Theoretical model and testing method for ball indentation based on the proportional superposition of energy in pure elasticity and pure plasticity

For a homogeneous, continuous, and isotropic material whose constitutive relationships meets with the Ramberg-Osgood law(R-O law), the energy in the elastoplastic indentation with a ball indenter was theoretically analyzed, and the proportional superposition of energy in pure elasticity and pure plasticity during indentation was considered based on the equivalence of energy density. Subsequently, a Proportional Superposition-based Elasto Plastic Model(PS-EPM) was developed to describe the relati...     

Optimal location and shape definition of elliptical ventilation openings on aero engine turbine rotors with stress concentration effect

The aero engine turbine rotors are under strong centrifugal load and the highest thermal load. The ventilation openings on the rotors are inevitable, because air flow need to pass through them to cool the temperatures down and keep the air pressure balanced in internal aero engine. The ventilation openings will lead to stress concentration effect. In this paper, the stress concentration factor of elliptical opening on rotating disc is deduced by superposition method. How to define the optimal lo...     

固体火箭发动机药柱伞盘结构应力应变分析

应用三维粘弹性有限元分析方法,分析了某固体火箭发动机药柱在低温载荷作用下的应力应变场,讨论了前伞盘曲面形式、宽度和深度对该部位最大Von Mises应变值的影响。在此基础上,通过调整前伞盘顶端双圆弧曲面结构的半径比,在基本不减少装药量的前提下,有效降低了该处最大Von Mises应变值,并初步确定了最佳半径比的范围,所得结论可为固体火箭发动机装药设计提供定量参考。     

激光冲击强化铝合金小孔构件的疲劳寿命研究

研究了激光冲击强化对7050-T7451铝合金小孔件疲劳寿命和断口形貌的影响。采用ABAQUS对峰值压力2.7GPa下小孔构件孔壁与表面上的应力分布进行了研究,并基于仿真结果对试样进行激光冲击强化试验和疲劳拉伸试验。结果显示,激光双面冲击强化在板料两侧形成一定深度的残余压应力影响层,而在中心形成一定范围的残余拉应力层,这也是导致疲劳源由孔角向孔壁中心转移的主要原因;在应力水平165.8MPa、195.0MPa和275.4MPa下,试样的疲劳寿命分别平均可增大451%、216%、116%;经激光冲击强化后,试样的疲劳源位置由孔角转移至孔壁内部,且疲劳裂纹扩展区面积明显增大。研究表明,激光冲击强化能明显改善铝合金小孔构件的疲劳性能,但强化效果随外加载荷的增加逐渐减小。     

镍基高温合金紧凑拉伸试样侧槽优选研究及试验

为了获得平直的紧凑拉伸(Compact Tension,CT)试件裂纹扩展前缘,对带侧槽CT试样的侧槽进行参数化表征,采用有限元方法研究侧槽对裂纹尖端应力强度因子的影响规律,对CT试样的侧槽进行优选。获得了使CT试样裂纹尖端应力强度因子沿厚度方向方差小于0.1(MPa·m1/2)2的侧槽形状。与标准CT试件裂纹扩展试验对比,结果表明,优选的带侧槽CT试件沿厚度方向裂纹扩展更为均匀,方差为标准CT试件的30%。为了研究电位法经验公式计算带侧槽CT试样裂纹长度的适用性,进行了对比分析。结果表明,对于带侧槽CT试件,利用非线性公式计算的裂纹长度与试验结果误差最小,不超过0.7%。优选侧槽CT试样裂纹扩展更平直;电位法测量带侧槽CT试件裂纹长度,非线性公式计算裂纹长度的误差更小。     

基于模态频率的V型缺口梁裂纹扩展速率模型

针对机械结构裂纹扩展预测问题,研究了基于模态频率下降率的V型缺口梁裂纹扩展速率模型。设计了V型缺口梁的疲劳裂纹扩展实验系统,完成了4个试件的模态频率和裂纹扩展实验测试。基于实验结果,讨论了影响V型缺口梁裂纹扩展行为的因素,应用Pairs模型拟合了V型缺口梁的裂纹扩展速率方程,探讨了模态频率下降率与应力强度因子的关系。结合模态频率下降率与裂纹扩展长度及循环加载次数的关系,建立了基于模态频率下降率的裂纹扩展速率模型。结果表明,V型缺口梁的裂纹扩展速率随模态频率下降率增加单调递增,裂纹尖端的应力强度因子幅值也随模态频率下降率增加单调递增,基于模型预测的裂纹扩展速率与实验结果基本吻合。所提出的基于模态频率的裂纹扩展速率模型有助于梁的裂纹扩展监测。     

宇航钛合金气瓶优化设计与实验验证

本文用有限元法对7升TC4钛合金气瓶进行应力分布计算和结构优化设计，并用水压爆破试验对优化结果进行试验验证。结果表明：结构优化设计使气瓶接嘴部分最大经向应力降低136MPa，约13％，7升气瓶减重210g，约7.7%，提高了气瓶的实际水压爆破压力。     

基于Gauss热源模型的BT20钛合金管口激光焊接数值模拟

基于热弹塑性有限元方法,建立激光焊接的热力学计算模型,利用三维有限元分析软件AN-SYS,使用其APDL语言,对BT20钛合金管接头激光焊接过程中的温度场和应力场有限元模拟问题进行了研究.结合数值计算,讨论了激光焊接过程中采用瞬间空冷后,试件内应力的分布情况.     

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。     

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。