纳观尺度下非线性断裂问题的原子J积分方法研究

在宏观尺度非线性断裂力学研究中，J积分是一个至关重要的参数，表征了裂尖奇异应力场的强度。然而，当材料尺寸减小至纳观尺度时，已有研究表明连续介质断裂力学框架下的J积分准则将不再适用。在此前提下诞生了原子J积分的概念。通过考虑纳观尺度下的裂纹面非零应力，本文建立了含裂纹面线积分项的等效区域积分形式原子J积分公式。通过引入分子静力学模拟，本文在J积分计算中使用了原子结构的真实应力场和位移场，并采用新的积分方案以解决离散非均匀应变系统位移梯度的定义问题。一系列算例证明了原子J积分方法在连续介质断裂力学已发生失效的极小尺度下仍具有有效性。     

标量图像测速原理及数值检验

标量图像测速是一种新型的能够测量微小结构的湍流实验测量系统,其理论依据是Schmidt(Sc)数>1的标量湍流里,标量场脉动的时间尺度和空间耗散尺度要小于对应的速度场脉动的时间尺度和空间耗散尺度,标量脉动比速度脉动具有更强的间歇性,标量场所含信息大于速度场所含信息,从高Sc数标量场提取速度场是可能的.笔者详细介绍了标量图像测速原理,并在积分最小化法思想指导下根据标量输运守恒方程及限定条件,建立了积分最小化标量图像测速的数学表示.通过变分法,获得了积分空间每个点的三个速度分量的欧拉特征方程,对欧拉特征方程离散化即可在积分空间建立一线性稀疏方程组.采用变分迭代法对此线性稀疏方程组进行求解即可获得三维速度场,据此采用积分最小化法建立了标量图像测速图像处理系统.还介绍了四维标量场(三维空间加一维时间)的图像采集原理,并采用DNS数据对标量图像测速处理系统进行了数值检验,检验结果表明标量图像测速技术所求解的速度场和DNS精确解之间在结构上是十分相似的,标量图像测速可以正确地提取速度场.     

实压管道内天然气体积流量的PIV测试

利用PIV测试技术对DN100天然气水平管道内0.8MPa下的实流流场进行测试研究,得到旋度场、速度矢量场等.以实测速度矢量场的空间平均值拟合出圆管横截面上的主流速度分布并积分求得管流截面上的瞬时积分流量.试验通过连续测量发现了流场的瞬时流量存在明显的脉动特征;而在较长周期内采集到的瞬时流量呈正态分布,其平均值与声速喷嘴流量一致,测量精度与超声流量计相当.测试结果显示:该PIV系统可以用于体积流量计量,而较长周期内的瞬时流量均值可以作为标准流量.     

碳纤维增强树脂基断裂的数值模拟研究

基于断裂力学模型,通过应用Abaqus大型商用软件,建立碳纤维增强树脂基复合材料断裂实验的模型,计算了该模型的断裂韧性J积分,研究了用J积分来表征碳纤维增强树脂基断裂韧性特征,其结果表明了使用本文方法的有效性。     

中-大迎角下圆锥前体流场的等离子体控制

在圆锥-圆柱组合体圆锥段的尖端区域布置一对单个介质阻挡放电激励器( SDBD),通过风洞实验对圆锥前体分离涡流场的等离子体控制特性进行了研究.实验风速5m/s,迎角为25°和30°,采用表面压力测量技术,并通过对压力的积分得到侧向力系数.实验结果表明:通过控制激励器的开、关可以改变圆锥两侧压力分布不对称的模式,从而使得侧向力的大小和方向发生改变.研究表明:等离子体激励器可以对非双稳态下的圆锥前体分离涡流场进行有效的控制.     

基于光流算法的粒子图像测速技术研究

光流测量技术作为一种新的空气动力学实验技术,以其像素级分辨率的矢量场测量优势获得广泛的应用。光流测量技术使用光流约束方程,配合平滑限定条件,可以进行速度场测量,获得高分辨率的全局矢量场。首先通过研究积分最小化光流测速理论和算法,采用C++编写光流速度测量程序,然后通过3种典型人工位移图像对光流计算程序进行验证,并将结果和标准位移分布进行比对分析,以指导如何在实际应用中获得高精度光流速度场,最后进行小型风洞后向台阶实验,利用高速相机拍摄示踪粒子图像,使用光流计算程序获得速度矢量场,同采用互相关算法的粒子图像测速计算结果进行比较,体现出光流计算方法像素级分辨率的矢量场测量优势。     

对称分割法(网络拓扑法单元等效参数的计算)

对称分割法是网络拓扑法中推导单元等效参数的一种比较理想的方法。它采用作枝的垂直平分面的方法,把求解场分割为以节点为中心的节点元素。然后根据节点元素之间的关系,运用场的积分形式的基本方程来推导出枝的等效参数。用这种方法已推出各种形状的平面场和空间场中单元的等效参数、边界条件和内部源的计算式。并且某些计算式的精度高于有限元法。 本文介绍了场的基本方程的微分和积分形式及其相互关系,指出对称分割法是直接应用积分形式来解离散化场的一种有效方法;介绍了对称分割法的基本原理,推导出几种常用单元的等效参数的计算式,以及平面场和轴对称场边界条件与内部源的计算式。文章还举例说明了用有限元法处理内部源时的误差。     

格栅湍流场风参数沿风洞轴向变化规律

格栅湍流场常用于各类风洞试验中,桥梁断面气动参数均与来流风参数有关。对不同格栅湍流场下的风参数沿风洞轴向变化的规律进行了研究,得出风参数主要与测点与格栅断面间距、格栅板条厚度和单元格栅边长有关。随着间距增加,平均风速短期内急剧衰减,然后趋于稳定。随着间距增加,来流湍流的总能量减小而主要能量迁移至高频区域:湍流度呈指数衰减,湍流积分尺度呈增长趋势;约化风谱形状保持相似,峰值对应约化频率值基本保持不变,但峰值变小。另外根据风参数的变化规律,调试出2类特定的湍流场参数:湍流度相似而湍流积分尺度不同的湍流场和湍流积分尺度相似而湍流度不同的湍流场,以便于详尽研究主要风参数对桥梁断面气动参数的影响。     

层合复合材料薄板高速冲击损伤研究

针对任意角度铺层的复合材料层合薄板基于高速冲击过程中的能量守恒,建立了复合材料层板高速冲击问题的力学分析模型.该模型考虑了纤维断裂、基体裂纹和分层3种主要损伤形式.根据高应变率下单层板的本构关系,采用波的传播理论,计算复合材料层板冲击后的变形区尺寸和层板应变场,利用能量守恒迭代求解弹体的冲击剩余速度和弹靶接触力等参量.文中着重研究了复合材料层合薄板高速冲击中的损伤面积和形状,详细讨论了冲击速度,弹体直径以及靶板铺层情况对损伤形状和大小的影响.数值分析结果与试验吻合,证明了本文模型的有效性.     

几种断裂准则在单向玻璃布/聚酯层压板中的应用

该文采用应力强度因子准则、能量释放率准则、J积分、非线性能量释放率和断裂功,研究了单向玻璃布/聚酯层压板的断裂问题(层压板的铺设方向为90°,±60°,±45°,±30°,0°)。指出了上述几种断裂准则的适用范围及它们之间的关系。     

GH150氩弧焊接头组织和力学不均匀性研究

研究了ＧＨ１５０合金对接氩弧焊接头显微组织和力学性能的不均匀性，用金相分析和微型剪切试验等方法得到了该焊接接头各区域的微观组织和力学性能分布特性。结果表明，该焊接接头中存在着比较严重的微观组织和力学性能不均匀性，其不均匀程度在熔合线附近最为严重。因而认为熔合区是该焊接接头力学性能最薄弱的部位。同时，由微型剪切试验所得到的力学性能梯度曲线还表明，ＧＨ１５０合金是一种高强度材料，其韧塑性却偏低；在焊接接头各区域中的强度指标变化不大，但是焊缝和热影响区的韧塑性比母材降低较多。其中，焊缝的剪切变形率降低２１．８％，剪切功降低２５．５％。     

概率安全评定方法的计算程序及其工程应用

考虑四种主要随机因素：载荷（作用应力）、缺陷尺寸、断裂韧性、流变应力等参数的不确定性,针对较为常见的焊接结构型式,如平板、球罐、圆柱形容器等结构上可能存在的不同缺陷类型,基于双判据失效准则,编制了较为通用的含缺陷焊接结构概率安全评定程序。对国产ＣＦ－６２钢制容积为１５３１ｍ３的球罐可能存在的缺陷进行了概率安全评定,通过对评定参数的敏感性分析,指出了影响其可靠性的关键因素。     

基于模糊神经网络的异步电机速度控制系统

针对矢量控制异步电动机，利用模糊神经网络控制理论．提出了一种教师值指导和隶属函数自调整的模糊神经网络控制器。详细描述了模糊神经网络控制器和教师值控制器的设计过程，采用了隶属函数参数在线调节的办法，推导了隶属函数参数调整的公式和算法，研究了以转矩电流Iqs为目标函数和系统输出转速ω为目标函数的情况下的系统转速响应，分析了系统转动惯量J、粘滞摩擦系数B和转矩系数Kt变化情况下系统的性能，仿真结果表明该控制器具有速度响应快、鲁棒性较强等优点。     

基于线弹簧模型的焊接结构断裂可靠性分析

将表面裂纹断裂分析的线弹簧模型法与重要抽样法相结合,提出了一种可进行焊接结构断裂可靠性分析的新方法.采用该方法对典型焊接平板的断裂可靠性进行了分析,分析过程中考虑了材料特性、外载荷、焊接残余应力、裂纹尺寸等参数的不确定性,给出了结构的失效概率以及各随机变量的可靠性灵敏度,算例表明,断裂韧度KIC对结构可靠性影响最大,外...     

Mechanical Properties of Laser Welded Joints of High Volume Fraction SiCp/Al Aluminum Matrix Composite

High volume fraction SiCp/Al aluminum matrix composite possesses a variety of outstanding properties,such as high thermal conductivity and low coefficient of thermal expansion.It is widely applied in many fields,especially in automotive and aerospace.An orthogonal experiment is conducted to study the effects of relevant parameters on the mechanical properties by CO2 laser.Then the micro-hardness in different regions is measured.The effects of such parameters as laser power,middle layer thickness and welding speed on the tensile strength of the welded joints are discussed.The experimental results indicate that the maximum of the tensile strength of the welded joints is attained at the laser power of 1 200 W,the welding speed of 1.5 m/min and the middle layer thickness of 0.3 mm.In addition,the mechanism of the improvement of micro-hardness on the weld bead is also analyzed.     

一种实用新型网架超声探伤换能器的研制

本文详细介绍了网架结构在建造行业的用途及其特点，对网架结构重要部件之一焊接球节点，分析了焊接球节点焊颖超声波控伤的特点和存在的问题，研制了特微型、大Ｋ值、短前沿的双晶片模波斜探头，为全面实现焊接球节点焊缝超声波探伤找出了途径。     

导管装焊精确定位柔性辅助系统的设计与开发

针对运载火箭增压输送系统中的拼焊型管路产品,以实现管路产品焊接的柔性装配为最终目标,开展了装焊精确定位柔性辅助系统的设计与开发。根据拼焊型管路的传统制造模式,焊接装配是采用专用装焊工装保证导管的空间走向和总体尺寸,因而每项导管对应一套专用装焊工装,管路结构的调整将导致原工装的返修甚至报废,造成生产成本高且严重影响导管的研制周期,该问题在研制型号中尤为突出。随着型号越来越多,专用装焊工装数量也显著增多,给工装管理也带来了极大的挑战。本文通过装焊精确定位柔性辅助系统的设计与开发,以导管特征点的坐标为控制指令实现柔性装配系统按照装配要求进行精确走位和定位,以柔性化的装配系统实现不同规格、不同空间走向的拼焊型管路产品的焊接装配。     

GH3044高温合金激光熔覆焊接工艺研究

为解决航空发动机高导内机匣裂纹修复问题,采用RRW3040型激光熔覆设备对1.5mm厚的高温合金GH3044进行有间隙对接焊接,对焊接坡口间隙、激光功率、焊接速度三因素进行正交试验,得到的最佳工艺参数为间隙0.5mm、功率600W、焊接速度0.011m/s.对焊接接头进行拉伸强度测试、硬度检测、金相检查、抗弯曲测试.测...     

钢的相变超塑性扩散焊研究

通过金相观察、电子探针分析和显微硬度测试，研究了碳钢的相变超塑性扩散焊焊接接头的金相组织、碳的分布和显微硬度的变化，以及热循环中最高加热温度、压应力和热循环次数等主要工艺参数对Ｔ８／Ｔ８焊接接头强度的影响。结果表明，相变超塑性能加速固态扩散焊焊接过程；热循环中最高加热温度、压应力和热循环次数对焊接接头的强度有重要影响。文中还对相变超塑性能加速固态扩散焊焊接过程的机理进行了进一步的探讨。     

铝合金活塞CO2激光焊接中功率密度的影响

使用3 kW横流CO2气体激光器焊接某型汽车空调压缩机用铝合金活塞,研究了激光功率密度对铝合金活塞焊接质量包括焊缝形状、焊缝中气孔数量、气孔尺寸大小、焊缝抗拉强度、焊缝成分及焊缝显微硬度的影响。研究结果表明,由于铝合金对CO2激光的反射非常强烈,低功率的CO2激光只能对铝合金进行热传导焊接,焊接深度不能满足铝合金活塞的要求,应当尽量提高激光器的输出功率,才能实现铝合金的深熔焊。在用现有3 kW横流CO2激光器对铝合金活塞的激光焊接中,高功率焊接改善了铝合金活塞的焊接质量。