基于珍珠母堆垛微结构复合材料力学特性

基于软体动物贝壳内的珍珠母微结构构建复合材料的三维有限元模型,由六方形文石小片单元和有机基质薄层单元逐层堆垛而成.模拟三点弯曲发现,不管六方形小片单元或薄层单元各自的弹性模量大小如何,由其构成的复合材料的模量与组成单元之间均满足一定的曲线关系,并且复合材料的力学特性存在显著的尺寸效应.以珍珠母的试验数据为基础,模拟发现珍珠母的力学特性随文石片间的有机基质薄层模量的减小而降低.但是珍珠母内的交错层叠堆垛的结构设计机制才是决定它刚度的主导因素,这与试验结果相当吻合.     

金属材料表面形貌对微观力学行为的影响

利用原子力显微镜对不同金属试件表面的三维形貌进行了定量表征和分析,并通过建立有限元模型研究了表面微观应力集中的分布及变化.结果表明:不同的表面处理方式、不同的材料性质对表面微观形貌的影响非常明显,而且在金属表面,微观应力的分布与其微观形貌紧密相关,当表面处理方式改变时,表征参数的全面改变是导致微应力集中变化的主要原因,在评价表面状态对疲劳性能的影响时,不能仅考虑表面粗糙度的改变,应当综合分析各表征参数的变化.     

锪窝孔边扇形角裂纹应力强度因子的三维有限元分析

 根据航空等领域内锪窝铆接及锪窝锣接构件的典型结构特征,采用三维的十节点四面体等参有限单元模型,分别对无裂纹及孔边含裂纹锪窝孔 /直通孔结构进行了模拟分析;得到了锪窝孔构件的危险部位及90°,120°锪窝孔边扇形角裂纹的应力强度因子,给出了覆盖面广的计算曲线;通过对计算结果的分析,讨论了裂纹长度、孔径以及板厚等因素对应力强度因子的影响。和已有的文献比较表明,本文数值结果精确,方法可靠。     

谐波信号的通用频谱校正算法在回转机械监测中的应用

分析了常规FFT谱由于能量泄漏和栅栏效应,不能获得简谐振动信号精确幅值、频率和相位的原因。针对现有校正频谱方法的不足,提出了基于黄金分割的通用频谱校正算法。经仿真实例验证,该方法具有计算量小、校正精度高、适应面广的特性。经过回转机械启动实例分析,该方法能得到准确的临界转速、升速曲线和幅频响应曲线,为回转机械的瞬态行为分析提供了新的手段。     

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。     

采用Ti-Zr-Cu-Ni-Co钎料钎焊SiC纤维增强钛基复合材料的接头组织与性能

针对SiCf/β21S钛基复合材料,采用Ti-Zr-Cu-Ni-Co系新钎料,进行了钎焊实验和接头力学性能测试.实验结果表明:960℃/10min规范下的钎缝组织形貌单一,钎焊接头剪切强度平均值为157.8MPa;960℃/10min/5MPa规范下的钎缝主要由层片状组织组成,接头剪切强度平均值达到291.2MPa,较前者提高了85%左右,该接头经过900℃/2h热处理后组织变化不大.钎缝中的缺陷以及Ti和Zr与Cu,Ni和Co三种合金元素形成的脆性化合物相在接头中所占比例对接头性能影响很大.     

考虑应力状态的疲劳裂纹闭合分析

利用改进的条带屈服模型 (Modified Strip Yield Model),通过对裂端约束的研究,提出组合约束因子的概念,发展了 Budiansky和 Hutchinson的解析模型,建立了可考虑不同应力状态的疲劳裂纹闭合模型,可方便地推广到穿透厚度裂纹的闭合分析中。与航空结构合金的实验数据及有限元结果的比较显示该模型能准确预测疲劳裂纹闭合中载荷比、应力状态和厚度等重要因素的影响。给出的显式结果可以方便地用于航空工程实际。     

飞机谱载荷下裂纹扩展的三维约束效应

研究裂纹端部三维应力约束、塑性约束和位移约束等对谱载疲劳裂纹扩展的影响。用适于三维应力状态的修正条带屈服模型 ( Modified Strip Yield Model)计算与裂纹扩展有关的三维约束因子。利用所得约束因子的理论解改进 NASA多年来发展的 FASTRAN-II寿命预测软件 ,使其避免了依赖经验确定的约束因子进行寿命预测的局限 ,仅利用一组常幅疲劳裂纹扩展数据和材料的常规机械性能便可预测飞机谱载下的裂纹扩展寿命。对多种谱型、应力水平、过载比和材料的组合情况进行了分析 ,预测寿命与试验结果吻合很好 ,证明本文方法和改进软件可以用于实际结构的寿命预测。     

一种考虑结构瞬态互辐射的有限元法

研究结构元件之间瞬态辐射过程及特点 ,对于元件温度未知时的瞬态辐射提出了一种有限元计算模型。通过广义边界条件简化了元件互辐射的数学描述 ,最后得到了广义互辐射元。所建模型具有简单、方便、实用和精度高等特点 ,使复杂的互辐射计算化为统一模式 ,并通过试验与实例计算证明其有效性。     

Casimir力对微加速度计性能的影响分析

随着微器件的尺寸日益缩小，有必要评估Casimir力对微器件性能的影响。本文以微机电系统中常见的微加速度计为对象，建模分析了Casimir力对其性能的影响。研究表明，Casimir力对微加速度计性能的影响随极板间距离的减小而迅速增大。Casimir力使得微加速度计的最大可检测加速度减小，并且随支撑粱刚度的减小，对灵敏度的影响逐渐增大。当检测电容极板间距离等于400nm时，Casimir力引起微加速度计的最大可检加速度的降幅迭5．89％。