冷挤压孔的有限元分析研究(英文)

带切缝衬套的冷挤压强化技术由于引入了残余应力,可以显著提高飞机紧固件孔的疲劳寿命。本文针对目前的研究冷挤压孔边残余应力,大都采用基于厚壁圆筒的轴对称小变形、平面应力状态、孔边受力为均布载荷等假设所带来的不足,提出了采用三维分析模型,并考虑衬套对孔边受力的影响、试件在孔轴线方向上的应力差异等因素,研究了带衬套挤压件在加载、卸载及疲劳拉伸载荷状态下的应力分布,并与无衬套挤压时的状态进行比较,从机理上揭示了带衬套挤压在改善试件抗疲劳性能方面的优势。     

组合层板在横向载荷作用下的变形特性

用Hellinger-Reissner变分泛涵,对由多层薄板组合而成的组合层板在横向载荷作用下变形的受力特性进行了研究。组合层板的层数是任意的,各层的材料可以相同也可以不同,每层的厚度是均匀的。假设各层间互相接触,且满足滑移条件,用杂交元建立了组合层板的受力模型。根据假设条件导出了位移函数和应力函数多项式。用杂交元对组合层板进行了分析计算,并用实验进行了验证,说明计算理论的正确性。从计算结果看出,在绐定的薄板厚度很薄的情况下,多层板基本上是绕每层板的中性平面弯曲的。在工程应用时,可以按单层板进行计算,不会带来很大的误差。     

有三个等椭圆孔无限大平板不同受载应力集中的有限元分析

本文用有限元方法分析了无限大平板内有三个等椭圆孔当承受单向和双向均匀拉伸载荷时,孔边的应力集中问题,计算结果分别用不同受载情况下,三孔应力集中系数相对于单孔应力集中系数的比值与孔间距无量纲参数的关系曲线给出,该曲线表明了三个椭圆孔之间的应力集中干涉效应。     

非均匀弹性地基上预应力中厚矩形板的动力响应

基于Reissner-Mindlin一阶剪切变形板理论,讨论在预加面内机械荷载和温度场作用下,非均匀双参数弹性地基上中厚矩形板在动荷载作用下的动力特性。用一组数学上完备的二元多项式作为位形函数,采用pb-2Rizt法求得四边自由中厚矩形板的动力响应,并讨论了初应力对板的动挠度和动弯矩的影响。     

组织层板在横向载荷作用下的变形特性

用Ｈｅｌｌｉｎｇｅｒ－Ｒｅｉｓｓｎｅｒ变分泛涵，对由多层薄板组合而成的组合层板在组合层板在横向载荷作用下变形的受力特性进行了研究。组合层板的层数是任意的，各层的材料可以相同也可以不同，每层的厚度是均匀的。假设各层间互相接触，且满足滑移条件，用杂交元建立了组合层板的受力模型。根据假设条件导出了位移函数和应力函数多项式。用杂交元对组合层板进行了分析计算，并用实验进行了验证，说明计算理论的正确性，从计算     

基于电饱和模型的裂纹端部应力场分析

在非线性电弹性理论构架内,采用电饱和条带模型和复变函数方法,探讨了远场均匀载荷作用下无限大压电介质中裂尖附近的应力场,主要关注裂尖附近的应力场。所得解表明,裂尖附近任意一点处的各规格化应力分量均仅由这一点的角度决定,而与该点到坐标原点的距离无关。最后,基于PZT-5H的数值结果对其裂尖附近各面内的应力分量进行了分析,与相关研究结果比较,本文方法得到的解是有效的。     

薄壳机匣开孔补强的应力集中分析

发动机机匣上安装凸台结构，可简化为机匣壳体开孔后用围壁和加强板组合补强的力学模型。文中从弹性力学的基本公式出发，采用上述简化模型，得到了壳体孔边应力分析的计算公式，并编制了计算程序，进行了实例计算，获得了发动机机匣各种安装凸台的应力集中系数。本文的研究成果对合理地确定机匣安装凸台的几何形状和尺寸具有参考价值。     

含共线分布多裂纹板的剩余强度

采用各向异性体平面弹性理论中的复势方法，应用保角映射技术和Faber级数展开，导出在任意载荷作用下多裂纹板应力场的级数解，引入当量屈服应力修正裂尖塑性区，并利用Swift韧带屈服准则建立舍共线分布多裂纹结构的剩余强度分析模型，计算结果与试验结果吻合较好。文中还讨论了各裂纹参数对结构剩余强度的影响。计算结果表明，本文以当量屈服应力代替材料屈服应力，避免了复杂的弹塑性分析，思路简单有效。便于工程应用。     

复合材料叠层结构孔口附近应力分析方法研究

本文在总结前人对复合材料结构开口的应力集中研究的基础上,根据孔口附近应力场的特点,提出了一种适于工程应用的复合材料叠层结构开口附近应力分析的有限元改进算法。由于应力计算精度的改进仅在孔边、拐角等高应力梯度区域局部进行,且改进后的单元能进一步精确描述应力集中区的应力场。因而,使用该方法计算孔边应力,用较少的单元就能得到满意的精度,大大减少了计算费用和时间。 文中选择了一些有代表性的考题验证了该方法的有效性。并着重研究了带有圆角矩形孔的复合材料层板结构的孔边应力分布,给出应力集中系数随圆角半径的变化规律、孔边加强对应力集中的改善以及±45°纤维铺层比例对孔边应力分布的影响,得到了一些对工程部件开口设计有用的数据资料。     

干涉配合紧固件孔的弹塑性工程分析

本文根据厚壁筒概念,以平面应变、有限边界情况和理想塑性材料的假定,对铆接或螺接干涉配合紧固件孔边的应力场进行了弹塑性工程分析,给出了便于分析使用的计算弹性配合的极限干涉量,塑性配合的塑性区半径,弹、塑性区内的径向和周向应力分布等参数方程式,这些参数和参数方程式对紧固件孔的疲劳设计和生产工艺都具有十分重要的意义。 应用分析说明了铆距和耳片外边界半径对所得结果的影响,以及平面应变和理想塑性材料与平面应力和幕强化塑性材料假定对于孔边应力分布的影响。     

弹性半空间地基上四边自由中厚矩形板的动力响应

基于Reissner-Mindlin一阶剪切变形板理论,研究矩形板在动荷载和预加面内机械荷载及温度场作用下的动力特性。把地基看作三维弹性半空间体,考虑地基变形衰减,用一组数学上完备的二元多项式作为位形函数,采用bp-2 Rayleigh-Rizt法求得四边自由中厚矩形板的动力响应,并讨论了初应力对板的动挠度和动弯矩的影响。     

双参数弹性地基上四边自由矩形薄板精确解

将弹性地基视为Vlazov双参数模型,利用二维有限域积分变换的方法推导出了Vlazov双参数弹性地基上四边自由矩形薄板在任意荷载作用下挠度和内力的精确解。在求解过程中,不需要预先人为选取挠度函数,而是直接从弹性薄板的基本方程出发。通过集中荷载计算实例验证了该方法的正确性。该方法计算简便,适用于不同边界的薄板问题求解。     

弹性薄圆板混合边界问题的解析解法：分区联合解法

板的混合边界问题的解析解法长期未能满意解决，对这方面所做的工作很少。近年来我国力学工作者做出了不少成绩，但都是有效的近似解法。设弹性薄圆析周边支承与板内受载周期性地改变，可将板假想地分成若干以圆心为顶点的扇形，每一块扇形内只有一种支承方式，再设载荷对称于各该扇形的中线，在以上条件下，根据天津大学严送教授首先系统地提出的“加补充项的广义Ｆｏｕｒｉｅｒ－Ｂｅｓｓｅｌ双重级数法”提出了“分区联合解法”即     

任意截面弹体的翼身干扰系数估算方法研究

从小扰动线化速位方程出发,结合细长体理论,建立了任意截面弹体法向气动力与截面形状系数之间的相关性;采用二维鳞片法求解速位方程可以得到截面形状系数,从而进行单独弹体气动力估算。根据部件组拆法思想,对这一工程估算方法进行推广,提出一种适合于任意截面导弹翼身干扰系数的估算方法,该方法得到的预测结果和吹风实验、文献数据比较符合较好。采用以上方法对矩形截面的翼身组合体进行估算,具有较好的精度。     

开孔变刚度层合板压缩屈曲性能研究

针对开孔变刚度层合板,建立3种尺寸的层合板有限元模型,采用了线性屈曲、引入残余热应力的线性屈曲和引入初始缺陷的非线性屈曲的3种分析方法,研究了开孔层合板在压缩条件下的屈曲行为,并通过自动铺丝制造层合板进行试验对比,对3种方法的合理性进行了分析。结果表明,引入残余热应力的线性屈曲分析方法与试验结果最吻合,两者仅相差0.63%。基于该方法,讨论开孔层合板残余热应力分布特点和应力水平,得出了开孔层合板的应力分布云图和应力分布规律,计算出残余热应力对开孔复合材料层合的屈曲影响。结果表明,残余热应力对传统直线开孔层合板的屈曲载荷影响很小,仅提高了3.57%,但大大提高了变刚度开孔层合板的屈曲载荷,最多可达23.40%。说明纤维曲线铺放可以改变内部残余热应力的分布,提高整个开孔层合板承载压缩载荷的能力。     

三维弹塑性缺口问题的应变等效法

通过对三维应力约束下含中心圆孔的双向拉伸板进行弹塑性理论分析,提出线弹性等效应变解与弹塑性等效应变解之间存在的内在关系,弹塑性等效应变解可以由线弹性解通过简单的变理代换得到。利用二维和三维弹塑性有限元分析证实,在一般制品几何情况下,本文提出的应变等效法比著名的Neuber法和等效应变能密度法具有更高的精度和适应能力,并且可经给出弹塑性全场解,对不同缺口形状,不同材料,不同载荷情况具有通用性,可以作为有限元法的补充,为结构的细节设计和寿命分析提供了高效的工程方法。     

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。     

Problem of Circular Hole in Thermopiezoelectric Media with Semi-permeable Thermal Boundary Condition

The semi-permeable boundary condition is proposed to discuss the influence of the thermal conductivity acting on the stress and heat flow around the hole. Based on the Stroh formalism, the closed form solutions are de- rived, the stress and heat flow around the hole are discussed. The results show that the thermal boundary condi- tion has significant influence on the hoop stress and heat flow around the hole. The hoop stress decreases dramatic- ally with the increasement of the thermal conduction coefficient.