受均布载荷的双模量陶瓷简支梁的有限元计算

为了验证应力球张量法是否适用于双向应力状态下的不同模量计算,以受均布横向载荷的拉压模量不等材料的简支梁为例,建立其有限元模型,利用所研发的模块对简支梁进行了结构分析。通过对比所得有限元解与其解析解的计算结果,确定了误差范围,分析了有限元解的变化规律及其合理性。结果表明:正应力的最大误差不超过4.5%,竖向位移的最大误差不超过5.4%,切应力的最大误差不超过3.5%,满足工程上的要求。应力球张量法适用于双向应力状态下不同模量计算。     

冲压发动机进气道楔形前缘体热应力分析

为研究拉压不同模量(以下简称双模量)冲压发动机进气道前缘体的热应力状态,在Ansys基础上,利用二次开发,得到了可分析具有双模量属性材料应力的模块。以ZrB2-SiC为材料的发动机前缘构件的ZrB2部分为研究对象,以来流马赫数6.0,总温1660K,总压2.85MPa为条件,经流场及热传导计算得到前缘体内部不均匀温度场。实验测得ZrB2材料在不同温度下的拉、压模量,其压缩模量为拉伸模量的两倍,将拉、压弹性模量以及计算的温度场导入到所开发的模块中进行热应力分析,得到此前缘体ZrB2部分的热应力分布状态。将此结果与不考虑双模量情况下进行流-固-热耦合分析得到的热应力分布曲线进行对比。结果表明,不考虑ZrB2材料的双模量属性的结果最大误差高达300%,严重超出了工程上的要求精度。对比结果说明了不同模量理论的重要性,同时证明了所开发的不同模量应力分析模块的工程实用价值。     

拉压不同模量凹腔陶瓷导流块动力固有模态特性研究

为了研究拉压不同模量(以下简称双模量)凹腔陶瓷导流块的动力特性,将陶瓷导流块等效成一根双模量材料简支Euler梁,从而得出凹腔火焰稳定器在双模量材料下的振动情况,保证该结构在高温状态下稳定。以双模量简支Euler梁为研究对象,通过二次开发,实现了Ansys平台分析具有该类材料属性结构动力特性的功能。将得到的前三阶固有频率与文献中推得的频率计算公式所得的固有频率进行了分析对比,得到的误差除了第一阶外都大于5%,发现文献所得结果有缺陷。将得到的各阶频率及振型曲线与已知的经典弹性理论的频率与振型曲线进行对比,说明材料的双模量属性对固有频率的影响很大,对振型曲线并没有影响。通过振型及材料属性分布图能直观地观察到材料的拉压区域,说明材料的拉压区域不能仅分为两个区域,振型阶次越高分区也越复杂。     

具有拉压双模量材料简支梁和悬臂梁稳定性分析

首先在迹应力分析基础上讨论了单、双模量梁在受拉和受弯共同作用下中性轴偏移的问题,分析了中性轴偏移产生的附加弯矩及其对梁挠曲线微分方程的影响。并推导出双模量简支梁的挠曲线方程。随后,利用新的挠曲线微分方程对悬臂梁稳定性进行分析,利用数值解法计算不同拉压模量下双模量悬臂梁的屈曲荷载,并通过计算结果对双模量材料的性能作出初步分析。     

拉弯过程中预拉力对角型材零件回弹的影响规律

采用弹塑性有限元方法对不同预拉力下角型材的转台式拉弯成形过程进行了模拟.首先建立转台式拉弯成形过程的有限元模型,然后通过分析由模拟计算所得到的不同预拉力下拉弯零件的应力应变场和回弹角,得出预拉力对角型材拉弯零件回弹的影响规律.所得结果可作为设计拉弯成形模具和确定拉弯工艺参数的参考.     

热障涂层残余应力的拉曼光谱测量及数值分析

 为了研究航空发动机热障涂层(TBCs)制备过程中残余应力的分布问题,采用大气等离子喷涂技术(APS)在镍基高温合金GH99上制备了热障涂层(CoCrAlY粘结层和ZrO₂陶瓷面层),对热障涂层进行了100~3 500 cm^-1激光拉曼光谱扫描,并采用有限元方法计算了与之对应的热障涂层有限元模型应力分布.分析了涂层系统内部轴向残余应力的分布情况并对比分析了激光拉曼光谱频移及有限元计算结果.激光拉曼分析结果表明:轴向陶瓷层内部呈现压应力,在陶瓷层/粘结层界面处应力达到最大值14.8 MPa,粘结层内呈现拉应力;数值分析应力变化趋势与激光拉曼测试分析结果相吻合.     

针刺陶瓷基复合材料损伤本构模型及构件应力分析

基于连续介质损伤力学方法提出了适用于针刺陶瓷基复合材料的各向异性损伤本构模型.该模型考虑了拉伸与剪切损伤的影响.通过试验得到了材料的拉伸和剪切的应力-应变曲线,采用曲线拟合获得了本构模型的参数.应用用户子程序技术将本构模型写入商用有限元软件,计算所得拉伸和剪切的应力-应变曲线与试验曲线比较吻合,最大误差分别为5.62%和1.47%.使用该损伤本构模型及弹性模型计算了航空发动机尾喷管调节片在气动和温度载荷下的力学响应,两者计算所得应力分布相似,但损伤本构模型计算值明显小于弹性模型计算值.      

硬态切削表面残余应力分析研究

以轴承钢GCr15为研究对象,根据热-弹塑性有限元理论,建立了热力耦合的二维正交硬态切削模型。根据硬态切削的特点,在硬态切削有限元模型中设置了未预先设置分离线的点面接触并选择了Johnson-Cook材料本构模型,通过有限元分析计算,得到了不同切削参数和刀具几何参数条件下已加工表面残余应力的模拟结果。对结果进行比较分析得出,最大压残余应力出现在工件表面,沿着深度的增加工件内部的残余应力由残余压应力转化为残余拉应力,并逐渐趋向于零。这对于控制和提高硬态切削工件表面质量具有重要的理论指导意义。     

某飞行器防热材料力学性能测试与分析

按照飞行过程中的防热层温度变化情况,对某飞行器防热材料进行了不同温度下的弯曲性能测试。测试结果表明,该防热材料在升温和降温过程中,在相同温度点具有明显不同的力学性能。根据材料性能测试结果,用有限元方法进行模拟,进一步得出该材料的弯曲模量与拉伸模量的关系,为防热结构进行有限元分析提供材料性能数据支撑。     

渐开线轮齿的弯曲应力参数化分析

根据渐开线和齿根过渡曲线方程及相关参变量的取值范围,将载荷作用于单齿啮合最高点,建立了一套齿轮弯曲应力的参数化平面有限元分析方法.算例显示,现行设计方法的修正系数能比较准确地反映齿根的最大拉应力.齿根弯曲最大压应力大于最大拉应力,而现行设计方法仅考虑了最大拉应力.随着刀具齿顶圆角、变位系数和齿形角的增大,齿根最大拉应力都有减少.其中,压力角和刀具齿顶圆角的影响较显著,而齿数对齿根应力几乎无影响.