具有两条裂纹的转轴刚度特性分析及应用

基于断裂力学理论,采用应变能释放率的方法得到具有两条裂纹的转轴在受到两垂直剪力作用下的附加柔度矩阵和刚度矩阵,分析了转轴上裂纹的张开程度、裂纹深度、裂纹夹角等参数的变化对其在两剪力方向上的刚度及耦合刚度的影响。以具有两条不同裂纹夹角的转子系统为例,介绍了转轴刚度矩阵在裂纹转子故障诊断上的应用。研究结果表明:采用该方法得到的不同裂纹参数下的转轴刚度矩阵精度较高,将其应用到转子的故障诊断中可以清晰的反映出转子的故障特征,从而有效的实现转子裂纹故障诊断。     

简单连接弹簧-质点系统的逆模态问题

设(λ，x)为简单连接弹簧一质点系统的一个特征对。假定在原系统的末端附加质量m和／或刚度为k的弹簧，(μ，y)为修改系统的特征对。考虑由这两组特征对、附加质量m和／或附加弹簧的刚度k构造弹簧-质点系统的3类逆模态问题。本文将问题转化为Jacobi矩阵特征值反问题，给出由(λ，x)，(μ，y)，m和／或k构造具有正质量和正刚度的真实物理系统的充分必要条件。如果这些条件得到满足，则可惟一地构遣简单连接弹簧-质点系统，并给出了构造真实物理系统的一个算法。     

旋转圆盘振动的动态有限元法

本文将动态有限元法推广应用于轴对称圆板在旋转状态的振动特性分析,推导出环板元的动态形函数,解决了含贝塞尔函数的疑难积分问题,并建立了单元质量和刚度矩阵以及附加刚度矩阵和一次修正矩阵。文中以算例考核,结果与精确值比较符合。最后作为具体应用实例,分析了圆盘的固有频率随转速的变化情况。     

一种用于疲劳裂纹扩展数学模型研究的优化方法

在研究反映某类实验结果特性的数学公式或数学模型时，通常采用最小二乘法或其他微分方法对实验点进行曲线拟合。然而上述方法往往受到数学模型函数的可导性、连续性以及微分方程求解之难易程度的限制。本文通过引入工程设计中的优化方法，分别对室内空气环境下铝合金材料疲劳裂纹扩展的数学模型，以及在３．５％ＮａＣｌ水溶液浸泡下该材料腐蚀疲劳裂纹扩展的条件下，采用优化方法可方便地得到与其对应的疲劳裂纹扩展的（ｄａ／ｄＮ     

斜裂纹转子全开状态的刚度影响因素分析

基于材料力学和断裂力学理论,采用应变能释放率的方法推导出斜裂纹轴在轴向力、弯矩和扭矩的共同作用下的刚度矩阵,在裂纹完全张开的静态情况下,讨论了裂纹倾角、裂纹深度和轴细长比等参数对转轴刚度的影响。研究表明,在裂纹完全张开的静态情况下,裂纹的切向和法向的刚度随着裂纹倾角的减小而增大;裂纹深度的增大使裂纹轴的刚度变化增大;在裂纹轴稳态旋转的周期内,裂纹轴的刚度不是随着裂纹深度增加而一直减小的,而是具有一定的呼吸特性,上下波动,且很容易引起耦合振动,从而使转轴的动力特性更加复杂。     

适用于结构故障诊断的一个方法

一类结构故障(裂纹或缺陷)将使结构的物理参数产生一个微小变化,根据这一事实,借助于最优化理论,提出了一个确定故障位置、大小及发展趋势的新方法,并做了数值模拟试验,证明该方法是可行的。     

复合材料断裂的基体开裂模型

运用基体开裂模型对含有穿透裂纹的单向纤维复合材料进行了断裂分析，将理论预测结果和实验数据进行了比较。提出了决定裂纹前缘核心区域半径rc的定量公式以及确定材料临界应变能密度因子Sc的新方法。补充考虑了几个附加能量吸收过程，对应变能密度准则进行了开拓。实验试样的制备采用了预设裂纹的新方法。     

含椭圆夹杂或裂纹的圆柱扭转问题研究（英文）

基于复势函数理论,提出了一种简明的方法来研究含多个椭圆夹杂或裂纹圆柱体的Saint-Venant扭转问题。首先,应用Faber级数展开,导出了具有N个椭圆夹杂圆柱体的复势函数表达,然后计算圆柱体内部的切应力和扭转刚度。当椭圆夹杂退化为裂纹时,获得裂纹尖端应力强度因子解。最后,通过数值算例与已有文献结果对比验证了本文方法的正确性,并进一步讨论了几何参数、不同软硬夹杂相对基体的剪切模量比和椭圆夹杂或裂纹的阵列形式对局部应力场的影响。通过数值分析表明本文方法具有精度高、收敛性好等优点。     

局部附加粘弹性材料结构的动力特性

本文介绍的弹性-粘弹性复杂结构的动力特性分析方法是基于未附加粘弹材料的弹性结构的频率响应函数,将粘弹性材料作为附加量,计算出复合结构的频率响应函数,通过数据拟合得到系统的特征值和特征向量,对于复杂结构用粘弹性材料减振的一大类问题,避免了高次特征值问题的求解,节省了计算花费。     

褶皱结构成形时的形状偏差计算

解决了褶皱结构成形时相邻的平行四边形平面元素之间连接区棱的修圆半径值预测问题。把毛坯模拟成薄板，定义了平行四边形平面元素的边界条件，采用能量法导出挠度和力函数的非线性微分方程组，利用积分－差分法实现其数值解，并提供计算结果和分析应力－应变场。采用的计算方法可用于研究毛坯的刚度参数和工艺参数对褶皱结构的形状影响。     

一种等应力强度因子试件

计算了含中心裂纹的矩形板(高为2H,宽为2W)的应力强度因子。板的对称面内距离为2y_0的两点承受大小相等方向相反的一对集中力P作用。采用的分析方法是含待定常数的复应力函数与广义变分原理相结合的方法。此复应力函数精确地满足裂纹表面的边界条件,其余边界条件由广义变分原理近似地满足。 当H=2W,y_0=0.3W,a=(0.2-0.45)W(a为半裂纹长度),计算结果表明,应力强度因子近似为一个常值,它取1.938P/(πW)~(1/2),相对误差小于0.75％。 若采用上述几何尺寸的试件测试疲劳裂纹扩展常数,将可大大简化试验程序和试验数据处理工作。     

切削测力仪的杠杆—附加弹性元件设计方法

为解决目前应变式切削测力仪设计中普遍存在的刚度和灵敏度之间的矛盾,本文在对已有应变式切削测力仪特性进行分析的基础上,提出了切削测力仪的杠杆—附加弹性元件设计方法的原理,并讨论了应用该方法设计时有关的若干问题和该方法在解决切削测力仪刚度与灵敏度之间矛盾方面所可能的贡献。理论分析的结果表明,该方法能有效地解决测力仪的刚度和灵敏度的矛盾,为大幅度提高切削测力仪的综合精度指标开创了新的途径。最后,介绍了笔者采用杠杆附加弹性元件方法研制的新型切削测力仪。实测结果表明,该测力仪同时具有高刚度和高灵敏度,其刚度与灵敏度乘积指标较现有同类测力仪提高了近一个数量级。     

实心/空心杆结构的损伤容限与疲劳寿命估算

对飞机辅助动力装置的支撑杆(实心和空心)的损伤容限进行了研究.该研究探索一旦支撑杆损伤出现微小裂纹,飞机是否还能够安全着陆.首先,计算了两种可能用作支杆结构的裂纹应力强度因子KI,并提出了等应力强度因子的计算模型iso-KI,该模型避免使用材料参数,采用有限元法计算裂纹.然后,将问题进行了参数化,对于不同的材料、内外径比(Din/Dout)及外部裂纹扩展角(θ),得到了通用的应力强度因子KI与裂纹尺寸的关系.最后,用面向对象编程方法,将计算结果集成到程序中,在有统计载荷谱的情况下,可以估算出支撑杆的损伤容限寿命.     

任意铺层复合材料加筋板屈曲/后屈曲行为的解析解

给出了一种求解任意铺层复合材料加筋板屈曲/后屈曲问题的解析方法。首先将加筋板简化为受弹簧约束的层合板,而后通过构造位移函数,并利用伽辽金法得到了加筋板压缩、剪切和压剪载荷下的屈曲/后屈曲解析解。求解中引入了无量纲参数,使得结果更具一般性;在后屈曲行为中考虑了初始缺陷和由耦合刚度引起的前屈曲挠度,使得结果更加准确。通过与有限元结果的比较,讨论了几何参数、弹簧刚度等对解的影响。最后将该方法应用于T形加筋对称铺层复合材料加筋板的屈曲/后屈曲分析中,考虑T形筋对复合材料层板粘结区的刚度增强作用,采用刚度平均化方法引入增强效果,并与两种T形筋刚度简化模型以及有限元结果进行了比较,验证刚度平均化方法对计算加筋板屈曲/后屈曲行为的有效性。     

基于多次附加质量模态试验的动力学模型修改

用增加附加质量的模态试验修正结构动力学有限元模型是一种新颖的精确建模方法,但当测试模态数目较少时,由于识别方程中未知数数目大于方程数,计算精度会很差,影响了该项技术的实际应用.本文提出了一种用多次改变附加质量的多次模态试验数据来修正有限元刚度、质量矩阵的改进方法.该方法可增加参数识别方程个教,从而能有效地将参数识别欠定方程组变为超定方程组,使矩阵参数修正的准确性有效提高.文中通过两个例子具体研究了附加质量的模态试验次数与刚度、质量阵元素的修正精度及模型修改后模态计算精度的关系,表明该方法可行且有效.     

聚晶金刚石刀具铣削Ti40阻燃钛合金失效机理

选用3种不同粒度金刚石（0.5,10和30 μm）的聚晶金刚石(Polycrystalline diamond,PCD)刀具铣削加工Ti40阻燃钛合金,结合三维视频显微镜与扫描电镜观测刀具形貌,分析金刚石粒度对刀具磨损和破损行为的影响,揭示PCD刀具的失效机理。研究发现,金刚石粒度越小,PCD刀具的耐用度越高。在铣削加工的力-热冲击作用下,PCD刀具的磨损主要表现为磨粒磨损和粘结磨损,而破损初期表现为以微裂纹、前后刀面剥落和微崩刃为主,后期发生了局部碎裂。剥落和微崩刃主要发生在PCD刀具的前、后 刀面临界切深2.5~3.0 mm处,微裂纹是导致发生剥落和微崩刃的主要因素。     

速度型切削颤振的非线性分析

本文应用微分方程稳定性理论与极限环理论分析受非线性因素影响的速度型切削颤振问题,着重研究动态切削力中的非线性阻尼与机床结构特性中的非线性刚度对切削过程稳定性与颤振振幅稳定性的影响。结果表明,切削过程的稳定性取决于切削阻尼与机床结构阻尼,而与机床结构的刚度特性(线性或非线性)无关;非稳态的切削过程是否存在极限环,亦与机床结构的刚度特性无关,只取决于切削过程的阻尼特性,也就是说,满足一定条件的切削过程的非线性阻尼,亦是导致切削颤振振幅稳定性的原因。     

基于预试验技术的内分支结构地面动力学试验研究

地面动力学试验(GVT)对大型航天器结构设计、改进、载荷预示有着重要的意义。通过预试验分析对GVT系统配置进行优化能够减少成本提高效率。基于加权平均驱动留数法(WADPR)和振型加权有效独立法(WMEI),将激振点和测点优化布置策略应用于某大型航天器内分支结构的地面动力学试验中;同时,考虑了试验测量系统和激振系统中的附加质量和附加刚度的影响,较传统的GVT试验精度取得了较大的提升。     

论承压裂纹杆的断裂

本文对非线性弹性断裂力学范畴的承压裂纹杆的断裂问题进行了讨论。失稳后的弹性线采用精确的曲率微分方程式。计算了两种裂纹杆失稳后的应变能释放率与形式的“应力强度因子H”,并绘有曲线便于迅速查阅。     

高精度微分求积曲梁单元的建立与应用

首先由能量原理导出曲梁弯曲问题的控制微分方程，在此基础上应用微分求积法原理分别给出了曲梁内点和端点的微分求积方程，由此形成曲梁单元的刚度方程，从而建立了微分求积曲梁单元，并给出了曲梁结构刚度方程的边界条件。通过算例分析，得到了微分求积单元法结构离散时应使单元数量少的原则和求解精度与单元长度比基本无关的性质。与有限元方法的结果比较表明，本文导出的曲梁单元是一种具有很高求解精度的单元。》