功能梯度压电材料反平面断裂问题研究

基于三维弹性理论和压电理论，导出了材料系统在横观各向同性平面内梯度分布的压电体的状态方程；进而对材料系数按指数函数规律分布的半无限大压电体中的反平面裂纹问题进行了求解；利用Fourier变换给出了半无限大压电体中位移、应力的形式解；并求得了裂纹尖端的应力强度因子及电位移强度因子，分析了不同材料系数及几何因素对它们的影响。     

最小二乘和奇异值分解法在边界元法中的应用

采用最小二乘与奇异值分解结合的方法，给出求解系数矩阵不满秩的线性代数方程组的数值方法，进而将此方法应用于边界无法中，处理给定外力的第一边值问题，特别地用于处理给定外力的三维裂纹问题。此外，本文还给出求解三维有限体裂纹问题的超奇异积分方程组，并使用有限部积分与边界元法为其建立了数值法。最后计算了若于典型例子的应力强度因子，数值结果与现有文献的相比，符合很好。     

块谱特征和疲劳裂纹的随机扩展

定义了疲劳载荷谱的两个特征参数：块谱强度和形状因子，由此去描述载荷谱的特征，并研究了特征参数和疲劳裂纹扩展之间的关系。分析结果表明：块谱强度是疲劳裂纹扩展的平均驱动力，而形状因子是给定疲劳寿命下裂纹尺寸方差的主要来源。     

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.     

HTPB推进剂低温裂纹扩展特性试验研究

使用中间穿透型平板裂纹试件开展不同温度下Ⅰ-型裂纹扩展试验,研究了温度对HTPB推进剂裂纹扩展特性的影响。使用改进割线法计算了不同温度下推进剂的裂纹扩展速率,得到了其裂纹扩展阻力曲线,并对裂纹扩展速率与Ⅰ-型应力强度因子进行了回归分析。研究结果表明,在低温下推进剂的裂纹扩展速率比常温时要大,温度越低,裂纹开始扩展的时间越短。不同温度下推进剂的裂纹扩展速率与Ⅰ-型应力强度因子都满足幂函数关系。     

基于量纲分析的弹塑性应力强度因子探讨

以Ⅲ型裂纹(反平面剪切)问题为例,对裂纹尖端弹塑性应力场进行了分析研究。首先,基于断裂力学基本理论,引入弹塑性本构关系,推导弹塑性裂纹尖端场;其次,依据线弹性场中应力强度因子的定义和基于J-积分的弹塑性裂纹尖端应力场的分布,并结合物理意义,定义了与线弹性场应力强度因子一致的弹塑性应力强度因子,来表征弹塑性裂纹尖端应力场的强度;最后,对本文所定义的弹塑性应力强度因子进行了合理性分析,说明了本文定义的适用性。本文所定义的弹塑性应力强度因子,相比于表征弹塑性场的J-积分,具有更明确的物理意义和更简明的表达形式;为弹塑性裂纹尖端场的分析和含裂纹材料弹塑性破坏判据的建立提供了理论方法。另外,本文方式也适合于定义Ⅰ型和Ⅱ型问题。     

复合材料层合梁分层问题解析解法

根据叠加原理将含有分层的复合材料层合梁在横向载荷作用下的受力状态分解为对称与反对称受力状态,再将反对称受力状态分解为无分层梁受反对称横向载荷状态与含分层梁在分层表面承受附加剪切载荷状态.将分层问题归结为在附加剪切载荷状态中,层合梁附加位移与附加应力的分析,并据此建立了一个简单的力学模型.最后,根据工程梁理论得到了由分层引起的附加位移与应力的解析解答,并用能量释放率方法确定了应力强度因子.     

附加场强度对低工况AF-MPDT性能的影响

附加磁场强度与位形是大功率磁等离子体动力推力器(Applied Field Magnetoplasmadynamic Thruster, AF-MPDT)重要工作参数之一。为验证附加磁场强度对低工况下AF-MPDT性能的影响,采用北京控制工程研究所联合北京航空航天大学研制的100 kW级AF-MPDT原理样机,利用推力靶测量系统进行高温震动环境下的推力测量,针对不同附加磁场强度(30～230 mT)下的推力器开展中低功率性能研究实验。实验结果表明,在一定范围内,增加磁场强度可提升低工况下推力器推力、比冲、放电电压及效率等性能指标,并且放电电流越大,性能提升效果越明显。分析表明,低工况下AF-MPDT推力、比冲与磁场强度的平方根呈线性关系;推力器放电电压与磁场强度呈线性关系;推力器效率随磁场强度增强而增加,最终达到相应工况下的极限。     

一种组合磁钢叠加磁场洛伦兹力磁轴承设计方法

针对现有洛伦兹力磁轴承功耗较高、工作气隙磁场非均匀性问题,提出一种基于组合磁钢叠加磁场的新型洛伦兹力磁轴承设计方法。首先建立了传统洛伦兹力磁轴承电磁力矩模型,揭示了洛伦兹力磁轴承功耗和控制精度与其磁场性能之间的对应关系。在此基础上,引入了磁场强度均值和磁场均匀度的概念,并以此为依据设计出一种轴向整环充磁磁钢与径向分块充磁磁钢组合工作的新型方案。其中轴向充磁磁钢产生主磁场,保证工作气隙周向均匀性,辅助以径向充磁磁钢,使磁场主要聚集在工作气隙处。相比现有洛伦兹力磁轴承,在相同尺寸约束条件下,新型洛伦兹力磁轴承径向磁场均匀度提升了8.7%,磁场强度提升了51.8%,周向磁场连续性显著提高。仿真结果表明,新型洛伦兹力磁轴承可以有效降低功耗、提升控制精度,研究成果可为研制超高精度磁悬浮惯性机构提供一条新的技术途径。     

低膨胀高温合金膨胀系数的物理表征

测定了低膨胀高温合金的膨胀系数和饱和磁化强度随温度变化的曲线,并将实验结果与普通的高温合金及低膨胀合金进行了比较。提高低膨胀高温合金的低膨胀特性及使用的最高温度,应通过各种手段使合金具有一定的饱和磁化强度,但并非越高越好,同时应尽量减缓其随温度升高而降低的速度,并提高合金的居里点温度。导致合金低膨胀的原因之一是在正常的热膨胀过程中叠加了磁性行为的变化,从而引起负膨胀