带孔复合材料板和螺栓连接复合材料板的有限元计算分析

主要对带孔复合材料板和螺栓连接复合材料板的三维应力进行计算分析。通过计算分析发现 ,带孔复合材料板在受单向拉伸时 ,在相同载荷 (面应力 )作用下 ,复合材料板的厚度对板的强度影响不大 ,随着厚度的增加 ,板上最大应力值变化不大 ;对于带孔板而言 ,孔的形状对孔周边应力集中程度影响比较大 ,孔为椭圆孔 ,并且长轴方向与载荷方向平行时 ,孔边应力集中程度比较小 ;而当椭圆的短轴与载荷方向平行时 ,应力集中程度最大 ;孔为圆孔时 ,应力集中程度介于上面两种形状之间。对于多孔复合材料板计算发现 ,多孔板在受拉作用下 ,各个孔周围应力分布与孔的位置有关 ,在距离板边沿越近的孔 ,其周围最大等效应力值越大 ;对螺栓连接板而言 ,螺栓的材料参数对板的应力分布影响不大 ,板上最大应力都位于孔的右端稍偏下位置 ;螺栓连接复合材料板在相同的载荷作用下 ,板上最大等效应力值随螺栓的弹性模量的增大也相应增大     

选区激光熔化TC4钛合金疲劳裂纹扩展行为研究

选区激光熔化增材制造(AM-SLM)技术广泛应用于钛合金结构部件制造.SLM钛合金材料疲劳性能具有明显各向异性.研究SLM钛合金在不同方向载荷下的疲劳裂纹扩展行为对于航空结构耐久性/损伤容限设计具有重要意义.基于此,本文设计了与打印方向呈0°、45°、75°和90°的4种不同取样角度及未处理和热处理的钛合金紧凑拉伸试验...     

碳纤维环氧复合材料层板的应力集中系数研究

本文从解析和实验两方面系统地研究了在单轴拉伸载荷下碳纤维环氧复合材料含圆孔的15种铺层和5种板宽孔径比的层板的应力集中系毅K_(18)~c,包括给出K_(18)~c随板宽孔径比和铺层比例变化的曲线族。对于常用的各向异性度不是很大的复合材料层板,按均质正交异性弹性理论计算与实验结果符合得相当好;而对于各向异性度大的层板,计算值明显低于实验值。     

各向异性板的屈曲载荷解

对称各向异性板屈曲载荷值问题早已解决,但计算方法复杂且计算费用昂贵。Noor和Whitworth讨论了承受压应力对称层板的稳定,将正交因素同非正交因素分开处理,由此而略微降低计算费用。Nineth给出一个各向异性参数,借助这个参数可以粗略估计各向异性因素对稳定值的影响,然后决定是否略掉各向异性因素D_(16)和D_(26)。Leissa收集     

正交各向异性材料构件粘塑性损伤寿命研究

用损伤力学与粘塑性理论相结合的方法,将正交各向异性材料的粘塑性统一本构模型进行了修正和推广,建立了在蠕变与疲劳载荷交互作用下正交各向异性材料的粘塑性损伤统一本构模型。用模拟气膜冷却的空心涡轮叶片的子构件,进行了在蠕变与疲劳载荷作用下构件的损伤试验和寿命试验。将计算结果和试验结果进行了比较。     

考虑剪力效应的复合材料层合曲板在侧压作用下的非线性动力稳定性

以无穷长的复合材料层合曲板受阶跃均布侧压作用的非线性动力稳定性问题为研究内容,侧重分析了剪力效应以及不同铺层方向的各向异性效应对动临界载荷参数的影响。指出：①对于抗剪能力较弱的复合材料曲板,横向剪力的影响将显著降低临界载菏的值,因而不能忽略它的效应,否则,所得到的临界值将毫无意义;②纤维的方向对临界载荷的影响非常大,不同的铺层方向可能导致临界载荷参数值相差数倍。     

正交各向异性材料弹性本构关系分析

首先给出了正交各向异性材料在材料主轴坐标系中的弹性本构关系。并由此导出了工程上常用的定向结晶材料和单晶材料的弹性本构关系。根据应力和应变的转轴公式,导出了在总体坐标系中的正交各向异性材料的弹性本构关系,同时给出了定向结晶材料和单晶材料不同方向的弹性系数之间的关系。     

GH625高温合金管缩径旋压成形数值模拟及试验研究

基于ABAQUS/Explicit平台建立了高温合金管缩径旋压三维弹塑性有限元模型,对GH625高温合金管缩径旋压成形过程进行了模拟分析,研究了轴向进给速度、旋轮圆角半径、旋轮安装角度对高温合金管缩径旋压成形质量的影响规律。研究结果表明,高温合金变径管在旋压过程中,随旋轮的轴向进给,不同的区域截面变化趋势不同。对工艺参数进行分析,发现轴向进给速度及旋轮圆角半径增大时,壁厚增大;旋轮安装角度对零件壁厚无明显影响;进给速度越大或圆角半径越大,截面椭圆度越大;距自由端较远时,旋轮安装角度越小,截面椭圆度越大;随着旋轮的进给,距自由端越近,椭圆度波动越严重。最后,根据数值模拟结果确定最终工艺参数为轴向进给速度0.25mm/r,圆角半径取值2~4mm,旋轮安装角度为90o,并进行了高温合金管缩径旋压试验,得到了较好的成形件。     

纤维增强复合材料圆柱壳的屈曲计算

本文利用各向异性多层扁壳的大挠度方程,探讨了正交各向异性多层圆柱壳,在考虑偶合效应和沿厚度方向剪切变形时的轴压,外压及其联合作用下的稳定性问题.用逆解法,给出正交各向异性多层圆柱壳在薄膜力作用下的临界载荷算式.进行了实例计算,并与国内、外实例的实验值比较,符合得相当好.     

含金属预埋件碳纤维层合板在单向拉伸载荷作用下的强度分析

基于工程中金属预埋件在复合材料层合板中的应用情况,建立了含圆柱形金属预埋件和含阶梯形金属预埋件碳纤维/环氧树脂层合板的三维分析模型.层合板中的单层板简化为三维正交各向异性材料.采用有限元方法对单向拉伸载荷下含金属预埋件层合板进行了应力分析,给出了单层板各主方向应力分布和金属预埋件的VON MISES应力分布.基于复合材料单层板的最大应力强度准则给出了两种分析模型的极限载荷.分析结果表明,两种预埋件层合板模型的首次破坏均发生在90°铺层,破坏模式均为树脂基体拉伸断裂.圆柱形预埋件层合板的损伤位于中心孔边约12点钟位置,阶梯形预埋件层合板的损伤位于铺层与金属预埋件台阶面边缘约6点钟位置.由于不连续纤维含量较大,阶梯形预埋件的极限载荷比圆柱形预埋件小18.03％.     

确定激活滑移系类型的一种方法--单晶体颈缩和晶格转动分析

以镍基单晶合金为对象，通过有限元分析，研究了开动滑移系类型与单晶体颈缩截面形状及晶格转动的关系，建立了单向拉伸光滑试样颈缩截面形状、晶格转动与开动滑移系、试样轴晶体取向的关系。在此基础上，结合试验结果，对镍基单晶合金在高温环境下的开动滑移系类型进行确定。进一步讨论了[001]和[111]取向有一定偏角试样的颈缩截面形状，偏角的存在将导致颈缩截面形状的随机性的非圆形，偏角越大，非圆形越严重。     

STRAIN REGULARITY IN REINFORCERS OF SHORT-FIBER/ WHISKER REINFORCED COMPOSITE AND ITS APPLICATION

Based on the study of strain distribution in short-fiber/whisker reinforced metal matrix composites, a deformation characteristic parameter λ is defined as the ratio of the root-mean-square strain of reinforcers to the macro-linear strain along the same direction. Quantitative relation between λ and microstructure parameters of the composite is obtained. As an example of applying and verifying λ, the stress-strain curve of [AlBO]w/Al composite under tensile loading is predicted and favorably compared with experiments. By using λ, the stiffness modulus of the composite with arbitrary reinforcer orientation under any loading condition is predicted from the microstructure parameters of material.     

三维机织复合材料的一个细观力学模型

根据三维机织复合材料中细观几何和变形的周期性,提出了一种反映细观周期约束条件的组合梁单元模型,该模型既考虑了纤维束的偏轴拉压效应,又考虑了纤维束的弯／剪耦合效应和纤维束之间的相互作用,可以描述纤维束和基体中的细观应力分布。针对一种典型的三维机织复合材料,研究了根据编织参数确定材料细观结构的方法,在此基础上选取材料中最小周期的一段纤维束作为分析胞元,用上述模型分析了面内拉伸荷载下胞元中各相材料的细观应力,进而得到材料平均的宏观模量。材料试验和二维细观有限元分析证明了本模型的可靠性。研究表明,三维机织复合材料中,纤维束拉、弯耦合效应引起的细观应力在应力分析中不可忽略。     

应力状态对磁记忆信号的影响

 通过对20#钢试件拉伸时表面磁场的在线测量和20#钢试件经过不同程度拉伸并卸载后的表面磁场的测量，研究应力状态对磁记忆信号的影响。20#钢进行拉伸试验时，在应力集中部位，当变形很小时磁场信号变化平缓；产生一定程度塑性变形后磁场信号变化相对剧烈；出现颈缩现象时磁场信号变化非常剧烈。经分析认为，磁记忆信号的变化与材料内部微观组织的状态有关，试件变形很小时，磁弹性效应对试件表面磁场的变化起主要作用;试件变形较大时，其表面磁场的变化主要受塑性变形区内位错聚集产生的微缺陷的影响。     

超高温NiAl合金锥形薄壳件制备成形一体化新工艺

针对NiAl合金板坯制备及板坯成形锥形薄壳件存在的材料流动及组织性能控制困难的问题,提出了一种制备成形一体化新工艺。该工艺是将塑性成形和反应合成在同一工步中,即先将Ni/Al叠层箔置于模具中进行塑性成形,随后对成形的Ni/Al叠层箔原位加热加压反应合成NiAl合金薄壳件。采用三维扫描仪及Geomagic Studio/Qualify对锥形薄壳件的形状精度进行了分析,采用扫描电子显微镜( Scanning Electron Microscope, SEM )和电子背散射衍射( Electron Backscatter Diffraction, EBSD )技术对其微观组织进行了表征,并对构件的高温力学性能进行了测试。结果表明,采用该新工艺制备的锥形薄壳件成形效果良好,整体型面偏差尺寸在±0.1 mm以内;构件沿轴截面壁厚平均偏差为0.012 mm,沿横截面壁厚平均偏差为0.072 mm,构件轴截面壁厚分布均匀性及组织成分均匀性高于横截面。构件高温力学性能稳定,1000 °C时平均屈服强度为77.8 MPa,平均抗拉强度为82.6 MPa。NiAl合金构件的微观晶粒形貌与Ni箔的初始热处理状态及Ni/Al箔的初始厚度有关,未退火的Ni箔将延缓粗晶区晶粒的长大,减小初始箔材厚度可实现晶粒的进一步细化。     

圆棒拉伸试样蠕变过程中的应力应变分布分析

对光滑及切口圆棒试样进行有限元蠕变分析,得到了蠕变过程时的应力应变分布。在相同的平均净拉伸蠕变应力下,切口的存在使得最小截面上的平均Mises应力和平均轴向应力小于光滑试样。切口还导致蠕变时的应力松弛并使得试样的最大应力不再发生在切口根部。这可以用来简单解释切口对试样断裂寿命的影响。     

HTPB推进剂的低温疲劳特性

为探究端羟基聚丁二烯（HTPB）推进剂在低温下的疲劳特性，结合空空导弹在使用中的实际情况设计了包含不同应变幅值和加载频率的高周疲劳实验.实验在动态热机械分析仪上进行，温度保持为-50℃，加载频率设定为50,100,150Hz.为了考察低温下HTPB推进剂微小预变形对疲劳特性的影响，在动力循环加载前进行了准静态加载.疲劳实验后对试件实施单轴恒速拉伸，以获取疲劳后推进剂的力学参数.结果表明:在其他条件不变的情况下，疲劳应变幅值和加载频率越大，材料力学性能劣化程度越大，所累积的疲劳损伤量越大.初始阶段的准静态加载对推进剂疲劳特性起消极影响，低温高频下推进剂的疲劳损伤演化呈现出非线性，随着疲劳次数的增加，疲劳损伤增速由快变缓.      

一种平面叶栅反设计方法的改进与验证

介绍了一种平面叶栅反设计方法,假设因压力作用有一流体微元沿槽道中心流线运动,设计参数包括:叶栅进/出口气流角、截面半径、叶型载荷分布和厚度分布等.为完善原设计方法,提出了新的理论,用于获得必要的密度分布曲线;改进了前、后倒圆造型算法,提升了叶栅气动性能;为验证改进后的设计方法,重新设计了德国Aachen涡轮静叶叶栅.      

固支边界的矩形板在横向载荷作用下弯曲问题的解及其应用

鉴于用文献方法求解固支矩形板横向弯曲问题时计算量大且难以理解,本文提出了一种以上述方法为基础,但较之简单的计算方法,在各向同性板中得到了文献相吻合的结果后,进一步应用到正交各向异性材料中,得到大量计算结果。另外,在各向同性介质中,平面热应力问题与弯曲问题是可以相互比拟的。将这种比拟推广到正交各向异性介质中去,可以由弯曲问题的解求得平面热应力问题的解。     

限带白噪声过程雨流幅值分布

为了在频域内解决限带白噪声载荷作用下结构的疲劳寿命估算问题,提出了限带白噪声过程的雨流幅值分布模型,并给出了参数估算方法。假设雨流幅值可以用双参数Weibull分布来描述,形状参数与带宽系数呈线性关系;尺度参数与均方根呈比例关系;比例因子与不规则因子呈线性关系。数值模拟结果表明：Weibull分布能够很好地描述限带白噪声过程的雨流幅值分布,分布参数能够根据随机过程的谱参数计算得出。