延性金属的断裂强度

由Griffith脆性断裂基础理论引伸,导出了延性断裂理论,求得含有穿透裂纹或表面裂纹非加劲平板结构断裂强度新的表达式。与常用的线弹性断裂力学使用一个材料参数不同,在表达式中使用两个材料参数。本理论独特之处在于两个参数可以由单向拉伸的应力一应变曲线求出;并且,对常用的结构金属,在很宽的裂纹尺寸范围内,应力超过或者低于金属屈服应力下,理论结果和试验数据相当符合。 A—半椭园表面裂纹临界面积,(πac)/2,in~2。(吋~2) Au—在σ=σ_U下半椭园表面裂纹临界面积,in~2。(吋~2) A—埃,0.394×10~(-8)in。(吋) a—半椭园表面裂纹的深度,in。(吋) a_U—在σ=σ_U下半椭园表面裂纹的深度,in。(吋) 2C—穿透裂纹或表面裂纹的长度,in。(吋) 2C_U—在σ=σ_U下穿透裂纹或表面裂纹的长度,in。(吋) 2C_L—在σ=σ_L下穿透裂纹或表面裂纹的长度,in。(吋) E—拉伸时的杨氏模量,Psi(磅/吋~2) h—滑移带的有效高度,in。(吋) h_F—裂纹前缘变形区城的有效高度,in,(吋) h_U—裂纹前缘附近变形区域的有效高度,in。(吋) K_O—线弹性平面应力或混合型的断裂韧性,Psi in~(1/2)。(磅/吋~(3/2)) K_(1C)—线弹性平面应变断裂韧性,Psi in~(1/2)。(磅/吋~(3/2)) K_(TC)—具有中心穿透裂纹的薄板或平板的断裂靱性,Psi(in)~(1/(2 ω)(磅/吋~((3 2ω)/(2 ω)) K_(pC)—具有中心表面裂纹的薄板或平板的断裂靱性,Psi(in.)~(1/(2 ω)(磅/吋~((3 2ω)/(2 ω))) K—厚度参数 L_G—单向拉伸试验中所用的应变片长度,in。(吋) n—ε_(TP)之Ramberg—Osgood关系的指数 P—单位厚度塑性能吸收率,L bs/in。(磅/吋) T—产生单位面积新裂纹表面所消耗的能量,Lbs/in。(磅/吋) t—断裂试件厚度,in。(吋) t—单向拉伸试件厚度,in。(吋) t_o—平面应力断裂的最大厚度,in。(吋) U_E—可用于产生新裂纹表面的单位厚度弹性能,Lbs(磅) U_S—产生新裂纹表面时单位厚度所消耗的能量,Lbs(磅) U_P—塑性变形时单位厚度所消耗的能量,Lbs(磅) U_F—裂纹前缘塑性变形时单位厚度所消耗的能量,Lbs(磅) U_(F1)—在σ=σ_U下,裂纹前缘塑性变形时单位厚度所消耗的能量,Lbs(磅) U_(F2)—在σ=σ_L下,裂纹前缘塑性变形时单位厚度所消耗的能量,Lbs(磅) U_U—裂纹前缘附近塑性变形时单位厚度所消耗的能量,Lbs(磅) U_(U1)—在σ=σ_U下,裂纹前缘附近塑性变形时单位厚度所消耗的能量,Lbs(磅) U_(U2)—在σ=σ_L下,裂纹前缘附近塑性变形时单位厚度所消耗的能量,Lbs(磅) W—试件宽度,in。(吋) W_F—在应力—应变曲线下面,从颈缩开始时的应变到σ_F的应变之间的塑性能密度, Psi(磅/吋~2) W_U—在应力—应变曲线下面,从σ_L的应变到颈缩开始时的应变之同的塑性能密度, Psi(磅/吋~2) β—厚度参数ε_L—在σ=σ_L下的单向拉伸应变ε_N—修正后的颈缩单向拉伸应变ε_U—颈缩开始(σ=0.995σ_U)时的单向拉伸应变ε_F—在σ=σ_F下的修正后的单向拉伸应变ε_F—在σ=σ_F下的平均单向拉伸应变(应变片长度内平均) ε_Y—在σ=σ_Y下的单向拉伸应变ε_(PL)—在σ=σ_L下的单向塑性应变ε_(PU)—在颈缩开始时的应力下的单向塑性应变ε_(PF)—断裂应力下的单向塑性应变ε_(TL)—在σ=σ_L下的单向真正拉伸应变ε_(TY)—在σ=σ_Y下的单向真正拉伸应变ε__(TU)—颈缩开始时的单向真正拉伸应变ε_(TF)—在σ=σ_F下的单向真正拉伸应变ε_(TP)—单向真正塑性拉伸应变ε_(TPU)—在σ=σ_L下的单向真正塑性拉伸应变ε_(TPY)—在σ=σ_Y下的单向真正塑性拉伸应变ε_(TPU)—颈缩开始时的单向真正塑性拉伸应变ε_(TPF)—在σ=σ_F下的单向真正塑性拉伸应变λ—裂纹形状因子μ—厚度参数ν—波松比σ—垂直于裂纹平面的总(毛)面积应力(单向拉伸应力),Psi(磅/吋~2) σ_L—相当于0.0005单向塑性应变的弹性极限拉仲应力,Psi(磅/吋~2) σ_Y—单向屈服拉伸应力,Psi(磅/吋~2) σ_U—单向极限拉伸应力,Psi(磅/吋~2) σ_(UF)—从σ_U至σ_F的平均单向拉伸应力,Psi(磅/吋~2) σ_F—单向断裂拉伸应力,Psi(磅/吋~2) σ_T—单向真正拉伸应力,Psi(磅/吋~2) σ_(TY)—单向真正屈服拉伸应力,Psi(磅/吋~2) σ_(TU)—单向真正极限拉伸应力,Psi(磅/吋~2) σ_(TUF)—从σ_(T_U)至σ(TF)的平均真正单向拉伸应力,Psi(磅/吋~2) σ_(TL)—单向真正极限拉伸应力,Psi(磅/吋~2) σ_(TF)—单向真正断裂拉伸应力,Psi(磅/吋~2) φ—裂纹形状参数ω—断裂靱性参数     

面向纤维增强复合材料低速冲击损伤的非线性混合模型

基于连续介质损伤力学提出了一种纤维增强复合材料(Fiber reinforced polyrner/plastic,FRP)结构低速冲击损伤预测的渐进损伤模型,包含非线性剪应力应变关系和归一化的混合模式基体损伤演化,用来预测复合材料层合板低速冲击损伤。模型区分了纤维拉伸/压缩、纤维间拉伸/压缩4种层内损伤以及层间分层损伤;纤维间损伤起始由Puck失效准则预测,损伤演化由断裂面上的等效应变控制,失效判定时考虑了就位效应对强度的影响;模型中加入单元特征长度以消除计算结果对网格密度的依赖性。以[45_4/-45_8/45_4],[0_3/45/-45]_S和[45/-45/0_2/90/45/0_2/-45/45]_3三种铺层的复合材料层合板为例,预测了不同冲击能量下复合材料层合板的低速冲击损伤响应参数,试验结果证明了本文模型的有效性。     

切向结构永磁同步电机中磁钢厚度对性能的影响

提出了切向结构永磁同步电机中磁钢厚度的约束条件;依据电机学理论并结合有限元计算方法,研究了气隙长度恒定时不同极对数下气隙磁密、每极磁通与磁钢厚度的关系,探讨了磁钢厚度对电机的过载能力、铁耗等性能的影响;在气隙长度发生变化时,为了保证漏磁大小不变,讨论了气隙与非导磁衬套厚度、磁钢厚度的关系。并指出:(1)气隙恒定时,随着磁钢厚度的增加,不同极对数时磁钢体积增大所提供的磁势对每极磁通的影响有所不同;铁耗和过载能力随磁钢厚度的增加而增大。(2)气隙增大时,为了保证气隙磁密和漏磁不变,必须增加非导磁衬套的厚度。(3)极对数增加时,减小磁钢厚度能提高电机的性价比。     

航空用室温硫化有机硅胶粘剂的研制

本文通过γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷(KH570)对M-5气相白炭黑进行表面改性,用FT-IR分析了改性前后的白炭黑的微观结构;用改性白炭黑来增强甲基嵌段室温硫化液体硅橡胶(103基胶),测试了增强改性室温硫化硅橡胶的力学性能;用不同偶联剂对铝合金和硫化硅橡胶的粘接面进行了表面处理,使用接触角仪测试了粘接面的水接触角。结果表明:偶联剂KH570处理M-5气相白炭黑能使其表面接枝上偶联剂基团;偶联剂处理后白炭黑补强效果明显,硫化后胶料的拉伸强度最大能达到2.65MPa;粘接面经偶联剂处理后,水接触角减小,粘接强度增大;铝合金与硅橡胶表面均采用KH550和KH560的混合偶联剂溶液处理后,粘接强度提高,最大能达到1.5MPa。     

NiTi形状记忆合金的拉伸实验与物理模型

根据NiTi丝的拉伸实验结果,基于滞后元方法,建立了拉伸状态下应力-应变曲线的唯象物理模型,并进行了数值模拟。研究结果表明(1)SMA丝在马氏体相变,特别是R相变时出现一系列物理、力学性质的异常变化,其应力-应变关系呈现高度非线性;(2)在NiTi丝断裂之前没有明显的屈服现象;(3)物理模型的数值模拟结果与实验结果吻合较好。     

聚硫密封胶与氟硅密封胶人工加速老化研究

文章研究航空用聚硫密封胶(XM-22B、XM-23)与氟硅密封胶(FVMQ)的人工加速老化行为.对XM-22B和FVMQ试样进行热空气老化、对XM-23试样进行氙灯老化,对密封胶的表面形貌及力学性能进行测试分析,用FT-IR分析密封胶老化前后化学基团特征峰的变化.研究表明:密封胶老化前后的光泽度变化不大;老化28 d后,密封胶的拉伸强度随老化时间的延长变化不明显,XM-22B热空气老化和FVMQ热空气老化试样的拉伸强度分别升高了2%和5%,XM-23氙灯老化的拉伸强度降低了3%;无论是热空气老化还是氙灯老化,密封胶的邵尔A硬度均有所增大,XM-22B、XM-23和FVMQ试样的硬度分别增大了15%、23%和11%;红外光谱分析表明氤灯老化28 d后,XM-23没有发生链降解.     

切向结构永磁同步电机极对数的选择

对于具有“聚磁”作用的切向结构永磁同步电机,增加极对数可以提高气隙磁密,使得电机体积减小、重量减轻,效率、转矩增大,但极对数的增加存在一个较为合理的值。本文定义了切向结构永磁同步电机“聚磁”的概念,并利用有限元分析软件讨论了极对数与气隙磁密、每极磁通、空载电势、转子导磁体磁密等物理量之间的关系。结论:(1)计及导磁材料饱和的情况下,气隙磁密和总磁通随极对数的增加存在一个最大值,即存在一个合理的极对数;(2)用气隙磁密Bδ与稀土永磁体的内磁感应强度BM之比来表示聚磁作用的程度时,极对数大于等于3时,电机具有聚磁能力;用Bδ与稀土永磁体的剩磁感应强度Br之比来表示聚磁作用的程度时,仅当极对数大于等于4时,切向结构永磁电机才显现出聚磁现象;(3)切向结构永磁电机极对数在3~6时较为合适。     

高比例SiCp/Al复合材料热膨胀系数的研究

通过无压渗透法工艺 ,选用不同颗粒度 ( 70 #,10 0 #,15 0 #,180 #) ,不同颗粒形状 (不规则多边形 ,近球形 )的SiC ,制备了不同基体材料 (纯铝 ,ZL10 1,ZL3 0 1)的复合材料试样 ,并用云栅干涉法对各试样的膨胀系数进行了测定。结果表明 :SiCp Al的膨胀系数随颗粒尺寸的增大而下降 ,近球形颗粒增强复合材料的膨胀系数比不规则多边形要小 ,不同基体材料的复合材料的膨胀系数按着ZL10 1,纯铝 ,ZL3 0 1的顺序增大     

钛合金表面多孔TiO2制备及涂层结合强度改进

为了提高钛合金基体与Fe(吸波剂)/环氧涂层的结合强度,采用微弧氧化在钛合金表面制备一定厚度的二氧化钛多孔膜,之后浸涂Fe/环氧树脂涂料。分别研究了微弧氧化中电流、时间等实验参数对钛合金表面形貌和涂层结合强度的影响,并对所制备的氧化多孔膜在拉伸前后进行扫描电子显微镜(SEM)分析。结果表明:多孔TiO2膜的孔径随电流增大而减小,孔密度随电流增大而增大,随时间增加孔径增大,但时间不宜太长,涂层的结合强度随电流以及时间的增大都是先增大后减小,在3 A,4 min时达到最佳值33.62 MPa。     

基于层析PIV的湍流边界层展向涡研究

层析PIV是一种现代激光测速技术,能实现三分量空间体内三分量(3D3C)速度场的测量。应用层析PIV测量Reτ=1768的平板湍流边界层,得到150个瞬时速度场,测量体的大小为80mm×16mm×45mm。旋涡强度λci 准则用来进行涡识别,而旋涡强度在展向的投影λzci 被用来识别展向涡。根据λzci 的连通域得到展向涡位置后,统计了展向涡沿法向的变化规律,并给出了在流向-法向平面内高低速区域和正负展向涡空间位置的关系。统计结果表明:随着法向高度的增加,展向涡的强度逐渐降低;负展向涡的流向平均速度高于正展向涡,且流向速度与法向速度有很强的依赖性;在小尺度范围内,流向-法向平面内的高低速流动区域与正负展向涡的空间位置密切相关。     

典型爆炸螺栓承载能力研究

在一次整流罩倒锥段的联合静力试验中,Ⅲ象限爆炸螺栓在未达到1．5倍设计载荷作用下出现假品拉断现象。为了揭示爆炸螺栓破坏的内在机理,分别建立了整流罩倒锥段整体有限元模型及爆炸螺栓精细有限元模型,对试验及飞行状态进行了计算仿真,有限元仿真结果与理论分析结果一致性较好。研究结果合理解释了爆炸螺栓破坏的内在机理,对该类型爆炸螺栓的承载能力有了更深刻的认识,为爆炸螺栓结构及技术指标的改进提供了理论依据,在螺栓的选型及安装等方面为设计部门给予了技术支撑。     

基于多尺度方法的飞行器结构强度分析

建立了一套飞行器结构多尺度分析方法,能够较为高效、准确地分析飞行器结构的力学行为,确定危险区域以及研究损伤模式。采用层次多尺度法,分别建立了飞行器整体结构、局部舱段结构、单钉连接模型三种有限元模型,对飞行器结构进行分析。建立了宏观变量与细观响应之间的信息传递和反馈。对三向正交碳/碳机织复合材料的宏观刚度和强度性能进行了预测,建立了宏观损伤起始包络线。采用协同多尺度法对单钉连接模型进行渐进损伤分析。研究表明该方法具有良好适用性,能够较为准确地分析结构的损伤模式,为飞行器结构设计提供参考。     

超声辅助刻蚀对Ti3C2Tx微观结构的影响

二维层状材料MXene由于其独特的物理化学性质,受到了广泛关注。本文通过超声辅助刻蚀Ti_3AlC_2的方法制备了多层的Ti_3C_2T_x,利用X射线衍射仪、N_2吸脱附测试、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对其微观结构的变化特征进行了详细的表征和分析,并与磁力搅拌刻蚀制备的Ti_3C_2T_x样品相对比。结果表明,与磁力搅拌刻蚀相比,超声辅助刻蚀可以进一步减小Ti_3C_2T_x平均薄层厚度和增加原子层间距,主要原因是超声处理能够促进未发生反应的薄片层中Al原子层的刻蚀。刻蚀过程中同一Al原子层有些区域先发生刻蚀,而一些区域依然存在Al原子。探明了附着在Ti_3C_2T_x表面几十纳米的颗粒是空间群为■的六方结构AlF_3,并且随着刻蚀时间的增加,其逐渐向非晶体转变。     

基于剩余强度的复合材料补片形状优化研究

以复合材料层合板的圆形孔洞损伤为例,利用三维有限元模型分析了六种不同形状补片修补结构在受纵向拉伸时的应力分布情况.分别仿真了常规形状的补片以及混合型形状的补片修补情形,同时利用由剩余强度理论和局部应力应变法相结合得出的数学模型,对各种修补模型进行了剩余强度的计算.通过计算得出,带倒角矩形、两圆相交型等混合型补片对损伤母板进行修理后其强度恢复明显,应力峰值较小.混合型形状补片对复合材料贴补修理有一定的指导意义.     

基于有限元法的齿轮强度接触分析

基于有限元法的基本算理,利用有限元软件,从静态和动态两个方面对齿轮进行接触分析,计算出齿根的最大应力,通过与经验公式计算结果对比,有如下结论：1）基于有限元法的齿轮接触分析是切实可行的计算方法,静态和动态模拟数据均比较合理;2）动态接触计算模型计及了啮合过程中的冲击效应和摩擦的影响,相对于静态算法而言,能更为真实的模拟齿轮啮合的真实状况;3）静态接触模型能准确快速地模拟稳态运行状态下的齿轮强度。齿轮的接触强度的合理分析,对改善齿轮传动性能和提高齿轮设计制造水平有一定的意义。     

纤维增强塑料拉挤型材弯曲强度研究

研究了纤维增强塑料 ( FRP)拉挤型材的弯曲强度。试验结果表明 ,FRP拉挤型材在大跨距 (跨高比 l/h>1 0 )下的弯曲破坏模式通常是梁的纵向开裂 ;FRP拉挤型材由于剪切变形较大 ,强度计算时不能按普通各向同性梁理论进行计算 ,应考虑剪切变形的影响。为此 ,本文应用复合材料薄壁梁理论给出了 FRP拉挤型材在大跨距下弯曲强度计算的半经验公式     

关于复合材料结构强度的分布函数

依据近十年来发表的有关论文和的３０组实验数据，按照工程应用对分布函数的要求；合理，有一定精度，使用简单，方便，确定使用正态分布。该分布函数符合实验数据，给出的标准值合理。     

飞行器结构强度的可靠性检验

本文首先分析了结构强度检验的现状及存在问题,讨论了结构可靠性检验的一般概念和常用的三种抽样检验方法,包括抽样样本平均值的检验方法、计量序贯检验方法和抽样个值的检验方法.根据抽样检验理论,本文提出了飞行器结构强度可靠性检验的合格系数概念及如何确定它的方法.合格系数与安全系数是本质上不同的两种概念,前者决定抽样检验的合格载荷,后者决定强度计算的设计载荷.     

基于光滑件的缺口件疲劳强度分散性估算方法

提出了一个缺口件疲劳强度分散性的估算方法,该方法只需要材料P-S-N曲线和缺口件的几何信息.影响缺口件疲劳强度分布的因素主要有材料的分散性和缺口效应的分散性两部分.本文采用改进的相等破坏概率方法求出光滑件的疲劳强度分布,该方法可充分考虑成组和升降法疲劳试验结果,由应力场强法和历史信息获得疲劳缺口系数的分布,并由此得到缺口件疲劳强度分布.完成了2024-T3和7075-T6铝合金的8个算例,结果表明该方法所得结果令人满意.     

薄壳机匣开孔补强的应力集中分析

发动机机匣上安装凸台结构，可简化为机匣壳体开孔后用围壁和加强板组合补强的力学模型。文中从弹性力学的基本公式出发，采用上述简化模型，得到了壳体孔边应力分析的计算公式，并编制了计算程序，进行了实例计算，获得了发动机机匣各种安装凸台的应力集中系数。本文的研究成果对合理地确定机匣安装凸台的几何形状和尺寸具有参考价值。