切削加工有限元仿真技术的现状与展望

切削加工有限元仿真是采用数值方法模拟切削加工过程的技术,可以研究切削加工过程中材料去除引发的各种物理机制,在优化切削参数、提高加工质量、降低研究成本等方面具有显著优势。如何使切削加工有限元仿真与实际的切削加工更加吻合是研究的热点,为此国内外开展了众多切削加工有限元仿真技术的研究工作,相关成果已在多种关键部件的切削加工中得到工程应用。本文概述了切削加工有限元仿真的几何仿真和物理仿真各自的基本原理、优势和发展趋势,系统总结了国内外学者为了提高切削加工有限元仿真的精度和效率,在本构模型和网格划分方面所开展工作的发展现状,综述了切削加工全过程动态仿真方法的研究进展,并对切削加工有限元仿真技术的重要问题和未来发展趋势进行了展望。     

晶体塑性模型及其在金属疲劳寿命预测中的应用

作为细观尺度上描述各向异性非均质材料塑性变形行为的重要方法,晶体塑性模型能够基于晶体材料的微观组织结构预测其宏观力学性能,在航空航天金属的力学性能设计及评估中展现出应用前景。本文总结了晶体塑性模型的发展历程和不同变种,从流动准则、硬化模型和内部状态变量演化3个角度对比分析了唯象晶体塑性模型与基于物理机制的晶体塑性模型的特点与差异;然后介绍了基于疲劳指示参数和寿命评估准则的晶体塑性有限元在金属疲劳寿命预测领域的应用尝试,以航空航天常用金属疲劳裂纹萌生寿命预测为例,给出了部分应用实例表明不同模型的预测能力和适用性;最后展望了晶体塑性模型和应用的未来发展趋势和有待加强的研究方向。     

一种有负泊松比效应的二维多胞材料力学模型

负泊松比多胞材料具有独特的力学性能,有着良好的应用前景.基于旋转机制,提出了一种具有负泊松比效应的、由部分内凹以及部分规则六边形组成的二维多胞材料力学模型;预测了模型的泊松比及刚度系数随角度的变化关系,计算了该模型的剪应变,并通过能量法给出了其弹性本构方程.结果表明:该力学模型不但能产生负的泊松比,而且还可导致大于1的正泊松比及呈现"负刚度"特征;通过调整模型胞壁长度的比值和特征角的大小可以改变模型的刚度系数.这些结果对二维多胞材料的微结构设计具有一定的工程参考价值.     

描述1Cr18Ni9Ti不锈钢单轴棘轮行为的黏塑性本构模型

在室温下对1Cr18Ni9Ti不锈钢进行了单轴棘轮实验研究,提出了一种新的分离型黏塑性本构模型。引入了能记忆最大塑性应变的记忆面,在记忆面内和面上采用不同形式的塑性应变流动律和背应力演化律,将单调拉伸和循环行为分别独立描述。将模型应用于1Cr18Ni9Ti不锈钢单轴棘轮行为的描述中,模拟结果和实验结果吻合较好。     

多晶镍基合金循环塑性细观本构关系

基于晶体塑性的本构理论,考虑金属材料晶体细观塑性变形流动的各向异性性质及晶体滑移的非线性运动硬化,以Voronoi多晶集合体作为材料的代表性体积单元(RVE),用晶体塑性模拟描述ZSGH4169多晶镍基合金材料的细观本构关系,对ZSGH4169多晶镍基合金进行了晶粒尺度的对称和非对称循环细观分析.通过对称循环数值模拟表明:该模型适合模拟金属材料循环试验中常见的应变硬化现象和Bauschinger效应;通过非对称循环数值模拟表明该模型具有对棘轮效应的描述能力,计算中发现背应力的演化对滑移切应变率有很大的影响,滑移切应变率的数值很大程度取决于背应力演化主导的非线性硬化过程.      

基于热力学理论的固体推进剂粘弹-粘损伤本构模型

为了描述固体推进剂在不同应变率和围压环境下的非线性力学特性,首先通过假设推进剂非线性力学特性由损伤导致,基于不可逆热力学框架,推导出粘弹-粘损伤本构模型。在构建粘损伤模型时,以线性粘弹性应变能密度为损伤驱动力,并且引入了损伤历史、应变率和围压效应对于损伤增长的影响。然后利用文献中HTPB推进剂的围压实验数据对一维形式下的本构模型进行了参数获取、验证和预测误差分析。在获取损伤萌发参数S0时,基于时间-压强等效原理,构建了损伤萌发参数S0主曲线。最后采用NEPE推进剂单轴拉伸实验验证了本构模型对于当前固体推进剂大变形非线性力学性能的适用性。结果表明,损伤萌发参数S0随着围压和应变率的增加而增加。在应变率和围压的双重作用下,在相对压强5.516MPa,0.24s-1条件下的S0是相对压强0MPa,6×10-4s-1条件下数值的10.7倍。另外,模型对于HTPB推进剂抗拉强度的最大预测误差为6.15%,模型预测结果与两种实验数据重合较好,表明建立的粘弹-粘损伤本构模型可以很好地预测HTPB推进剂在不同应变率和不同围压环境下的力学响应和当前NEPE推进剂的大变形非线性力学行为,可为点火增压载荷下固体推进剂药柱结构完整性数值分析提供理论基础。     

塑性应变率的尺度效应

通过对相似模型中若干力学量和典型动力学实验中部分结果和结论的探讨分析，研究了动态载荷下率相关材料相似模型的尺度效应，阐述了塑性应变率具有的尺度效应对相似模型在动态载荷下的影响，指出了塑性应变率尺度效应的一个重要特征是，随着结构特征尺度的减小，其动力行为的应变率敏感效应增强。     

基于完备里兹向量空间的精确模态综合技术

一种基于完备里兹向量基的精确模态综合技术首次以自由界面模式在文［１］中提出，但是文［１］仅具体讨论了它的近似综合过程，考虑到某些特殊工程问题，主要要求综合精度高，计算时间降至次要地位，因此本文在文［１］的基础上，进一步介绍精确自由界面法的运作过程，并给出数值例题考核，用以证实这种精确综合技术的特点，精度高，几乎可以综合出整体结构的任意阶精确特征对。     

NiTi形状记忆合金的拉伸实验与物理模型

根据NiTi丝的拉伸实验结果,基于滞后元方法,建立了拉伸状态下应力-应变曲线的唯象物理模型,并进行了数值模拟。研究结果表明(1)SMA丝在马氏体相变,特别是R相变时出现一系列物理、力学性质的异常变化,其应力-应变关系呈现高度非线性;(2)在NiTi丝断裂之前没有明显的屈服现象;(3)物理模型的数值模拟结果与实验结果吻合较好。     

柔性飞机非线性气动弹性与飞行动力学耦合静、动态特性

高空长航时(HALE)飞机结构细长、具有柔性,在常规飞行条件下可发生结构大变形、气动失速以及结构低频振动与刚体运动耦合,这些现象显著影响其静、动态特性.基于几何精确完全本征运动梁模型、ONERA动失速气动力模型和六自由度刚体运动模型,建立了考虑几何非线性、动失速和材料各向异性等因素的大展弦比柔性飞机非线性气动弹性与飞行...