基于量纲分析的弹塑性应力强度因子探讨

以Ⅲ型裂纹(反平面剪切)问题为例,对裂纹尖端弹塑性应力场进行了分析研究。首先,基于断裂力学基本理论,引入弹塑性本构关系,推导弹塑性裂纹尖端场;其次,依据线弹性场中应力强度因子的定义和基于J-积分的弹塑性裂纹尖端应力场的分布,并结合物理意义,定义了与线弹性场应力强度因子一致的弹塑性应力强度因子,来表征弹塑性裂纹尖端应力场的强度;最后,对本文所定义的弹塑性应力强度因子进行了合理性分析,说明了本文定义的适用性。本文所定义的弹塑性应力强度因子,相比于表征弹塑性场的J-积分,具有更明确的物理意义和更简明的表达形式;为弹塑性裂纹尖端场的分析和含裂纹材料弹塑性破坏判据的建立提供了理论方法。另外,本文方式也适合于定义Ⅰ型和Ⅱ型问题。     

宇航压力容器表面裂纹的非线性线弹簧模型的摄动解

本文用摄动法求解了用于表面裂纹弹塑性分析的非线性线弹簧模型,以含表面裂纹的壁板和圆筒形容器为例,计算了表面裂纹的J积分及撕裂模量T_J。摄动解和以前的迭代法解进行了比较,结果表明摄动解法具有适用范围广、精度较好和计算时间更经济等优点。     

随机振动疲劳试验的小裂纹扩展分析方法

针对某型液体火箭发动机管路接头的随机振动疲劳试验,基于断裂力学的小裂纹理论进行了裂纹扩展寿命分析.分别从小裂纹应力强度因子计算、疲劳应变/应力谱、裂纹扩展速率曲线以及裂纹扩展计算程序等方面进行了研究.使用FRANC3D(试用版)进行三维裂纹的有限元计算,得到了管路结构表面裂纹的应力强度因子变化规律;对应变实测数据进行了...     

预估宇航压力容器脆性破坏的一种方法

本文考虑到宇航压力容器的构成和使用特点:即对裂纹、应力腐蚀或氢损伤等的敏感性及损伤在特定的应力和环境下具有发展的特性,就宇航压力容器脆性破坏的预估问题进行了探讨。根据容器中可能存有损伤的假设,提出了容伤模量的概念,用以描述容器的损伤容限。鉴于容器的脆性破坏多发生于水压验证试验中,本文给出了使用容伤模量确定水压验证压强的公式,并认为用验证压强预估容器的脆性破坏是可行的。     

某压力容器的结构强度分析

压力容器是宇航飞行器上不可缺少的部件，在使用和设计过程中，对其结构强度有所了解是必须的。本文推导了4结点环单元有限单元方法（FEM）的求解过程，运用有限分析软件ANSYS预示了某型号宇航飞行器上一压力容器的结构强度特征，预示结果和实际的压力容器应力分布情况一致。     

边裂纹板条D-M模型的边界积分方程解

本文为边裂纹板条提供了一种较为精确的解法——边界积分方程法(或边界元法)。文中推导了边裂纹板条D-M模型的塑性区尺寸、裂纹尖端张开位移及裂纹前缘应力分布的理论计算公式,并将数值结果与Chell的格林函数解和Petroski的权函数解进行了比较。结果表明,在中小屈服范围内,三者基本是吻合的。 本文提供的边界积分方程法计算机程序,可较精确地用于各种结构的边裂纹或长表面裂纹的弹塑性分析及裂纹尖端张开位移的计算,从而可对这些结构进行断裂分析。     

固体发动机药柱表面裂纹的处理

工程实际中通常采用于药柱表面裂纹处铲槽的方法来释放裂纹尖端的应力应变集中,以确保药柱含裂纹的固体发动机能正常点火发射.为确定铲槽的深度和宽度,基于线粘弹性三维有限元,首先确定发动机药柱点火发射时的危险部位;其次,在危险部位设置深度不同的裂纹,在裂纹尖端构建三维奇异裂纹元,模拟裂纹扩展,分别计算随着裂纹扩展所对应裂纹深度的各类应力强度因子,由此判断裂纹的稳定性,以确定是否需要对裂纹进行铲槽处理;最后,确定在危险裂纹处需要铲槽的深度与宽度.通过对某翼锥-圆柱组合型药柱在点火发射时的数值分析,提出了药柱危险部位裂纹的处理方法,量化了药柱表面裂纹的处理.该方法可为修复药柱表面含缺陷的发动机提供参考.     

含微裂纹的固体导弹弹射筒的可靠性研究

为了对含微裂纹的固体导弹弹射筒进行可靠性评估，从断裂力学的角度，对随机载荷作用下的钢制弹射筒裂纹累积损伤进行了分析和研究，建立了裂纹累积损伤失效物理模型。在此基础上应用蒙特－卡罗方法对算例进行仿真计算，并分析了影响弹射筒可靠性的因素。结果表明，初始裂纹的大小是影响弹射筒可靠性的主要因素，这与实际结果较符合。     

断裂力学在宇航飞行器设计和研制中的重要意义

一、什么是断裂力学? 断裂力学是六十年代才发展起来的一门新兴的学科,是固体力学的重要分支。它研究有裂纹材料或构件的强度和裂纹扩展规律,处理抗断裂问题。可以说,它是连续介质力学(包括弹性、粘弹性,塑性理论等)应用于材料或构件破坏的一门应用科学,属于强度学领域。     

表面裂纹问题的一个封闭形式解

通过本文给出的力学等效模型,三维的表面裂纹问题可化为二维的Hilbert型问题。表面裂纹对板中面不对称的效应是以作用在模型裂纹面上用指数多项式表示的分布拉伸和弯曲载荷来取代。由此,作为Hilbert型问题解的奇异积分方程是可积的,故推得一个封闭形式解。模型的另一个假设:在载荷作用下,裂纹前缘与板的自由表面相交的端点上,存在确定值的裂纹深度,从而使该点及其附近的奇异场参量可解。本文的计算结果与三维有限元解、包含Reissner理论的线弹簧模型解、有限元迭代法和Benchmark值等结果十分吻合。在表面层,本文所得的裂纹前缘的应力强度因子分布与Hartranft和Sih的三维裂纹板理论的结果,及Raju和Newman用细分表面层的有限元单元的精确解结果,非常接近。本方法计算量少、精确,便于工程应用。     

碳-环氧树脂复合材料三角形网格加劲壳的总体稳定性

碳-环氧树脂(C/E)复合材料三角形网格加劲壳是一种先进的宇航结构。其总体失稳临界载荷计算是设计中的一个重要问题。本文为这种壳体结构的临界载荷计算提供了一个计算方法。为了验证这个计算方法,本文给出了三个C/E复合材料三角形网格加劲圆筒壳的外压试验结果。临界外压的实验结果与理论予示相当一致。因此,本文提供的临界外压计算公式可供设计使用。     

钛合金高压气瓶表面裂纹程序载荷谱试验的结果和分析

本文介绍两个带有疲劳表面裂纹的钛合金高压气瓶在程序载荷谱下的试验结果,并对它作了简单的分析。结果表明,即使气瓶具有“最大可能出现”的表面裂纹,它在公路运输及地面贮存保压过程中也是安全的。利用我们推导的表面裂纹半经验公式,参考NASA的K_(TH)/K_I实验数据,估计了在使用载荷作用下,气瓶在水介质中贮存保压较长时间裂纹不产生扩展的临界尺寸。     

Study on the fracture mechanics phenomena in the ARIANE program

By the way of the ARIANE launcher structures and design specification, it was intended to apply the most recent research results of fracture mechanics to pressure vessels design in order to ensure safe behaviour of the product during its service life.Characterisation tests have been performed, the purpose of which was to demonstrate the feasibility of the experimental method, determining the minimum guaranteed number of cycles for a given proof factor vs the number of cycles for a known limit pressure.The method has also been applied to some pressure vessels of the ARIANE launcher.     

脉冲发动机软隔离装置反向打开过程研究

通过显示动力学的方法,对一种软隔离装置反向打开过程进行了模拟,并通过燃气发生器-隔层试验装置,进一步验证了隔层的打开过程,模拟结果与试验结果吻合得较好,验证了计算方法的合理性。研究结果表明,脆性断裂准则可较准确地预测隔层的破坏位置和压强,同时在内压冲击载荷作用下隔层薄弱区域首先出现破裂,破裂后下隔层结构逐渐反向打开,最终端口发生严重破坏,研究结果可用于发动机隔层的初步设计。     

再入航天飞机表面热流密度辨识

本文给出了求解表面热流密度辨识这一热传导逆问题的顺序函数法。然后以某模型航天飞机迎风中心线上的某特征点为例，将航天飞机再入时的表面热流密度辨识问题简化为一维模型问题，用顺序函数法来对该特征点上的对流加热流密度进行了仿真辨识，得到了较理想的辨识结果。该方法在航天研究领域有着良好的工程应用前景。     

宇航科学文献情报源初析

本文通过对《宇航学报》1981～1988年322篇论文中2466条参考文献的统计分析,得出以下结论,(a)宇航科学的文献情报源重在期刊类文献。(b)以《宇航学报》、《航空学报》、《AIAA,Jourual》等六种期刊类文献为重点文献。(c)中文的引文作者和论文作者相对集中。(d)期刊类文献的半衰期为8～10年。     

复合材料环形高压容器缠绕参数设计与分析

针对诸如环形气瓶等圆环状压力容器的缠绕，提出同时满足结构特性和缠绕工艺性的参数设计方法以符合实际工程需要。推导了圆环面纤维不架空和不滑移判据；根据内压作用下纤维螺旋加环向缠绕环壳的平衡方程，考虑截面厚度变化和缠绕初始条件，给出了均衡缠绕参数及线型的确定方法，讨论了在不同管径比和厚度比下该线型路径的稳定性；以螺旋向铺层的初始缠绕角和厚度为变量，对结构进行重量最小化设计。作为算例，对纤隹缠绕环形高压气瓶在爆破压强为40—80MPa的范围内进行优化设计。结果表明，优化设计的均衡缠绕线型模式睛确可靠，满足纤维缠绕的基本要求，能充分发挥缠绕结构的力学性能。本文的设计计算方法可直接用于复合材辞环形气瓶的初步设计。     

Manned missions to Mars: Minimizing risks of failure

Some major risks-of-failure issues for the future manned missions to Mars are discussed, with an objective to address criteria for making such missions possible, successful, safe and cost-effective. The following astronautical and instrumentation-and-equipment-reliability related aspects of the missions are considered: redundancies and backup strategies; costs; assessed probability of failure as a suitable reliability criterion for the instrumentation (equipment); probabilistic assessment of the likelihood of the mission success and safety. It is concluded that parametric risk modeling is a must for a risk-driven decision-making process.     

An ethical duty: Let astronautical development unfold – to make the people more secure

In examining alternative space-development models, one observes that Heinlein postulated the first Moon flight as the outcome of the focused action of an individual – building upon an ample commercial aerospace transportation infrastructure. The same technological basis and entrepreneurial drive would then sustain a fast human and economic expansion on three new planets. Instead, historically, humans reached the Moon thanks to a “Faustian bargain” between astronautical developers and governments. This approach brought the early Apollo triumphs, but it also created the presumption of this method as the sole one for enabling space development. Eventually, the application of this paradigm caused the decline of the astronautical endeavor. Thus, just as conventional methods became unable to sustain the astronautical endeavor, space development appeared as vital, e.g., to satisfy the people?s basic needs (metabolic resources, energy, materials, and space), as shown elsewhere. Such an endeavor must grow from actions generating new wealth through commercial activities to become self-supporting. Acquisition and distribution of multiform space resources call, however, for a sound ethical environment, as predatory governments can easily forfeit those resources.     

提高金属内衬容器承载能力的预外压法

具有金属内衬的复合材料容器的承载能力很大程度上取决于金属内衬的弹性变形范围和稳定性。基于三维弹性理论。并结合第四强度理论。研究了在施加外压力时保证金属内衬不失稳的条件下,具有金属内衬的纤维缠绕容器的应力分布情况和承载能力的改善情况。结果表明,给金属内衬施加预外压力,可以提高容器的极限承载能力,更好地发挥纤维层的承载能力。