。     

基于ABAQUS的附加角钢预应力装配框架中节点抗震性能研究

基于附加角钢预应力装配框架中节点抗震性能试验研究,运用ABAQUS软件对其进行数值模拟,并深入分析了不同因素对节点骨架曲线及极限荷载的影响。结果表明:有限元分析结果与试验结果吻合性较好,验证了本文所采用的有限元分析手段是可靠的;增加轴压比、有效预应力、混凝土强度等级在一定范围内可增强节点的承载能力,而梁普通纵向钢筋配筋率的增大对节点承载力影响不大。该研究可为附加角钢预应力装配式框架结构抗震设计提供参考。     

树脂基复合材料L型板承载性能及其破坏过程试验研究

本文针对树脂基复合材料L型板,为模拟其在典型机械载荷作用下的承载能力及破坏过程,设计了仅约束端部平动自由度的夹具,并借助楔形夹具,分别实现了端部可面内转动和固支两种夹持状态。首次采用数字图像相关、高速摄像和声发射技术相结合的监测方案,开展了典型机械载荷作用下L型板力学性能试验,同时获得了加载过程中试样的面内应变场、表面破坏过程、及内部损伤产生的声发射信号。试验结果表明,不同端部夹持方式下L型板的极限拉伸承载力略有差异,在内侧圆角处和外侧边缘试样先后发生破坏,其面内应变由对称分布转为非对称分布,并产生能量较大的声发射信号。L型板的压缩极限承载力低于拉伸极限承载力,仅在内侧圆角处产生破坏,沿宽度方向扩展并贯穿整个试样。     

假人空投试验六分量天平研究

依据救生伞假人空投试验中六分量应变天平的工作条件与载荷特点,确定了天平的设计载荷并完成了结构设计。针对实际应用中天平各种极限载荷情况,计算了天平各弹性元件的安全系数。对天平应力场进行了有限元分析,获取了天平整体应力分布状况。进一步对传统计算结果进行了验证,为天平结构设计提供了理论依据。