压电智能板结构的有限元建模及静态形状控制

采用一种新的具有电自由度的薄板弯曲单元，建立了用压电陶瓷作驱动器和传感器的受弯板结构的有限元静态模型。并给出了几种简单模型，研究压电元件的驱动效应及对板结构的形状控制。     

基于非线性几何场论求解热弹性板大挠度弯曲的BEM法

基于理性力学非线性几何场理论,建立了热弹性薄板等效速率形式的Ｋａｒｍａｎ方程,通过将热弹性薄板大挠度弯曲问题看成平板弯曲问题与平面大变形问题的耦合,在固定坐标系及拖带坐标系上推导出两组边界积分方程,从而建立起新的分析热弹性薄板大挠度弯曲的边界元法。算例表明本文方法理论可靠、精度高。     

平面应力裂端约束与J控制裂纹稳态扩展

利用有限元法计算模拟了紧凑拉伸和中心裂纹两种试样在Ⅰ型平面应力条件下的裂纹准静态扩展过程。结果表明:两种不同的薄板试样中扩展裂纹尖端约束和应力场完全满足静态裂纹HRR奇异性解的相应要求,即对于扩展裂纹J主导裂端场条件依然有效。值得注意的是:与平面应变情形相反,在平面应力条件下,较高的J主导水平发生在纯拉伸条件下,而较低的J主导水平发生在纯弯曲条件。由两种试样实测及有限元计算模拟的平面应力J阻力曲线符合良好。因而,作为一个独立于试样几何的准则,平面应力J阻力曲线适于表征材料抵抗裂纹稳态扩展阻力,并且能够合理地用于评估给定材料状态条件下的薄壁含裂纹构件和结构的安全性。     

基于一种新的弯曲三角形元素的薄板极限分析方法

 本文提出了平面薄板极限分析中的一种新的弯曲三角形元素,简化了元素刚阵的形成,大大降低了结构刚阵阶数。用塑性应变模态思想对平面薄板结构进行了极限分析。本文方法具有物理意义明显、数学形式简洁、元素简单、计算量小、实用性强等优点,在若干算例中均取得了满意的结果。     

航空发动机静不定转子支撑载荷的有限元分析

应用平面应力单元和傅立叶环单元耦合的有限元法对航空发动机静不定转子支撑惯性载荷进行计算,解决了传统的材料力学方法求解静不定转子支撑惯性载荷时的两个缺陷,即当支座和轴承的耦合刚度不可忽略时,很难建立正确的变形协调条件以及当转子不存在明显的轴的特征时,采用梁的弯曲理论将导致较大的误差,同时,该方法将复杂的三维问题转化为二维问题,计算工作量小,速度快,精度及效率高.      

共振条件下的裂纹梁振动与裂纹扩展耦合分析

为了对裂纹静子叶片在共振激励下的损伤容限寿命潜力进行初步探索,采用接触有限元法研究了共振状态下裂纹梁的振动与疲劳裂纹扩展的耦合问题。裂纹梁采用二维平面应力单元离散,接触模型模拟呼吸裂纹开合过程中的弯曲刚度变化。振动分析中,分别使用解析法预估和瞬态响应扫频计算得到系统一阶共振频率。断裂力学参量在有限元法中使用线弹性断裂力学方法进行求解。耦合分析中,模拟了耦合现象中的两个典型问题——裂纹止裂和失稳扩展,通过在共振激励下扫描裂纹长度计算应力强度因子曲线,通过该曲线与断裂韧度、裂纹扩展门槛值对比判断裂纹扩展的稳定性、计算裂纹扩展寿命。最后使用耦合分析结论基于Campbell图对假设静子叶片进行了定性的共振分析。     

弯曲薄板动态响应特性的实验研究

本文对两端固定的弯曲薄板在其支承简谐运动激励下的振动特性问题进行了实验研究,重点考察了在不同的初始曲率下激振频率ω的变化对弯曲薄板振动响应形态的影响规律,实验表明,在某些频率段上弯曲薄板会发生多周期及混沌等复杂运动。     

梯形齿同步带应力分布几何非线性有限元分析

从梯形齿同步带的几何非线性问题入手,以弹性平面问题的有限元法解平面应力问题为基础,引入梯形齿同步带的几何非线性有限元解法。用此方法对梯形齿同步带一个齿上的平面问题的应力分布进行了有限元分析研究。最后,通过一个具体算例求出梯形齿同步带一个齿上的最大应力点及应力分布规律并与弹性平面问题的解进行了比较。     

表面裂纹的分区混合元分析

 本文对三维体表面裂纹问题进行分析,应用应力和位移的渐近解在表面裂纹区域构造一个奇异应力单元,采用分区混合有限元法计算裂纹顶端各个位置的应力强度因子。     

含裂纹金属薄板的断裂韧度与剩余强度研究

为了探究影响含裂纹铝合金薄板材料断裂韧度、剩余强度的几何因素以及韧性材料的断裂机理,对典型航空铝合金2524-T3薄板,采用不同宽度、不同初始裂纹长度的中心裂纹板试样进行试验,测定材料的K-R阻力曲线,确定平面应力断裂韧度Kc和表观断裂韧度Kapp.试验结果表明:对于薄板结构,K-R阻力曲线与板宽相关;试件宽度、初始裂纹长度对断裂韧度和表观断裂韧度的确定都有影响,且板宽度的影响较大.基于上述结论,推荐两种可同时反映韧性材料断裂中的净截面屈服效应和韧性撕裂过程的剩余强度预测方法.     

钛合金板料热压弯过程数值模拟

采用有限元软件ABAQUS对Ti-6Al-4V合金板料热压弯成形过程进行了模拟,分析了应力应变分布规律和工艺参数对成形过程的影响。研究表明,压弯过程的变形主要集中在大厚度区域中间位置;当板料表面与模具多点接触后,板料由自由弯曲变为校正弯曲,成形力急剧增大;保压600s时板料最大回弹量和上模成形力分别降低84%和94%。在相同工艺条件下的试验结果验证了有限元模拟的准确性。     

等离子电弧加热成形过程中薄板宽度的影响规律

当板厚、板长一定时采用不同宽度的1Cr18Ni9Ti薄板进行等离子电弧弯曲成形的试验,试验发现:随着薄板宽度的增长,薄板弯曲角度增大,当板宽的增大到一定值时,薄板弯曲角度趋于定值。随后在实验基础上,对等离子电弧加热过程中热影响区的弹塑性变形进行合理的简化,建立了薄板弯曲角度随薄板宽度变化的受力模型,该模型的计算结果与实验结果相符。     

TB5钛合金薄板微观组织与弯曲性能关系研究

TB5钛合金板材具有优良的冷成形性能,适于成形中等复杂的航空航天用板材零件,但存在板材定形性差、成形后回弹大等问题。本文以TB5钛合金板材的冷成形为背景,探讨了TB5钛合金板材组织在弯曲变形过程中的变形行为及其微结构和成形性能的演变规律。结果表明,随着板材弯曲角度的增大或弯曲半径的减小,板材弯曲回弹角与中心变形处晶粒面积和晶粒横纵比正相关;板材中心变形处硬度和中心变形处晶粒面积正相关,与中心变形处晶粒横纵比负相关。     

复合材料层合板弯曲振动高阶理论及有限元模型

本文提出了一种新的复合材料层合板高阶弯曲位移模式,此位移模式既考虑横向剪切的影响,又考虑了法向正应力的分布,进而建立的相当于三维弹性理论解的二维有限元模型,具有精度高、计算量并不大的优点。     

一种含分层复合材料层合板高阶理论及有限元模型

本文提出了一种新的复合材料县合板高阶弯曲位移模式。此模式考虑了横向剪切的影响,得到一种新的厚板有限元模型。对于含有分层的单元,通过改变其单元内横向剪切应力的分布,达到改变单元刚度的目的。因此,此模型适用于任何厚度的或含有分层的复合材料层合板。     

不同力学边界下梯度功能材料板稳态热应力

用有限元法研究了由ZrO2和Ti-6Al-4V组成的梯度功能材料板的稳态热应力问题，检验了研究方法的正确性，给出了不同力学边界条件下该材料板的稳态热应力场分布。结果表明：无限自由长板内的热应力最小；当无限长板只能伸长、不能弯曲时，板内稳态拉应力最大，比无限自由长板时板内最大拉应力增大6．1倍；当无限长板的伸长、弯曲受限时，板内的压应力最大，比无限自由长板时板内最大压应力增大12．0倍；此外，材料组分形状分布系数M、对流换热系数、环境介质温度和孔隙度的变化对不同力学边界条件下该材料板稳态热应力场的影响显著。此结果为该材料的设计和应用提供了准确的理论计算依据。     

钛合金板材激光弯曲成形的研究

 对常温下钛合金板材进行了激光弯曲成形研究。分析了激光功率、扫描速度、光斑大小对板材弯曲变形的影响,获得理想工艺参数范围为:功率1 .0～1 .2 k W、扫描速度2～3 m/min、光斑直径6～7mm。同时分析了板材厚度、宽度及扫描次数对材料弯曲变形的影响,为钛合金板材弯曲成形提供了一种新途径。     

薄板几何尺寸对等离子电弧加热弯曲成形的影响

主要研究等离子电弧加热弯曲成形过程中薄板的厚度、长度、宽度以及薄板扫描线距自由端的距离等对等离子电弧弯曲成形的影响。     

弧线齿面齿轮应力过程分析

为了给弧线齿面齿轮的齿面接触强度和齿根弯曲强度设计提供理论依据,研究了弧线齿面齿轮的齿面接触应力和齿根弯曲应力随载荷和安装误差的变化规律.在齿面接触分析和承载接触分析的基础上应用弹性理论计算了弧线齿面齿轮副的齿面接触应力和应用有限元应力影响矩阵法计算了该齿轮副的齿根弯曲应力.给出了数字计算实例,计算结果表明:齿面接触强度和齿根弯曲强度在重载时的接触强度和弯曲强度由单齿啮合区的强度决定,轴向安装误差和轴夹角安装误差分别会增加齿面接触应力和齿根弯曲应力,轴夹角安装误差和轴间距安装误差对齿面接触应力影响甚小,而轴向安装误差和轴间距安装误差可以降低齿根弯曲应力,与直齿面齿轮相比,弧线齿面齿轮的接触和弯曲应力明显减小.      

复合材料与金属胶接结构的次弯曲效应研究

复合材料与金属胶接单搭接的次弯曲效应引起的剥离应力,会大大降低接头的强度。采用有限元方法分析复合材料铺向角、铺层顺序及斜削对次弯曲的影响,并进一步研究分析次弯曲和胶层剥离应力、板的弯曲刚度之间的关系。结果表明：次弯曲影响剥离应力的大小;弯曲刚度越大,次弯曲越小;斜削有助于减小次弯曲。