Tsai—Hill失效区尺寸断裂判据初探

本文结合单向板的正交异性均质模型和TSai-Hill失效准则,提出了单向板中心穿透裂纹的新的复合型断裂判据,称为Tsai-Hill失效区尺寸断裂判据(r_(TS)-判据)。算例表明,与均质模型的s-判据定性比较,本判据与基体模型(Matrix model)的s基-判据更为接近,同时又避免了基体模型的复杂性。因此,本判据相对简单又比较接近实际,有其工程应用前景。     

石英纤维与碳纤维混杂加筋壁板剪切后屈曲性能研究

针对石英纤维与碳纤维混杂加筋壁板,研究其在剪切载荷作用下的极限承载能力,分析其损伤破坏模式。使用二维Hashin准则和二次名义应力准则作为混杂复合材料加筋壁板的层内和层间失效判据,建立了考虑渐进损伤的剪切破坏分析模型,并在ABAQUS有限元软件平台进行建模与求解。开展了石英纤维与碳纤维混杂加筋壁板剪切试验,测量其破坏载荷,获得其典型破坏模式。仿真结果与试验结果的屈曲载荷和破坏载荷相对误差均在15%以内,破坏模式一致,验证了该建模分析方法的可行性与有效性。     

拉压、扭转载荷下铸铝合金的亿周疲劳性能研究

应用超声疲劳试验机对铸铝合金2-AS5U3G-Y35在扭转和拉压循环载荷下进行了超高周疲劳性能测试.介绍了超声扭转疲劳试验装置的设计.应用35 Hz常规疲劳试验机和20 kHz的超声疲劳试验机完成应力比R=-1的拉压、扭转疲劳试验,进而研究不同载荷条件、加载频率对铸铝合金超高周疲劳性能的影响.S-N曲线显示,铝合金在105～1010疲劳周次间仍发生疲劳断裂,不存在疲劳极限.断口分析表明,在超高周循环拉压载荷下,疲劳裂纹常萌生于试样次表面材料内部缩孔.与循环拉压载荷下的疲劳断裂机理不同,在循环扭转载荷下疲劳裂纹主要萌生于试样表面,疲劳断裂面为一种典型的沿试样轴向45°的螺旋面,即沿最大主应力平面断裂.扭转疲劳断面清晰的剪切条带表明扭转疲劳断裂实质上是剪切断裂.     

保险阀连通管疲劳断裂分析及结构改进

应用疲劳分析理论以及有限元失效分析方法,对保险阀疲劳断裂问题进行机理分析,结果表明振动环境下连通管受双向弯曲应力影响,连通管焊接根部存在明显的应力集中,容易发生疲劳破坏。依据分析结果对连通管采取了支架/卡箍固定并改善连通管走向的改进措施,对改进结构保险阀连通管进行微应变及振动疲劳寿命测试,试验结果表明改进结构改善了连通管应力分布,连通管疲劳寿命提高了3倍以上。试验结果也验证了分析方法的正确性和可靠性,本文分析及试验方法对结构件动强度及疲劳寿命的设计和验证具有一定的参考价值。     

基于Global/Local法的螺栓连接结构静强度渐进破坏

为了研究螺栓连接结构静强度渐进破坏特点,应用Global/Local有限元分析技术,分两级建立了螺拴连接结构有限元模型,并对其进行了带EWK断裂子程序的材料/几何非线性有限元分析.结果表明:螺栓连接结构的断裂部位位于螺拴孔边缘,当加载到最大载荷的42%时开始出现破坏单元,在加载到最大载荷的48%之前裂纹扩展是一个稳态的过程,之后便迅速扩展直至整体结构失效.Global/Local分析技术提高了整个过程的分析效率.     

飞机连接耳片故障诊断疲劳损伤评估专家系统

连续耳片是飞机上的重要部件，其使用环境恶劣，极易出现故障引起失效。本文根据大量的数据、表格和曲线，用Delphi程序设计构造了专家系统的知识库及推理机，从静强度、疲劳强度、疲劳寿命、断裂损伤、临界裂纹及裂纹扩展寿命等方面，结合材料性能、表面加工、干涉配合、大气环境及表面强化等因素，对飞机连接耳片进行疲劳损伤容限的评估。提出了用剩余强度裕度、疲劳裕度、断裂判据、临界裂纹长度、挤压系数、耳片疲劳额定许用基准值、耳片孔边单裂纹综合构形因子、耳片几何因子、耳片试验试件系数、试验可靠性系数、置信系数和特征寿命等参数进行评估的方法。     

噪声振动环境中的仪器设备损伤研究

对噪声振动环境下的仪器电路板损伤进行了研究,以解释高噪声环境下某机箱电路板引脚断裂机理。应用噪声激励下激光测振技术、声传递试验方法、有限元分析动态响应分析技术,给出了元器件管脚动态应力分布,并根据S-N曲线对结构的寿命进行评估分析,理论分析所得出的失效模式及寿命时间和试验情况基本吻合。本文所探索的噪声激励下的电路板应力分析及寿命评估技术可以用来评估力学环境造成的仪器损伤,拓展了仪器可靠性评估途径,具有较高的工程应用价值和借鉴意义。     

不同温度和应变速率下7022铝合金流变应力行为

通过在293-773 K的温度范围内和应变速率为0.001-0.1 s-1下对7022铝合金薄板进行温拉伸试验,研究了7022铝合金温拉伸性能,以及该合金在升温条件下流变应力与变形温度和应变速率之间的关系.并利用改进了的Hooke law和Grosman方程建立了7022铝合金在温拉伸时应力-应变本构模型.研究结果表明:7022铝合金的流变应力随温度的升高而降低,随应变速率的升高而升高;温拉伸试样的延伸率随变形温度的升高而升高,随应变速率的增大而减小.     

5554铝合金TIG焊缝组织与性能

针对厚度为10 mm的5554铝合金进行TIG焊接试验研究,分析焊缝的组织结构及力学性能.结果表明,在选用S311焊丝的焊接试样中,焊接试样的抗拉强度和屈服强度均在母材的50%左右,断后伸长率为母材的65.4%.通过拉伸断口扫描电镜观察,5554铝合金及其焊接试样的拉伸断口均为韧窝断裂断口,断裂为韧性断裂.对焊接试样各区域的显微硬度测试,显示焊缝区域硬度高于其他部位,其中熔合线和热影响区之间的显微硬度最低.并且焊接试样的整体区域硬度均比未焊接的母材低,通过试验验证,得出焊接后的退火消除应力热处理是导致这一结果的主要原因.     

随机疲劳下复合材料剩余刚度-剩余强度关联模型及寿命预测

剩余刚度和剩余强度作为描述复合材料疲劳损伤程度最常见的方法,在应用过程中都存在各自的优缺点。刚度试验成本低,但缺少明确的失效判据使得其实际工程中的应用受到限制,强度虽然存在天然的失效判据,但破坏性试验导致试验成本较高。考虑复合材料结构大多在随机交变载荷下服役,如噪声、振动等。本文通过复合材料常幅疲劳数据推导了随机疲劳下的剩余强度曲线,提出了一种随机载荷下的剩余刚度-强度关联模型,减少了试验时间和成本,并通过关联模型预测了结构随机疲劳寿命,预测值与试验值具有较好的一致性。     

火箭级间段连接螺栓失效数值模拟

火箭级间段采用多个螺栓盘式连接,在高速飞行过程中,箭体受横向异常载荷的作用,导致连接螺栓相继失效.本文利用非线性有限元软件ABAQUS,对单个螺栓的失效进行数值模拟（包括无螺纹单螺栓应力模型和有螺纹单螺栓破坏模型）,计算得到的失效破坏载荷与试验测定的破坏载荷进行对比.考虑火箭全箭飞行过程中遭受的横向异常载荷,对级间段连接螺栓的相继失效进行数值模拟.     

正交各向异性纸张内聚区模型关键参数的确定及其静态断裂仿真

研究纸张裁剪过程对刀具设计至关重要,然而纸张裁剪的断裂机理却尚未明晰.为此,基于内聚区模型,对纸张的剪切过程进行仿真分析,并给出确定纸张剪切内聚区模型关键参数的方法.首先,通过纸张的纵向和横向拉伸试验,基于各向异性理论,确定纸张的材料常数.其次,基于拉伸应力-应变曲线,结合损伤理论和数值方法,给出纸张内聚区模型的关键参...     

钛合金高压气瓶表面裂纹断裂试验及断裂应力预计

本文扼要地介绍气瓶基体金属疲劳表面裂纹断裂试验的结果,并与几种常用工程计算方法的计算值进行比较。对韧带未完全屈服的断裂情况,我们导出了一个适合计算表面裂纹断裂应力的公式,在此基础上还推荐了一种预计表面裂纹断裂应力的简便方法。     

含孔复合材料层合板轴向拉伸三维有限元渐进失效分析

基于渐进失效分析方法,建立了带孔的三维有限元模型.该模型能有效计算应力集中区和自由边界区的应力以及层间应力,为渐进失效分析提供了可靠的基础.本文采用了修正的三维Hashin准则作为单元失效的判断依据,使用交互式退化模型对失效单元进行材料性能退化;同时研究了材料常数υ23值和刚度缩减系数(SCR)对失效载荷预测结果的影响;实现了失效扩展过程的仿真分析;计算了不同层合板的最终失效载荷,计算值与试验值误差小于10%.     

耦合环境应力下电子设备焊点退化试验研究

焊点的退化失效是引发电子设备故障的重要因素。本文针对目前耦合应力下焊点退化试验研究相对薄弱的问题,搭建了耦合环境应力试验系统,设计了退化试验耦合应力载荷谱,制备了BGA与QFP两种典型焊点的电路板试件,采集了大量焊点退化试验数据。通过数据分析、微观电镜以及有限元仿真,对耦合应力下焊点寿命、失效模式和退化机理展开研究。     

带孔复合材料层板动态拉伸破坏的应变率效应

采用三维Hashin准则作为纤维束损伤判据,根据材料不同损伤模式制定相应的材料性能退化方案,并考虑应变率效应对材料的强度性能进行修正,建立含孔复合材料层合板的渐进损伤分析模型,模拟材料在不同应变率下的损伤破坏过程。通过动态拉伸试验,获得材料在不同应变率下的载荷-位移关系及孔边不同位置的时间-应变关系,讨论了应变率对材料拉伸性能的影响及试件孔边的应力集中情况。有限元分析结果与试验数据相一致,证明了本文所提出分析模型的正确性和有效性。     

三维四向编织复合材料疲劳性能分析

建立基于八边形纤维束截面假设的三维四向编织复合材料单胞模型。基于单向复合材料疲劳剩余刚度和剩余强度模型,结合组分材料的疲劳失效判据和性能突降方法,建立了三维四向编织复合材料疲劳寿命预测模型。利用ABAQUS有限元软件UMAT开发了疲劳寿命预测与渐进损伤分析程序,研究了三维四向编织复合材料在不同应力水平下的损伤扩展过程和疲劳寿命。研究表明,疲劳损伤是从纤维束之间的接触面的单元开始发生损伤破坏,然后向纤维束表面以及纤维束内部开始扩散,并且损伤扩展速率随着应力水平的提高而加快。本文研究为预测三维四向编织复合材料的疲劳寿命提供了一种途径。     

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...     

陶瓷材料压缩加载下的动态失效研究

利用脆性材料的动态应力强度因子与裂纹传播速度相关，考虑氧化铝陶瓷动态断裂韧性与静态断裂韧性的差异，采用新的裂纹扩展破坏判据对分枝裂纹阵模型进行改进。在SHPB（分离式Hopkinson压杆）上进行了单轴应力和单轴应变实验，所测得的实验结果与改进的分枝裂纹阵模型计算结果符合较好。     

带负扭转的复合材料桨叶蒙皮分层裂纹尖端场分析

蒙皮分层是复合材料浆叶疲劳破坏的主要形式.本文采用非线性桨叶结构模型,推导广义二雏下带负扭转的直升机菜叶蒙皮的位移方程及应力一应变关系;在此基础上,基于Stroh理论,采用各向异性界面断裂力学分析了蒙皮存在分层裂纹时裂尖应力场和位移场的渐近解.通过数值算例分析了离心力作用下带不同负扭转桨叶蒙皮分层裂尖的振荡系数、应力场及应力强度因子,所得结果合理,表明本文方法可以为复合材料菜叶蒙皮分层破坏提供分析依据.