爆炸载荷作用下带裂纹试件修补后动态断裂实验研究

本文采用用爆炸冲击加载装置，对带裂纹韧性材料三点弯曲试件，进行了裂纹修补后的动态断裂实验研究。实验结果表明，在强冲击载荷作用下，带裂纹试件修补后的抗断强度可提高２－３倍。因而证明，裂方修补技术用于韧性材料的强冲击载荷作用下的防断裂问题有意义的。也是可行的。同时本文运用全塑性应力分析，给出了修补后试件纹启裂时的材料动态裂韧性ＣＴＯＤ的实验结果。     

考虑筋条扭转弹性支持的轴压复合材料加筋板局部屈曲分析方法

考虑筋条的扭转弹性支持作用,采用里兹能量法建立了轴压复合材料加筋壁板蒙皮局部屈曲问题的理论模型。考虑筋条下缘条对蒙皮的影响,对该理论模型提出了一种改进计算方法。对典型复合材料加筋平板轴压局部失稳临界载荷进行算例分析,通过理论分析结果、试验结果和有限元仿真结果的比较,验证了本文方法的合理性。同时实验结果表明,采用本文方法可显著提高蒙皮局部屈曲载荷计算结果的精度。本文方法可用于复合材料加筋壁板蒙皮局部稳定性前期分析设计中。     

冷胀孔单边穿透裂纹的应力强度因子计算方法

给出孔单边穿透裂纹在残余应力作用下的应力强度因子计算方法和步骤，并用算例检验此方法的准确性。对于残余应力场已知的冷胀孔，用本文方法求孔单边穿透裂纹的应力强度因子是简单和准确的。     

复合载荷作用下飞机机身壁板快速优化设计方法

建立了飞机机身壁板在剪切、弯矩和扭矩复合载荷作用下的安全裕度之计算公式,编写了满足强度要求的优化迭代算法,应力计算结果与有限元分析结果吻合良好.不需要借助有限元软件即可实现应力分析、强度计算与优化迭代一体化流程,缩短了机身壁板优化设计周期.本文流程和方法同样适用于异形剖面机身壁板的参数优化设计,应用范围广.     

复合材料开口加筋壁板承载性能分析

为研究复合材料开口加筋壁板承载能力和失效模式,设计实施了壁板压缩试验,并基于复合材料层合板剪切理论和金属塑性硬化理论建立了复合材料开口加筋壁板有限元模型,研究了边界条件对壁板承载能力的影响,提出在加载边施加简支及铰弹簧约束,较好地模拟了壁板压缩失效过程。通过对比发现,压缩试验与仿真计算的失效模式均为壁板中部弯曲,对于开口附近位移结果光测试验和仿真计算误差小于6.3%。采用二维Hashin准则和最大应力准则分别评估了各铺层纤维损伤趋势和桁条塑性特征,并结合承力构件损伤程度分析了开口加筋壁板的压缩破坏机制。     

胶合搭接连接的界面应力

采用边界元法计算了分析了具有理想界面和非理想界面的双板条胶合搭接连接的界面应力。经计算得到了完整胶合界面时界面应力的分布,得出在胶合界面两端出现了应力集中现象;胶合界面发生开裂后的界面应力分布,理想界面裂纹尖端的复应力强度因子和非理想界面裂纹前洞的应变能密度。     

壁板局部失稳的优化设计

整体壁板设计问题困难在于如何合理地选择设计参数,即筋条高度,筋条宽度,间距和蒙皮厚度等,使壁板作为一个整体,临界应力符合设计要求并尽可能地高,而重量尽可能地轻,用计算机作优化设计的程序尽可能地简单、可靠,内存占用能符合计算机的容量。 本文介绍对某型机机翼油箱等截面薄壁柱受轴压时的局稳优化设计。用有限条元法进行局稳临界应力分析,可使单元划分数较少,占用内存少,即使用矩阵特征值法求解,计算的机时也较短,其结果能符合工程要求,比有限元素法有显著的优势。采用非线性规划的直接法如随机方向法和单纯形法都有相同结果。本文着重介绍单纯形法求设计变量,结果满足设计要求,通过了全机静力试验,并将用于某型机的改型机。     

冲击载荷作用下动态应力强度因子的研究

应用有限元法研究了带有表面裂纹的厚壁筒在冲击载荷作用下动态应力强度因子的计算问题，给出了合理的计算方法，分析了影响动态应力强度因子的有关因素     

半椭圆表面裂纹张开位移的一种近似法

由于表面裂纹的应力强度因子的精确解很难得到,本文提出了半椭圆表面裂纹的应力强度因子的一种新求解方法,并尝试在欧文近似算法基础上用有限元算法来试解此类问题;研究了不同载荷下表面裂纹应力强度应子与埋藏裂纹应力强度因子比值的变化及与欧文比例系数进行了比较,验证了本文近似算法的有效性,为工程计算提供了参考依据。     

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.     

含孔边裂纹各向异性有限板的二维问题

应用边界元法,并结合一种特殊的复变函数基本解,研究了含孔边裂纹的各向异性有限板的应力强度因子修正系数的计算。这种特解边界元法避免了在裂纹附近划分单元,可以获得较好的数值计算精度。通过算例分析,结果表明本方法精度高,运算量小,具有一定的工程应用价值。     

三维疲劳裂纹扩展仿真的双重边界元法

运用双重边界元方法求解三维疲劳裂纹前沿的应力应变场,基于Forman理论、最小应变能密度法和Elber模型,采用增量步裂纹扩展分析方法,并根据裂纹几何形状的改变,对裂纹面进行网格重划分和迭代计算,模拟了三维裂纹的扩展和预测裂纹扩展寿命.获得了裂纹前沿各点的扩展长度、扩展方向和应力强度因子等特征量.扭力轴表面裂纹扩展的应用实例表明该方法正确合理.     

空间柔性充气结构分布式光纤裂纹损伤监测方法

空间柔性充气结构作为一种航天器基本组成单元,在气闸舱、空间居住舱等领域受到越来越多关注。针对此类结构损伤状态的智能辨识,对于目前正在开展的深空与星际探测具有重要意义。为此,本文提出了一种基于分布式光纤传感器的空间充气结构裂纹损伤实时监测技术。借助ANSYS有限元分析方法,数值模拟得到含裂纹损伤的充气结构模型在不同内压载荷作用下的应变响应与分布规律。在此基础上,通过由芳纶编织而成的柔性充气结构表面布置分布式光纤光栅传感网络,实时采集不同位置与程度损伤对应的表面应变分布与变化信息。提取能够表征结构裂纹特征的辨识参量,建立光纤传感器应变响应差值与裂纹损伤长度之间的关系模型,实现裂纹损伤区域定位与损伤长度识别。研究结果表明,本文所提方法具有非视觉测量、实时性好以及多种功能复用等优点,能够为未来空间柔性充气结构服役状态辨识与在轨快速维护提供技术支撑。     

疲劳裂纹扩展门槛值试验方法的探讨

本文就恒K控制的K梯度法疲劳裂纹扩展门槛值试验的实施方法。从硬件、软件及数值处理等方面进行了探讨,提出了用软、硬件滤波相结合的方法来减小裂纹长度测量值的波动,以提高试验的测量与控制精度。同时讨论了采用通用性较好的能描述全过程的疲劳裂纹扩展速率表达式进行外推估计疲劳门槛值的方法及其实际应用。本文也指出用王永廉提出的表达式将包含有低速扩展段数据点的试验数据进行曲线拟合外推,即能得到实用的门槛值数据,而试验时间比标准试验要少得多。     

16MnR钢疲劳统计特性评估的双随机变量方法

严格按照ASTM standard E647-93，对16MnR钢进行了21试件的紧凑拉伸试验，为了描述疲劳裂纹扩展统计特性规律，采用两个随机变量Paris公工描述疲劳裂纹扩展统计特性的方法，为了疲劳统计特性评估，采用了含双随机变量的Paris公式，二阶矩解法，与试验结果比较说明，所用方法的合理性。     

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。     

An Efficient Method for Local Buckling Analysis of Stiffened Panels

The local buckling of stiffened panels is one of possible failure modes and concerned by engineers in the preliminary design of lightweight structures. In practice,a simplified model,i.e.,a rectangular plate with elastically restrained along its unloaded edges,is established and the Ritz method is usually employed for solutions. To use the Ritz method,however,the loaded edges of the plate are usually assumed to be simply supported. An empirical correction factor has to be used to account for clamped loaded edges. Here,a simple and efficient method,called the quadrature element method(QEM),is presented for obtaining accurate buckling behavior of rectangular plates with any combinations of boundary conditions, including the elastically restrained conditions. Different from the conventional high order finite element method(FEM),non-uniformly distributed nodes are used,and thus the method can achieve an exponential rate of convergence. Formulations are worked out in detail. A computer program is developed. Improvement of solution accuracy can be easily achieved by changing the number of element nodes in the computer program. Several numerical examples are given. Results are compared with either existing solutions or finite element data for verifications. It is shown that high solution accuracy is achieved. In addition,the proposed method and developed computer program can allow quick analysis of local buckling of stiffened panels and thus is suitable for optimization routines in the preliminary design stage.     

基于有限元的板结构能量流分析

由于面内波的尺度通常大于面外波的尺度,目前板结构基于有限元的能量流分析忽略面内运动,这种处理方法在一些情况下并不合理。本文根据薄板的经典理论,将面内运动和面外运动进行解耦,然后建立了两种运动的有限元能量流模型,最后通过能量平衡方程获得了板结构弯曲子系统的耦合损耗因子计算格式。算例分析表明,本文方法能较准确计算面内运动能量与面外运动能量,可为后续的耦合损耗因子提供更加准确的计算方法。     

疲劳裂纹尖端塑性变形的研究

采用弹塑性有限元方法研究了疲劳裂纹尖端的塑性区形状和尺寸以及加载与卸载过程中裂纹面形状的变化，通过比较相同条件下静态裂纹与疲劳裂纹面张开位移的差异，研究了疲劳裂纹尖端尾纹中残留塑性变形的形成，讨论了裂纹尖端尾纹中残留塑性变形对裂纹闭合现象的影响。     

表面疲劳裂纹监测系统研制

首先介绍了直流电位法－裂纹扩展片检测裂纹的方法和原理。根据直流电位法原理,采用裂纹扩展片测试裂纹的方法。研制了表面疲裂纹监测系统。通过监测系统软件设计,实现对采样数据,波形和图形进行实时屏幕显示,对表面疲劳裂纹扩展进行动态监视。对于不同应力水平作用下的循环时间可计时累加并再现,可为疲劳裂纹形成寿命的预测提供依据。