微观状态SiCp/Al复合材料铣削残余应力模拟分析

为了获得更高精度的高体积分数SiCp/Al复合材料铣削加工表面残余应力数据,采用有限元分析软件ABAQUS建立了基于正交切削的微观平面应变模型。复合材料两相材料属性被分别定义,改善了在宏观状态下整体定义材料属性的精度缺陷,并对其微观状态切削残余应力产生过程进行模拟分析。分析并得出了不同切削参数对工件加工表面残余应力的影响规律以及沿工件层深方向的残余应力分布情况。结果表明切削速度和每齿进给量对SiCp/Al复合材料已加工表面残余应力有着相似的影响规律,但每齿进给量的影响作用较为显著。     

闭孔泡沫铝的动态压缩性能试验研究

为了研究闭孔泡沫铝动态压缩性能的应变率效应,采用改进的INSTRON高速动力加载系统,对不同应变率下闭孔泡沫铝试件进行动态压缩试验研究。首先利用正向试验和反向试验技术对不同厚度的闭孔泡沫铝试件在同一加载速率下的动态压缩性能进行了研究,得到了在一定速率下消除泡沫铝动态压缩试验中惯性效应的合理试件厚度。进一步开展了闭孔泡沫铝试件在不同加载速率下的高速压缩试验,研究了其动态压缩性能随应变率的变化规律。结果表明在高速压缩下,闭孔泡沫铝的应力-应变曲线与准静态条件相同,具有明显的弹性段、平台段及压实段的3阶段特征。闭孔泡沫铝的平台应力具有明显的应变率效应,而致密应变在不同的应变率下表现出了不同的变化趋势,初步解释为泡沫铝孔壁塑性变形机制的改变以及波动效应的相互影响。闭孔泡沫铝的吸能能力随应变率的增加而明显提升。     

冲击载荷下的齿轮动应力变化规律数值分析

基于虚拟制造方法建立了滚剃工艺的精确圆柱直齿轮三维几何模型,并进行线外啮合冲击动态仿真分析,得到了可靠的齿轮动应力变化规律。仿真结果表明：冲击加载时,不同工况下齿根两侧最大动应力的出现位置呈对称分布;冲击载荷下,齿根最大应力大于ISO标准静强度理论值,最大应力位置比ISO标准确定的最危险截面位置偏高;冲击载荷峰值相同时,冲击时间越短,产生的动应力越大。     

侧铣加工动力学建模及仿真

本文以两自由度的铣削加工为研究对象,建立了闭环的动态力～振动切削动力学仿真模型;应用模型仿真切削力与振动并与实测数据进行比较;证实该模型仿真切削力与振动的准确性。该结果对预测铣削力与振动,选择合适的切削参数具有实际意义。     

舰载飞机机体主传力结构拦阻冲击动力学试验与仿真分析

舰载飞机拦阻着舰过程中,在多系统相互耦合条件下复杂的拦阻动载荷通过拦阻钩作用于机体结构,对机体结构安全性提出挑战。研究此过程中拦阻动载荷在结构上的传播规律及主传力结构的动响应特性具有极为重要的意义。通过地面拦阻冲击模拟试验,对舰载飞机拦阻减速过程中机体主传力结构动响应进行分析研究,并基于刚柔耦合动力学模型对试验过程进行数值模拟仿真分析。研究得到了拦阻过载和应力应变在结构上的响应特征,获取了过载和应变峰值沿机体传力路径的分布规律,可以作为舰载飞机结构强度设计的重要参考依据。研究表明拦阻冲击过载峰值沿主传力路径顺航向,呈现出明显的衰减趋势。靠近拦阻钩接头结构过载峰值较高,但由于冲击时间短,应变响应较小,不会对机体结构造成损伤和破坏。拦阻载荷在机翼隔离框位置会产生应力集中效应,结构设计时应注意对相应结构作局部加强。     

高体积分数SiCp/Al复合材料铣削残余应力有限元模拟

高体积分数碳化硅颗粒增强铝基(SiCp/Al)复合材料具有优良的综合物理力学性能,其难加工性制约着该材料的应用与发展,切削加工产生的表面残余应力严重影响了工件的结构和尺寸精度稳定性。为了研究高体积分数SiCp/Al复合材料的铣削加工表面残余应力,采用有限元分析软件ABAQUS建立了基于正交切削的平面应变模型,并对建立的宏观等效模型进行模拟分析。在模拟结果中,分析并得出了不同切削速度和每齿进给量对工件加工表面残余应力的影响规律以及沿工件层深方向的残余应力分布情况。     

考虑负载影响的阶梯形超声变幅杆动力特性

考虑与加工工件表面高频重复撞击对结构动力特性的影响,基于瞬态波传播理论,研究周期激励下阶梯形超声变幅杆重复撞击加工工件的瞬态动力响应,及负载对变幅杆放大特性的影响。首先,建立阶梯形变幅杆力学模型,采用瞬态波响应法分别对接触过程和分离过程动力控制方程进行求解,得到适用于任意级数的阶梯形变幅杆的特征项传递函数,和重复撞击系统的瞬态响应理论解。以工程中常用的三级阶梯形变幅杆为算例,分析了不同外载频率下变幅杆重复撞击动力特性和负载工件对变幅杆聚能效果的影响,得出考虑加工件撞击产生的瞬态响应下的变幅杆放大系数,小于自由振动空载的设计值。可为精细超声加工变幅杆的设计提供更为精确的理论依据     

不同振动方式下的钛合金超声振动铣削表面完整性研究

钛合金在机械工程领域应用广泛,其加工表面完整性对钛合金工件的耐磨性、疲劳强度、使用寿命有着非常重要的影响。通过对工件施加不同振动方向的超声振动,开展了不同振动方向下的TC4钛合金超声振动侧铣平面试验,分析了不同振动方式的运动学轨迹特征,研究了振动方式、切削参数对钛合金加工表面完整性的影响规律。结果表明:法向振动铣削后的表面形貌变形程度、表面粗糙度均大于切向振动和轴向振动;随振幅的增大,法向振动铣削和切向振动铣削表面粗糙度呈上升趋势,轴向振动铣削呈下降趋势;法向振动铣削的表面显微硬度大于轴向振动铣削与切向振动铣削,当振幅大于3.5μm时随着振幅的增加三者都呈现出减小的趋势。法向振动铣削的表面残余应力均大于轴向振动铣削和切向振动铣削,振幅为3.5μm时的残余应力均大于振幅为5.4μm时的残余应力。与普通铣削相比,超声振动铣削能够提高加工表面的显微硬度和残余压应力,对于改善工件的耐磨性和抗疲劳性具有重要的作用。     

喷丸过程中的能量转化及残余应力分布研究

本文建立了喷丸表面强化过程的三维有限元模型,研究了靶材的力学性能及弹丸喷射速度对能量转化率和残余应力分布的影响规律。通过对有限元计算结果的分析发现,杨氏模量与屈服强度之比E/&;#61555;y较大,应变硬化率较低的靶材喷丸效率较高。屈服强度的提高使得最大残余压应力变大,残余压应力场深度变小。应变硬化率和喷丸速度的提高均会使最大残余压应力及其深度变大,同时会使表面残余压应力减小并向拉应力转变。本文的研究结果从能量转化的角度为喷丸强化件材料的选择提供了理论基础     

混凝土冻融循环下动态破损机理的试验研究

对冻融环境下混凝土试样进行了不同加载速率下的单轴压缩试验,得到了混凝土材料经历不同冻融循环次数下的质量损失及破损形态,分析了冻融循环下混凝土试样的全应力—应变曲线,并给出了其单轴极限抗压强度、峰值应变随加载速率的变化特征。通过运用CT细观试验的方法初步对经历不同加载速率下的试样进行了细观结构分析。试验结果表明:在相同加载率下,混凝土单轴动态极限抗压强度随冻融循环次数的增加而降低;在相同冻融循环次数下,混凝土单轴动态极限抗压强度随加载速率的增大而提高;冻融循环作用下,在低加载速率下,混凝土试样破坏时,裂纹数目较少,主要沿砂浆和交界面处扩展,破坏时呈现出集中式的分布;而在高加载速率下,裂纹逐渐变得分散,破坏时呈现弥散状分布式的裂纹,随着加载率的提高,裂纹穿过骨料的现象增多,骨料破坏数目呈指数形式增长。以此,通过试验系统地研究了冻融循环下混凝土动态破损机理。     

薄壁结构件铣削加工振动稳定性分析

针对如何考虑刀具与工件相互耦合作用及加工位置对系统稳定性影响,通过对切屑厚度、铣削力建模,建立薄壁件铣削系统动力学模型,考虑薄壁件铣削稳定性受铣削位置影响,获得以轴向铣削深度、转速、铣削加工位置为参数的三维稳定性图。通过对曲面图分析,可确定在不同主轴转速、不同铣削区域内薄壁件各模态对铣削稳定性影响。通过时域模拟分析加工位置对系统失稳机制影响,揭示稳定铣削与不稳定铣削、不同模态在不稳定铣削时铣削力、铣削位移的变化规律。     

Experimental investigation on the train-induced subsidence prediction model of Beiluhe permafrost subgrade along the Qinghai-Tibet Railway in China

Based on dynamic triaxial test at low temperature of the frozen clay from the Beiluhe permafrost subgrade along the Qinghai-Tibet Railway (QTR), residual deformation laws and dynamic subsidence prediction model of permafrost subgrade under train traffic were studied. First, time history curves of residual strain of frozen soil are obtained and analyzed under different temperatures, frequency, confining pressure and moisture content. And conclusions can be drawn that the axial strain rate is greatly affected by the amplitude of dynamic stress, as well as increases with dynamic to static stress ratio and temperature rising, while it decreases with the raise of frequency and moisture content. Hereby, the power functions were adopted to fit the relationships of axial dynamic strain rate vs. stress ratio, temperature, frequency, and moisture content, respectively. Simultaneously, the permafrost dynamic subsidence mechanism was interpreted rationally and the variation of fitting parameters was discussed. Furthermore, the long-term traffic loading subsidence model was established through observing the axis residual strain time histories of frozen specimens under the longtime cyclic loading and adopting the amendment of vibratory number of times. The model can comprehensively consider the effects of stress state, temperature, moisture content, and confining pressure of frozen soil, as well as the vibratory frequency and vibration number of longtime cyclic loading. Consequently, the model can be applied to the train-induced subsidence forecast investigation of permafrost subgrade. The paper has an important significance for rational safety evaluation on long-term operation of permafrost regions railway such as QTR. Meanwhile, the investigation provides basic data for the further research on dynamic damage constitutive model of frozen soil under train traffic and the gradual improvement of railroading criterion in cold regions.     

The influence of different pre-formed holes on the dynamic response of square plates under air-blast loading

Studying the blast response of plates with pre-formed holes under blast loading serves as a significant method to decouple dynamic response of plates with pre-formed holes under combined blast and fragment loading. Based on material test system (MTS) and Split Hopkinson tension bar (SHTB), the mechanical properties of experimental steel under different strain rates were obtained. Then, the experiments on the responses of plates with square, diamond and circular holes under air-blast loading were carried out and the failure modes of plates with diamond holes were derived. Later, the deformation curves of target plate were obtained by laser reverse forming technique. Next, a constitutive model program considering strain rate, stress status and temperature effect was adopted to carry out numerical simulation calculation, which verified the accuracy of this numerical simulation. Finally, discussions were carried out on the damage level at places where cracks might form, the dynamic stress concentration coefficient and stress status change, and then the influence which pre-formed holes have on the failure mode was analyzed. The results of this study show that: (1) A fortran vectorized user-material subroutine (VUMAT) program considering strain rate, stress status and temperature effect can effectively predict the dynamic response of metallic materials; (2) the shape of pre-formed holes affects the damage level, dynamic stress concentration coefficient and stress status. Besides, failure occurs more easily in plates with diamond pre-formed holes; (3) pre-formed holes have an obvious influence on the failure modes of plates under different blast distance.     

圆形孔洞结构岩体冲击响应识别实验模拟研究

孔洞是地质和岩石工程中常见的结构,为了模拟孔洞结构岩体在高速冲击荷载下的响应特征,设计和加工了孔洞结构的花岗岩体试样,采用改进的冲击动力学测试模拟系统,在不同冲击能下,在垂直和平行孔洞轴线方向对孔洞结构花岗岩体进行渐进式循环冲击模拟试验,对实验杆入/反射应力波进行测量。研究表明,峰值反射应力比与冲击能大小无关,但反射应变比能比随冲击能的增大而降低;在低冲击能下,孔洞结构对反射应力波的响应影响不大;随着冲击能的增大,其影响增大;岩体沿孔洞结构的轴线方向发生开裂破坏,与冲击位置无关;在试样开裂后,应变比能显著增高但峰值应力比的变化不大,说明应变比能比可作为岩体结构破坏指示的响应指标。模拟实验为孔洞类岩石结构的钻进识别以及防护设计提供了理论依据。     

重载铁路路基足尺模型试验研究

以朔黄重载铁路为工程背景,通过构建重载列车模拟加载系统和路基足尺模型,开展路基动力响应试验,分析了在循环加载条件下路基的动力响应特性。试验结果表明,路基中不同深度动应力峰值均随着轴重的增加而增加,轴重越大,动应力的影响深度越大,路基中动应力随深度的增加呈负指数衰减趋势。路肩处动位移峰值随轴重的增加而线性增加。当轴重增加到30 t后,路基达到临界破坏状态,可见按照原朔黄铁路路基建造标准,其最大运行列车轴重约为27 t,如再增加列车轴重,路基需预先采取强化措施。试验结果对建造运行列车模拟加载系统及足尺路基模型具有借鉴参考意义,同时有助于深刻理解列车轴重对路基动力响应特性的影响。     

基于有限元与光滑粒子耦合的弹丸挤进过程分析

基于有限元（FEM）与光滑粒子（SPH）耦合算法,建立弹丸身管耦合系统动力学模型。通过对某大口径火炮弹丸挤进过程进行数值模拟,弥补弹丸挤进过程有限元分析方法无法有效模拟弹带大变形缺陷,成功模拟出弹丸挤进阶段弹带塑性流动过程,在此基础上深入研究弹带的应力应变变化规律。分析弹丸初始装填角、弹炮间隙、弹丸装填不到位等因素对挤进过程中弹丸动力响应影响。结果表明,仿真与实弹射击的弹带变形一致性较好。     

移动式复合载荷作用下自紧身管的动态冲击响应研究

为研究某大口径自紧身管在火药燃气压力和弹带动态载荷复合冲击下的动力学响应演化历程,先提出三维残余应力场生成方法并利用脚本建模方式完成身管网格划分,而后计及挤进中诸能量形式及其相对比变化,通过联合多个用户子程序重新定义次要功系数及摩擦力模型并建立弹炮耦合非线性模型与内弹道方程组的关联通信,实现了上述载荷随火药燃烧而动态加载的过程,研究表明:基于该加载方式获得的数值结果能够比较准确地反映发射中身管真实响应,残余应力对身管应力场模式及演化有明显影响,两种复合载荷分布范围存在差异,弹带对身管动态作用力不可忽略。     

Surface integrity in high speed end milling of titanium alloy Ti–6Al–4V

Abstract

Machined titanium components, such as medical prosthesis, require the greatest reliability, which is determined by process induced surface integrity. However, surface integrity of milled titanium components easily deteriorates due to the poor machinability of titanium alloys and cyclic chip loading during milling. Milling induced surface integrity, including anisotropic surface roughness, residual stress, surface microstructure alterations and microhardness, has received little attention. In the present study, a series of end milling experiments were conducted to comprehensively characterise surface integrity at various milling conditions of titanium alloy Ti–6Al–4V with TiAlN coated carbide cutting tools. The experiments were carried out under dry cutting conditions. For a range of cutting speeds, feeds and depths of cut, analyses of machined surface roughness, residual stress, microhardness and the microstructural observations were carried out. The present work aims to evaluate the influence of different milling conditions on workpiece surface integrity.     

重复荷载作用下土工格栅包生态袋加筋土挡墙动力特性试验研究

设计并制作了土工格栅包生态袋加筋土模型挡墙,测试了模型挡墙在不同幅值、不同频率重复交通荷载作用下的加速度、动土压力、累积变形和土工格栅拉应变,获得了挡墙在重复交通荷载作用下的动力特性和累积变形发展规律。研究表明：在交通重复荷载作用下,土工格栅包生态袋加筋挡墙顶层的加速度响应最大,沿墙高按指数模型衰减,且水平加速度衰减较竖向加速度快;挡墙内的动土压力也是在顶层最大,随墙高降低而减小;挡墙的变形和土工格栅拉应变增量在加载初期较大,随加载次数的增加而增大,受荷载幅值的影响明显,受频率变化的影响较小;竖向累积变形主要来自挡墙上部土体的沉降;水平累积变形总体上为上部大下部小。     

考虑初始残余应力的板料弯曲回弹理论分析

在实际弯曲加工过程中,板料内部如果带有初始残余应力,将与弯曲应力发生叠加,对板料的回弹产生一定的影响。由于传统的回弹理论都没有考虑初始残余应力的影响,该文基于平面应变假设,采用服从Mises屈服准则和线性强化材料模型,推导了考虑初始残余应力的板料弯曲回弹角近似公式并基于有限元软件ABAQUS进行了残余应力板料弯曲回弹仿真对比分析。理论计算与仿真结果具有较好的一致性,验证了理论模型的正确性。研究结果表明,残余应力和厚度对板料回弹均有较大影响:沿宽度方向,不同初始残余应力处的板料回弹并不均匀;增大初始残余应力峰值和减小板料厚度均使不同初始残余应力处板料的回弹差值增大。