材料参数及静水压力对孔洞敏感材料超塑胀形影响的数值分析

本文将变形损伤效应引入到基于超塑成形的微观机理推导出的超塑性本构方程中，并将本构方程应用于刚塑性有限元模拟程序，分析了板料超塑胀形过程，研究了应变速率敏感性、孔洞长大以及叠加静水压力对孔洞敏感材料超塑胀形极限的影响，对模拟结果与实验结果进行了比较。     

材料参数对超塑性恒压充模胀形过程影响的数值分析

 采用大变形刚粘塑性有限元法模拟了超塑性恒压充模胀形过程，分析了应变速率敏感性指数m、应变硬化指数n和厚向异性指数R等材料参数对胀形件厚度分布、成形时间、等效应变场及胀形成形能力的影响；通过对铝合金LY12CZ板料的相应实验对模拟结果进行了验证。     

Numerical approach for assessment of dynamic strength for riveted joints

Numerous rivets have to be modelled for aeronautical framework crashes. A numerical procedure based on FE modelling and characterisation of material failure constitutive models is proposed in order to limit the experimental procedure. Quasi-static and dynamic experiments are carried out on elementary tension (punched) and shear (riveted) specimens. No strain rate sensitivity has been measured on the riveted joint assemblies failure. The experiments are used to identify, by an inverse method, the Gurson damage parameters of each material (2024-T351 and 7050 aluminium alloys for the sheet metal plate and the rivet). The characterisation gives rise to a satisfactory correlation between FE models and experiments. Optimised parameters are validated for each material by means of a uniaxial tension test for the sheet metal plate and an ARCAN type specimen in pure tension for the rivet. Results can then be used to identify macroscopic failure criterion to model the rivet behaviour in aeronautical framework crashes. FE tools can also resolve problems linked to limit-design or the design of new riveted joint assemblies more rapidly and cost effectively than experiments.     

Inverse identification of constitutive parameters of Ti2AlNb intermetallic alloys based on cooperative particle swarm optimization

Ti₂AlNb intermetallic alloy is a relatively newly developed high-temperature-resistant structural material, which is expected to replace nickel-based super alloys for thermally and mechanically stressed components in aeronautic and automotive engines due to its excellent mechanical properties and high strength retention at elevated temperature. The aim of this work is to present a fast and reliable methodology of inverse identification of constitutive model parameters directly from cutting experiments. FE-machining simulations implemented with a modified Johnson-Cook (TANH) constitutive model are performed to establish the robust link between observables and constitutive parameters. A series of orthogonal cutting experiments with varied cutting parameters is carried out to allow an exact comparison to the 2D FE-simulations. A cooperative particle swarm optimization algorithm is developed and implemented into the Matlab programs to identify the enormous constitutive parameters. Results show that the simulation observables (i.e., cutting forces, chip morphologies, cutting temperature) implemented with the identified optimal material constants have high consistency with those obtained from experiments, which illustrates that the FE-machining models using the identified parameters obtained from the proposed methodology could be predicted in a close agreement to the experiments. Considering the wide range of the applied unknown parameters number, the proposed inverse methodology of identifying constitutive equations shows excellent prospect, and it can be used for other newly developed metal materials.     

气密机身纵向裂纹非线性鼓胀因子数值研究

为了研究不同几何参数包括壳半径、壳壁厚度和裂纹长度对鼓胀因子的影响,应用有限元软件ABAQUS,通过几何非线性有限元分析,计算含纵向裂纹无加强柱形壳鼓胀因子的数值,并与现有的经验公式进行对比,同时讨论双轴载荷比对鼓胀因子的影响。结果表明:大部分几何参数对鼓胀因子的数值有显著影响;现有经验公式存在局限性;当双轴载荷比从0.5增长到1.0时,鼓胀影响降低了约20%;当双轴载荷比从0.5降低到0时,鼓胀影响增加了约28%。     

基于并行流变框架HTPB推进剂本构模型研究

基于并行流变框架提出了一种能够表征HTPB推进剂材料非线性变形行为的本构模型。基于Yeoh超弹性模型和Boyce流变模型建立了两节点HTPB推进剂本构模型;开展了HTPB推进剂定速单轴拉伸实验和松弛实验,利用单轴拉伸实验数据获取了本构模型参数,并对材料松弛行为进行了理论计算,结果表明,模型计算结果与和实验数据一致性超过90%。应用三维有限元法,采用本文模型、基于Prony级数的线性黏弹性模型和工程中使用的线弹性模型对拉伸实验和松弛实验进行了仿真分析,结果表明,在拉伸实验中当应变小于10%时三者一致性较好,大于10%时,所提本构模型可准确预示材料的变形行为,在松弛实验中本模型计算结果与实验数据一致性远高于基于Prony级数的线性黏弹性模型。理论分析和三维有限元仿真结果均表明,所建立的本构模型可以准确捕捉HTPB推进剂材料的非线性行为,可用于固体火箭发动机推进剂结构预示分析。     

7050航空铝合金“单因素”本构模型参数与温度相关性研究

从理论和实验两方面研究7050航空铝合金"单因素"本构模型中参数与温度的相关性.通过位错理论分析和进行材料基本关系式推导指出铝合金材料模型受温度的影响.设计准静态压缩实验和高速冲击压缩实验研究材料的静、动态力学性能.通过对试验数据的分析、拟合和比较,得出7050航空铝合金"单因素"本构模型中的参数与温度相关的结论.根据试验结果建立材料参数与温度之间的数学映射,并在此基础上构建7050航空铝合金单因素"本构模型,最后进行切削实验验证模型的正确性.7050航空铝合金"单因素"本构模型的建立为进一步开展切削加工有限元模拟和进行工艺优化奠定基础.     

轴对称构件疲劳寿命预测的损伤力学-附加载荷-有限元法

 提出了一种实用有效的弹塑性损伤应力 -应变本构方程与损伤演化方程。针对中高周疲劳问题,发展了轴对称疲劳寿命预测的损伤力学 -附加载荷 -有限元法计算格式。通过引入塑性附加载荷,考虑了构件应力集中区域塑性变形对构件疲劳寿命的影响。预估了30 Cr Mn Si Ni2A材料含沟槽轴对称试件的疲劳裂纹形成寿命,并分析了疲劳裂纹的扩展情况。疲劳寿命理论预测结果与实验结果吻合良好。     

考虑温度效应的编织-嵌槽型金属橡胶准静态压缩本构模型

基于Sherwood-Frost本构方程,并结合材料的特点对考虑温度效应的编织-嵌槽型金属橡胶本构方程的组成及各项的表达形式进行了讨论及确定。根据准静态压缩试验得到的不同温度下编织-嵌槽型金属橡胶材料的试验数据,拟合了所构建本构方程中的参数,最后结合不同密度试件在不同温度下的试验数据,通过仿真对本构方程进行了验证。结果表明仿真结果与试验结果之间具有较好的一致性,所构建的本构方程基本可以满足对高温环境下编织-嵌槽型金属橡胶准静态本构关系的预估要求。     

鸟撞平板试验与鸟体本构参数识别方法

准确可靠的鸟体本构模型与参数是开展结构抗鸟撞分析和设计的基础。为获取鸟体本构参数,在139m/s的速度下,开展鸟体撞击铝合金薄板试验,并测得了撞击载荷、平板变形和应变数据;结合ISIGHT和PAM-CRASH软件,以薄板被撞击位置的法向变形为优化目标,提出一种鸟体本构参数识别方法。将识别得到的参数代入数值模型并开展数值分析,提取平板变形结果和撞击载荷数据,并与试验测试数据进行比较。结果表明,平板变形仿真结果与试验数据具有很好的一致性,撞击载荷分析结果与试验数据基本一致,证明了本文所建立的鸟体本构参数识别方法的有效性。     

受超声激励韧性金属的特殊力学行为分析

通过在自行开发和建立的超声激励材料拉伸实验系统上 ,对紫铜和低碳钢受超声激励作用下材料力学行为进行实验研究 ,以此为基础建立韧性金属材料在超声激励作用下的本构方程 ,探讨材料的一些特殊表现 ,如屈服点降低、硬化率降低和延伸率降低等。并对韧性金属材料的蠕变断裂行为进行分析 ,对这些特殊现象的形成机理进行初步探讨。结果表明理论分析与实验结果是一致的。     

吸波涂层缺陷的锁相法红外检测

利用有限元仿真和试验研究相结合的方法,对方形和圆形模拟缺陷的吸波涂层试件开展检测研 究。从而探索红外锁相热波技术检测吸波涂层内部缺陷的参数范围和检测能力。研究结果表明,通过有限元 仿真分析为检测试验提供理论依据,使用5 ~10 mHz 调制频率的锁相法可有效检测到3 mm×3 mm 面积当量的 缺陷,缺陷处的相位比无缺陷处的相位滞后,并且缺陷面积越大,相位滞后越大。     

A new approach on necking constitutive relationships of ductile materials at elevated temperatures

A new method is presented to determine the full-range, uniaxial constitutive relationship of materials by tensile tests on funnel specimens with small curvature radius and finite element anal-ysis (FEA). An iteration method using FEA APDL (ANSYS parametric design language) program-ming has been developed to approach the necking constitutive relationship of materials. Test results from SAE 304 stainless steel at room temperature show that simulated load vs displacement curve, diameter at funnel root vs displacement curve, and funnel deformation contours are close to mod-eled results. Due to this new method, full-range constitutive relationships and true stress and effec-tive true strain at failure are found for 316L stainless steel, TA17 titanium alloy and A508-III stainless steel at room temperature, and 316L stainless steel at various elevated temperatures.     

镍基单晶高温合金热机械疲劳行为与寿命建模

通过DD6单晶薄壁管试样机械应变控制热机械疲劳(TMF)试验,获取温度交变、相位角以及载荷控制方式对单晶应力应变响应与疲劳寿命的影响规律。结果表明:温度交变会引起明显的应力不对称性并造成额外损伤,导致TMF寿命明显低于最高循环温度的等温疲劳(IF)寿命,并且反相(OP)循环寿命普遍要低于同等载荷的同相(IP)循环,这种寿命变化趋势与应力控制存在明显差异。采用Walker本构模型进行单晶材料在不同TMF循环下的滑移系黏塑性分析,构建单晶TMF损伤与滑移系细观应力应变参量的关联。在此基础上,选取最大Schmid应力、最大滑移剪应变率、滑移剪应变范围、循环Schmid应力比作为损伤参量,建立基于细观参量的TMF寿命模型,其对不同相位、不同载荷控制方式的TMF寿命预测精度均在2倍分散带内。      

模拟镍基单晶合金复杂应力状态试样型式分析设计

计算分析指出对于以滑移为基本变形机理的镍基单晶合金，受拉扭外载的薄壁圆筒试样其滑移分切应力沿周向不再均匀分布，平板剪切试样其受剪面处于正应力和剪应力共用作用，都不适宜作为复杂应力状态试样。带缺口双剪试样适合于模拟复杂应力状态，但缺口的大小和形状影响受剪面的应力分布。本文在数值计算的基础上，给出了最适宜的试样尺寸及变形量的计算公式；针对国产DD3单晶，进行了初步的试验。     

基于静强度试验的有限元模型修正技术研究

基于静力响应的有限元模型修正技术广泛应用于工程结构的参数识别中,需要解决软件实现、基准数据与目标函数选取,以及参数的灵敏度分析等问题。利用位移响应信息对损伤位置确定的悬臂梁进行了损伤程度的精确识别,对于损伤位置不能确定的情况,通过引入应变约束条件实现了损伤位置与损伤程度的同时确定。作为实际工程算例,将飞机静强度试验得到的位移响应与内力响应作为基准数据,利用模型修正技术确定飞机方向舵有限元模型边界条件。算例比较了不同目标函数和约束条件对修正效果的影响,并通过增加内力响应信息进一步修正了根部约束参数,为计算分析提供了精确有限元模型。     

三维弹塑性问题的有限元分析

本文用有限元法对三维弹塑性的应力与应变进行了分析,文中将非线性求解和数值积分做了改进,使计算时间缩短;三维元素的各种信息自动生成,提高了输入数据的精度和效率。用本法计算的各种实例与实验数据进行比较,二者吻合甚佳,能满足工程上所要求的精度。     

金属丝网橡胶的本构关系

通过对圆环形金属丝网橡胶成型制造过程的分析,在圆环嵌套模型基础上,结合干摩擦非线性理论和小曲梁模型建立了金属丝网橡胶材料的非线性本构关系,对不同相对密度的金属丝网橡胶试件进行了静态压缩实验,通过实验数据确定了本构关系方程的各项系数并实验结果进行比较.研究结果表明:建立的本构关系模型可以很好地描述金属丝网橡胶的非线性力学特性,实验结果能够较好地符合理论结果,并且该模型反映了相对密度、网格大小和网格宽度等参数的影响,从而实现了对材料结构刚度的预估.      

基于实测频响函数反推管路卡箍支承刚度与阻尼

为了有效创建航空发动机管路系统动力学模型,需要获得动载荷作用下管路卡箍支承刚度及阻尼。提出一种基于实测频响函数(FRF)反推卡箍支承刚度及阻尼的方法。确定了针对单管路双卡箍支撑系统的反推辨识流程;利用自编有限元创建了该管路系统的动力学模型,并给出了求解频响函数的方法;进一步,提出了基于灵敏度的卡箍支承刚度和阻尼反推辨识算法;以典型管路卡箍为例,用所提出的方法辨识出了该卡箍的支承刚度和阻尼。将辨识值回带到理论模型中,发现仿真及实测固有频率及相对应的频响函数偏差均小于9%,从而证明了研发的辨识方法的合理性。另外,辨识结果也表明卡箍的刚度及阻尼具有频率依赖性,且水平及竖直方向存在差异。      

某发动机低压涡轮盘技术寿命研究

本文对某发动机低压涡轮盘进行了技术寿命研究。对盘进行了应力计算,寿命分析,确定了考核部位。对试验设备、试验件及试验参数进行了介绍。给出了2个试验件的试验结果,并根据有关规范给出了轮盘的标准循环数和平均飞行小时数。试验研究为轮盘定寿、延寿提供了试验依据。