非比例循环加载条件下砂土的变形特性

采用香港科技大学的空心圆柱扭剪仪对砂土进行了剪应力幅值和应力主轴耦合循环变化的非比例加载排水试验.试验控制条件为:在剪应力幅值周期性变化的同时应力主轴相对试样的沉积方向在0°~180°之间循环旋转.着重分析了这一复杂非比例循环加载条件下砂土的变形特性,包括3个正应变分量的发展、剪应力剪应变关系以及体应变随循环周数的变化关系.其中体应变的主要规律为:随循环周数的增加,砂土的体缩应变不断累积,但累积速率呈递减趋势.试验同时发现剪应力幅值的变化幅度对砂土的变形特性有显著影响.     

比例加载下应力幅比对2A12-T4疲劳寿命的影响

采用2A12-T4铝合金漏斗形试件,针对不同拉扭应力幅比,进行了比例加载下多轴高周疲劳寿命试验,研究了不同应力幅比对多轴高周疲劳寿命的影响.针对试验结果,采用3种常用的多轴高周疲劳寿命预测模型,包括等效应力准则、应力不变量准则、临界面准则进行了预测.结果表明:在相同的Von-Mises等效应力下,随着扭转应力幅与拉压应力幅比值的增大,疲劳寿命逐渐升高.等效应力准则的预测结果或过于危险,或过于安全;应力不变量准则的预测结果认为应力幅比的变化对疲劳失效没有影响,与试验结果不符;临界面准则的预测结果优于其他准则.     

各向异性弹性开孔泡沫压缩行为的数值模拟

基于各向异性开孔泡沫的随机模型,对低密度弹性开孔泡沫材料的压缩力学行为进行了有限元数值模拟,得到了其应力-应变曲线及弹性坍塌强度.讨论了模型的随机度、各向异性比及相对密度对力学性能的影响.结果表明,沿不同方向加载时,各向异性胞体的微观变形机制不尽相同,且变形较大时,支柱的弹性屈曲占主导地位;模型随机度的增大,使两个方向的压缩无量纲应力-应变曲线均有所降低,且 λ =1时的无量纲应力-应变曲线与实验曲线吻合得较好.此外,开孔泡沫各向异性比的增大可使胞体伸长方向的弹性坍塌强度增大,而垂直方向的弹性坍塌强度则减小.      

统一硬化模型在复杂加载条件下的应用

超固结土模型是能够描述土的剪缩、剪胀、硬化、软化和应力路径依赖性等特性的简单、实用的模型,与剑桥模型相比,仅增加了一个材料参数(Hvorslev面斜率).采用基于SMP(Specialy Mobilized Plane)强度准则的变换应力方法对模型实现了三维化.在模型中应用加卸载准则来反映复杂加载条件下土体的应力应变特性,模拟了随着循环次数的增加,土体会逐渐变硬,剪切模量逐渐增大、孔隙比减小、超固结程度不断增大等趋势.由循环加载以及真三轴试验数据和预测结果的基本吻合表明了模型能够合理地反映复杂加载条件下土的变形特性.      

泡沫塑料拉伸力学性能的研究

对高密度泡沫塑料进行了拉伸实验,研究了材料的拉伸力学性能,并考虑了应变率效应和温度效应.实验结果表明:高密度硬质聚氨酯泡沫塑料在拉伸加载下应变率效应不太明显,但温度效应却十分明显.在拉伸加载下泡沫塑料具有明显的脆性变形特征,其应力-应变曲线存在明显的非线性.此外, 文中对泡沫塑料的模量和强度进行了理论预测, 预测值与实验值基本一致.     

GISM模型在中国低纬地区的适用性分析

为检验全球电离层闪烁模型（GISM）在中国低纬地区预测的准确性,根据2011年7月至2012年6月期间中国低纬地区三个观测站记录的GPSL1频点的电离层闪烁数据,对GISM模型的预测结果进行了分析.研究表明,在太阳活动高年,该模型能够反映出中国低纬地区闪烁的主要特征.模型预测的闪烁开始时间与观测结果较为一致,而结束时间滞后观测值约1h;模型预测的低纬地区闪烁强度峰值与观测结果基本一致,而在相同累积概率条件下,模型预测的闪烁强度则高于观测值;模型显示闪烁发生概率和闪烁强度随纬度的增加而减小,这一结果与观测结果一致.      

基于考虑时间效应UH模型的一维固结分析

结合考虑时间效应的统一硬化(UH)模型得到一维固结下土的一维应力-应变关系,以此建立一维固结控制微分方程,可以统一考虑土的主、次固结变形.采用差分方法对单面排水固结问题进行了分析,加载初期不透水层处存在有效应力减小的松弛现象,推导了不透水层处有效应力随时间减小的公式并进行分析.随后,采用数值方法分析了次固结系数、超固结度、压缩回弹系数等因素对固结的影响规律,分析结果也验证了所得公式的结论.此外,通过室内试验对控制方程预测规律进行了验证分析.当主固结基本完成后,变形主要由次固结产生,基于这个条件推导了平均固结度与时间的关系,该公式可以用于计算固结基本完成需要的时间.      

低掺量石墨水泥基材料的压敏特性

通过减水剂将少量石墨加入水泥基材料中制成石墨水泥基材料试样,采用交流分压电路测量其电阻率,研究其在一次性加载破坏试验中的压敏特性.试验结果表明,低掺量石墨粉作为导电组份加入水泥基材料后会导致其强度降低,但可以使水泥基材料具有一定程度的压敏特性.随着石墨掺量的增加,各组试样电阻率的离散性变小,材料的压敏特性提高,在加载过程电阻率的波动变小.在本试验的测量方法下得到的石墨水泥基材料的压敏特性曲线与混凝土材料的应力应变曲线有相关性,试样的电阻率随着应力的增大而产生变化的过程大体可分为3个阶段,即波动阶段、稳定下降阶段和急剧下降阶段,分别对应混凝土材料应力应变关系的弹性变化、非弹性变化和应变迅速增大阶段.      

复合泡沫塑料力学行为模拟的ANN方法

对人工神经网络(ANN)方法在复合泡沫塑料力学行为模拟中的应用进行了研究.首先,选取影响材料力学行为的因素和所需模拟、预测的力学性能作为输入、输出量;然后,利用反向传播算法建立了四层神经网络模型,对复合泡沫塑料的力学性能和本构关系进行了模拟和预测.数值结果表明,训练后的神经网络模型能较好地模拟、预测材料的模量、屈服强度和不同应变率及不同温度下的压缩应力-应变曲线.此外,3种不同改进训练方法的比较说明,Bayesian规则化法的泛化能力最好,LM法收敛最快,而自适应梯度下降动量法则需要较长的迭代时间才能达到相同的精度.      

改善航天器反作用轮扰动实验模型参数的辨识方法

反作用轮系统是影响航天器姿控系统精度的主要扰动源之一.建立反作用轮扰动模型的目的是预测扰动对航天器产生的影响,并采取相应的控制方法和隔离系统.基于反作用轮的扰动实验模型,通过对反作用轮扰动实验数据的分析,确定出反作用轮扰动实验模型中的参数:谐波数和幅值系数,并在此基础上提出了能量补偿法,最后进行了数值仿真.结果表明,谐波数的辨识精度不超过0.04%,当采用振幅谱法计算幅值系数时,误差高达15.5%;而用能量补偿法,其幅值系数的精度不超过1.1%.可见能量补偿法提高了幅值系数的辨识精度.本文研究为改善航天器姿态控制精度和稳定度奠定了一定的基础.      

Udimet 720 Li 高温变形特性的粘塑性本构建模研究

采用Chaboche统一粘塑性本构方程,对Udimet 720 Li在700℃时的单调拉伸、循环加载及蠕变特性等复杂的高温变形现象进行了建模研究.探讨了Chaboche本构理论对这些变形现象进行建模的形式,并特别针对快速各向同性软化和非对称循环加载时的平均应力松弛现象,对Chaboche本构理论进行了修正和变化.将经过修正的Chaboche本构理论,与Levenberg-Marquadt非线性优化算法相结合,编制了材料参数优化程序,得到了材料参数值.研究表明,经过修正的Chaboche本构模型可较好地建模镍基高温合金Udimet 720 Li在高温下的各种变形行为.      

可重复使用火箭发动机再生冷却槽失效分析

完成了可重复使用液体火箭发动机推力室再生冷却槽热力循环载荷下的蠕变非弹性热结构分析,对比研究了各向同性硬化和随动硬化定律对冷却槽结构分析的影响,并在多循环结构场基础上分析了冷却槽"狗窝"失效过程.结果表明可以通过选取热传导率差别小的内外壁材料、优化几何结构改善温度场及结构场;各向同性和随动硬化结构曲线变化趋势相似,但塑性应变有较大差别,残余应变相差约0.06%;多循环加载中每个循环的结构曲线形状相似并不断右移,硬化效应明显,低周疲劳损伤和蠕变损伤分别取决于循环载荷下的应变和应力值.     

基于多轴同步控制的微尺度双向加载实验系统

针对目前微细成形中材料屈服、强化行为实验研究的不足,提出通过建立多轴同步控制的微尺度双向加载实验系统,实现超薄板在复杂加载路径下的性能表征测试。双向加载实验系统基于四轴独立驱动的硬件组成和上、下位机分布式控制策略,采用数字散斑测量（DIC）计算实验过程的应变。通过建立交流永磁同步电机（PMSM）控制模型,辨识了速度闭环控制参数。在非线性PID控制方法实现单轴位置闭环控制的基础上,基于虚拟主轴法实现了不同位移/载荷比例条件下的四轴同步运动。双向加载实验结果表明:同步控制精度满足位移小于等于0.02 mm、载荷小于等于0.05 kN的要求,可用于超薄板微尺度屈服和强化行为的实验研究。      

砂土硬化特征的描述及其试验验证

采用不同路径下砂土的三轴拉伸和三轴压缩试验结果,分别选用塑性体积应变、塑性剪应变、清华模型硬化参数、塑性功和统一硬化参数H作为硬化参数,在以上硬化参数和应力比空间里探讨了砂土的硬化规律和应力路径相关性.基于修正剑桥模型的屈服函数,采用塑性体积应变、塑性功和H作为硬化参数,推导了分别对应的本构模型.通过饱和塔克拉玛干沙漠砂的三轴试验结果,表明了H在描述砂土应力应变特性上的适用性.      

多轴疲劳寿命分析方法在飞机结构上的应用

针对飞机结构上常见的处于多轴应力应变(比例多轴)状态下的典型结构,采用3种多轴疲劳寿命分析模型,对该结构的疲劳危险部位进行疲劳寿命分析,并与单轴寿命分析方法的分析结果、疲劳试验结果进行了对比分析。首先对该结构进行细节有限元计算,确定结构的应力分布与应力水平,当载荷施加到88%的最大一级的峰值载荷时,疲劳危险部位的孔边即出现显著的塑性应变,因此,选用低周疲劳(LCF)寿命预测模型进行分析。选取的3种分析模型均是基于临界面的分析模型,分别是Wang-Shang模型、Smith-Watson-Topper(SWT)模型以及Morrow-Brown-Miller模型。为验证分析模型工程适用性,开展了该结构的多轴疲劳试验。与试验结果相比,3种分析模型的预测结果均偏大,其中Wang-Shang模型的预测结果最接近试验值,适用于本文这类结构;SWT模型和Morrow-Brown-Miller模型的预测结果误差相对较大。对于处于多轴载荷状态下的结构,应按照多轴疲劳寿命分析方法进行寿命预测,单轴疲劳寿命分析方法将给出过于危险的评定结果。      

碳纤维增强树脂基层板应变率相关损伤数值研究

为了研究高应变率载荷对于碳纤维增强树脂基复合材料变形破坏行为的影响,通过应变率修正式对复合材料的刚度与强度进行修正,建立了可考虑应变率效应的复合材料损伤数值模型,采用该模型对不同应变率条件下层板结构的面内破坏行为进行了模拟并与文献实验进行了对比分析。计算结果表明:本文所构建的数值模型可以有效预测树脂基层板结构在不同应变率条件下的破坏特征,并在材料刚度与强度硬化现象的预测方面有着较高精度;对于0°、90°铺层主导的试件,由于其力学性能近似为线性,数值模型在强度预测方面获得了较高精度;而对于±45°铺层主导试件,其在不同应变率条件下表现出较强的非线性损伤特性,因此模型在其强度性能预测方面存在一定误差。     

蜂窝结构异面变形动态塑性坍塌力学

在蜂窝结构静态塑性坍塌应力理论计算模型的基础上,建立了蜂窝结构在冲击载荷作用下的动态塑性坍塌应力的理论计算模型.考虑应变率对蜂窝结构动态力学性能的影响,使用Cowper-Symonds模型建立了静态塑性坍塌应力与动态塑性坍塌应力之间的关系;基于薄板弯曲理论,由平均冲击速度得到了应变率的计算公式,进而得出动态塑性坍塌应力关于冲击速度与静态塑性坍塌应力的函数关系.使用LS-DYNA动力学软件模拟了铝合金蜂窝结构在冲击载荷作用下的异面变形,数值计算结果与理论模型计算结果一致.     

基于极限应变分析的十字形试件有限元设计

为了通过十字形双向拉伸试验来实现复杂加载,研究复杂应变加载路径下板材的极限应变,采用有限元数值模拟技术,设计出臂上及中心区带槽的十字形双向拉伸试件,建立了有限元计算模型.基于试件在拉伸时中心区受力均匀并能实现大变形的条件下,优化出较佳的试件形式,通过调节速度加载边界条件可实现中心区不同的应变路径,为复杂应变路径下成形极限的研究提供基础.      

开孔泡沫塑料的应力松弛问题

开孔泡沫塑料具有良好的能量吸收和缓冲性能, 在工程中得到了广泛的应用, 对其粘弹性行为进行研究具有重要的意义.基于Lederman模型,应用三参数标准线性固体模型考虑基体的粘弹性性能,对开孔泡沫塑料的应力松弛行为进行了研究,并讨论了所加应变载荷、结构参数和泊松比对应力松弛曲线的影响.结果表明:应力松弛曲线对泊松比是不敏感的,并且,应变载荷的增加和相对密度的提高会使应力松弛变得更加明显,但应力响应的初始值和终值的比却不随应变载荷的提高而变化.     

包辛格效应对板材拉弯回弹的影响

为从理论上研究包辛格效应对板材拉弯回弹的影响,利用随动强化本构方程,采用 数值方法,确定拉弯的应力分布,由此计算回弹,并与按等向强化本构方程计算的结果加以 比较,根据应力分布的特点,分析包氏效应对拉弯回弹的作用.研究结果表明,对于先拉后 弯,包氏效应有利于降低回弹,但由于预拉伸量较小,或反向加载区域较小,其影响不大; 对于先弯后拉,包氏效应不利于减小回弹,但由于应变中性层曲率半径与内弯矩的变化相互 制约,其影响也不大.