弹性阶段弯曲下尺度效应的研究

微观尺度下的尺度效应的研究在塑性变形下已经有了很高的层次,但是尺度效应在弹性阶段是否存在却没有一个很完善的说法,在非均匀的有限弹性变形理论的基础上,讨论了弯曲的弹性阶段的尺度效应问题,推导了新弹性理论的弯曲公式,并结合塑性变形的应变梯度理论,分析了三点弯曲的弹性阶段尺度效应的问题.从分析结果看,在弹性阶段,当物体尺寸和特征尺寸相当时,存在很强的尺度效应.     

弹性阶段扭转尺度效应的研究

在非均匀有限弹性变形理论的基础上,推导出考虑一个微旋转的扭转新弹性理论公式,并对在弹性变形阶段的扭转尺度效应进行了预测,探讨了微杆扭转动、静态的尺度效应的问题,研究表明在弹性变形阶段微杆扭转存在着很大的尺度效应.     

弹性阶段扭转尺度效应的研究

在非均匀有限弹性变形理论的基础上，推导出考虑一个微旋转的扭转新弹性理论公式，并对在弹性变形阶段的扭转尺度效应进行了预测，探讨了微杆扭转动、静态的尺度效应的问题，研究表明在弹性变形阶段微杆扭转存在着很大的尺度效应。     

冲压模具设计之预防弯曲件回弹措施

弯曲成形的应用非常广泛,在冲压生产中占有很大的比重,如汽车内外门板、引擎盖板、计算机主机箱等,这些零部件的成形都离不开弯曲成形工艺。弯曲变形和任何一种塑性变形一样,在外力作用下毛坯产生变形,由塑性变形和弹性变形两部分组成。当力去除后,毛坯的塑性变形保留下来,而弹性变形会完全消失,其形状和尺寸都会发生与加载外力时变形方向相反的变化,这种现象被称为弯曲回弹。弯曲回弹会使弯曲件的形状和尺寸发生变化,影响弯曲件的精度。与其他变形工序相比,弯曲过程的回弹现象是一个不能忽视的重要问题,本文从影响弯曲件回弹的因素、回弹值的确定以及预防回弹措施等方面进行分析。     

带孔纳米单晶铜悬臂梁弯曲的分子动力学模拟

应用分子动力学方法模拟了带孔纳米单晶铜悬臂梁的弯曲过程。通过一端固定另一端施加横向作用力驱使原子运动,得到纳米单晶铜悬臂梁弯曲的变形图。对其不同于宏观连续介质理论的位移-载荷曲线进行分析,给出了合理的解释。结果表明:纳米尺度下的微缺陷对纳米单晶铜悬臂梁的性能具有明显的影响;尺寸效应和表面效应的影响,以及位错滑移和弛豫的综合作用,使得纳米单晶铜悬臂梁在纳米尺度下表现出与宏观尺度下不同的力学特性。     

多应变速率下尺寸效应对黄铜微尺度塑性变形本构及损伤演化的影响

准静态微尺度塑性变形中,特征尺寸效应与晶粒尺寸效应会直接影响韧性断裂的应变能及断裂强度,其直接原因是由于表面层自由晶粒所占比例随着样品尺寸的缩小或晶粒尺寸的增大而逐渐增加从而影响流动应力。在高应变速率下,特征尺寸效应和晶粒尺寸效应对金属流动应力和损伤的影响则较少被提及。通过分离式霍普金森压杆试验得出高应变速率下黄铜微尺度等温流动应力,以Johnson-Cook本构模型为基础构建了包含尺寸系数的微尺度高应变速率本构模型,并将其与Freudenthal非耦合断裂准则相结合,提出了多应变速率微尺度混合损伤模型,量化了不同应变速率下特征尺寸效应及晶粒尺寸效应对金属损伤的影响,为飞刀切削样品表面改善提供了理论依据。     

H62黄铜自由微弯曲装置及其尺度效应

微型化和尺度效应使得微弯曲在成形工艺、方法和装置上和传统弯曲有很大差异。本文针对微弯曲成形的特点研制出微弯曲成形装置,主要包括传动机构、模具、数据采集模块和定位系统。利用该装置,在0.077 mm/s的成形速度下,分别对0.1 mm、0.2 mm和0.4 mm厚的H62黄铜超薄板进行自由弯曲实验,根据采集数据得到弯矩-挠度拟合曲线,分析了微弯曲过程中的尺寸效应:即试样尺寸与晶粒尺寸对弯矩的影响规律,结果表明弯矩随着晶粒尺寸的增大而减小,并用表面层模型和细晶强化理论来进行解释。     

基于偶应力理论的压杆屈曲载荷的尺寸效应

许多微尺度实验证实,一些材料在微尺度下的力学性能存在尺寸效应.基于修正偶应力理论研究细长压杆屈曲载荷的尺寸效应,利用变分原理得到细长压杆屈曲的控制方程和边界条件,求解相应的屈曲边界值问题.结果表明,当细长压杆的特征尺寸与其材料本征尺度参数相当时,其屈曲载荷显著增大,表现出明显的尺寸效应;而当细长压杆的特征尺寸远大于其材料本征尺度参数时,其屈曲载荷与传统理论值基本相等,即其尺寸效应消失.     

石油套管弯曲变形的仿真分析

利用有限元法建立了井下套管弯曲变形的非线性力学模型,通过对油田常见不同规格套管弯曲变形的仿真分析,得到了不同弯曲状态下的作用荷载、工作应力以及位移的相关关系。分析结果表明,随着侧向荷载的增加,套管弯曲经历着一个从弹性变形到塑性变形的时间历程,通过测量套管弯曲变形状态可以有效地判断井下套管的服役状态。该结果为现场采取合理有效的套管修补措施提供了有效的理论基础。     

纳米尺度孔边裂纹裂尖Ⅲ型应力强度因子研究

研究了纳米尺度圆孔孔边裂纹在远场反平面剪切载荷作用下的断裂性能。基于Gurtin-Murdoch表面弹性理论和保角映射技术,利用复变弹性理论获得了该类非均匀材料应力场的解析解,给出了裂尖Ⅲ型应力强度因子的闭合解。基于所得解答,研究了孔边的应力场分布规律,讨论了裂尖应力强度因子的尺寸依赖效应以及圆孔相对尺寸对应力强度因子的影响。研究结果表明：孔边应力场呈现非单调分布,表面效应对孔边不同位置应力的影响程度不同;当圆孔裂纹的尺寸在纳米量级时,裂尖应力强度因子具有显著的尺寸依赖效应;圆孔相对裂纹尺寸对裂尖应力强度因子的影响规律受表面性能的制约,同时表面性能对应力强度因子的影响也取决于圆孔的相对尺寸。     

耦合场中小尺寸碳纳米管的组合扭转屈曲行为

针对小尺寸碳纳米管在多物理场耦合作用下的组合扭转屈曲问题,提出了基于非局部理论耦合场作用下的力学模型,并研究了该模型的组合扭转屈曲行为.首先,采用连续弹性壳模型,引进热-电-力多场耦合作用下的本构关系,通过引入非局部弹性理论来考虑小尺寸碳纳米管的尺度效应;然后针对多壁碳纳米管层间范德华力和周边弹性介质的影响,建立了基于非局部理论多场耦合作用下碳纳米管的屈曲控制方程.最后,在轴力组合扭转载荷及温度与电压变化影响的工况下,研究了各因素对碳纳米管组合扭转屈曲行为的影响.得到的结果显示了小尺寸碳纳米管组合扭转屈曲行为在多场耦合作用下的响应,揭示了各物理场与组合扭转屈曲行为的关系;同时指出非局部理论下的屈曲载荷与经典理论下的屈曲载荷比值总小于1,说明经典理论高估了小尺寸碳纳米管的组合扭转屈曲行为.     

基于ALGOR的钣金分析及优化

板料弯曲成形属于弹塑性变形,板料钣金成形后,板料的塑性变形保留下来,而弹性变形部分则会恢复,使钣金件尺寸发生改变。如何准确预测钣金成形后的回弹量,是成功设计一个钣金模具的关键。ALGOR是新一代CAE分析工具,     

悬臂梁压电弯曲效应研究与验证

采用各向异性弹性理论和电磁理论计算压电石英悬臂梁的弯曲应力和弯曲束缚电荷密度,并利用有限元方法模拟出极化电场分布。理论分析表明,采用分割电极法在压电梁表面合理布置检测电极可测量弯曲效应。对该悬臂梁压电弯曲效应进行了实验验证,实验结果表明电极检测的电荷量与外力成线性关系,理论分析与实验结果基本一致。悬臂梁压电弯曲效应研究将为新型压电谐振器或执行器的开发奠定理论和实验基础。     

基于分形几何的表面微观形貌模拟及粘着弹性接触计算研究

基于Ausloos和Berman提出的推广的W-M函数对具有分形特征的粗糙表面进行仿真模拟,分析了函数中与尺度无关的特征参数对表面微观形貌的物理意义。同时,基于Yan和Maugis的理论研究,用模拟的分形表面建立了考虑表面效应的弹性接触模型,通过数值方法对整个过程进行迭代求解,得到了两接触面在不同的接触条件下各个接触斑点上的载荷分布和真实接触面积以及接触斑点的数量和尺寸。由于真实接触面积的尺寸敏感地反应表面微观几何形貌的变化,因此该方法为研究粘着机制和减小微尺度粘着效应提供了思路。     

刚体—微梁系统的动力学特性

由于微尺度领域材料的力学性能存在尺度效应,使得微梁的动力学性态较传统的大尺寸柔性梁的动力学性态呈现明显的不同。对中心转动刚体、柔性微梁组成的刚体—微梁一类刚柔耦合系统的动力学特性进行研究。在柔性微梁变形位移中,计及横向位移引起轴向缩短的耦合变形量,采用偶应力理论(又称Cosserat理论)研究微梁动力学特性的尺度效应,由Hamilton原理推导出系统考虑尺度效应的刚柔耦合动力学方程。在此基础上,分析微梁固有频率对微尺度的依赖性,比较在不同转速下零次近似模型和一次近似模型振动频率的差异,从而确定在考虑尺度效应的微尺度下零次近似模型的适用范围,最后分析尺度效应和耦合变形量对微梁刚度的影响。研究表明,尺度效应提高微梁的固有频率,尺度效应对微梁刚度的影响是静态的,耦合变形量对微梁的刚度的影响与转速有关。     

减少弯曲件回弹的措施

板料弯曲过程中,在产生塑性变形的同时还存在弹性变形,当去掉压弯载荷后,它会使制件的角度和弯曲半径发生改变,因此出现回弹现象。影响回弹值的因素很多,主要与材料的机械性能和弯曲变形程度有关。其规律是:回弹值与材料的屈服极限σ_s成正比,与弹性模量E成反比;最小弯曲半径越小,回弹值就越大。弯曲件的回弹降低了制件的尺寸精度并产生形状误差。因此在设计和制造弯曲模时,必须考虑材料的回弹,采取必要的措施减少回弹值。     

130mm特厚板的弯曲成形

130mm特厚板在无大卷板机的条件下，通过分析板料弹性变形和塑性变形的应力应变状态，确定其弯曲回弹量，采用1600T的水压机及工装，分片弯曲成形，并组焊成简体。简体的椭圆度满足机加工要求。由此积累了特厚板弯曲成形的实践经验。     

颗粒阻塞软体驱动器承载特性研究

颗粒阻塞效应广泛用于提高软体驱动器的承载能力,为了深入研究阻塞态驱动器的承载规律,对颗粒阻塞弯曲软体驱动器的受载变形规律进行实验测试和理论分析。驱动器的受载变形分为弹性变形和塑性变形两个阶段,塑性阶段具有近似线性的应变强化现象,且流动阻力波动较大。增大驱动器内外压差后,弹性系数、屈服力及应变强化程度均显著提升。屈服力和应变强化程度对驱动器承载性能的影响更大,仅考虑颗粒阻塞的变刚度效应是不全面的。同时基于石膏粉末3DP打印技术提出一种新的硅胶型腔消失模制备方法,可提高效率和精度。     

厚度对5083铝合金薄板超高周弯曲疲劳性能的影响

在超声振动载荷下,对2 mm和5 mm厚5083铝合金薄板进行了超高周弯曲疲劳试验,研究了铝合金薄板厚度对其超高周弯曲疲劳性能的影响。结果表明:5083铝合金薄板的S-N曲线呈连续下降特征,试样在109周次处仍会发生断裂,与一般铝合金的疲劳特征一致,即传统的疲劳极限并不存在;受尺寸效应影响,2mm厚薄板的弯曲疲劳强度高于5mm厚薄板的;尺寸效应在高周阶段对薄板疲劳性能的影响最大,超高周阶段的影响逐渐减弱;试样的疲劳裂纹起源于表面,表现为多源萌生;同应力幅值下不同厚度的5083铝合金薄板断口具有相同的解理特征。     

三维多向编织复合材料弯曲模量的理论预测

基于单胞分析模型,采用改进的刚度平均化方法,对三维四向和五向编织复合材料的各单胞及各层的弹性性能进行预测与分析;进一步,利用材料力学理论,推导材料的弯曲模量,分析编织角、纤维体积含量以及试件尺寸对其的影响,并与拉伸模量及试验值进行比较.结果表明,三维编织复合材料的不同胞体及各层之间的弹性性能存在较大差异,并且材料的弯曲模量大于拉伸模量.研究还表明,编织角和纤维体积含量是影响材料弯曲模量的重要参数,弯曲弹性性能受试件厚度的影响比宽度大,当宽度和厚度达到一定尺寸时,弯曲模量会趋于定值.此外,三维五向编织复合材料的弯曲弹性性能明显优于三维四向编织复合材料.