复合材料层合板螺栓连接失效的数值模拟

基于二维有限元模型, 对复合材料层合板螺栓连接的破坏失效问题利用刚度降低的方法来模拟损伤演化过程。在ABAQUS 有限元软件中加入损伤子程序对螺栓连接强度和失效模式进行数值计算。计算结果表明, 该方法能够较好地反映和符合实验结果。对计算结果分析发现, 对于正交铺层, 剪切非线性不明显, 非线性和线性分析得到的计算结果差别比较小; 而对于角铺层, 剪切效应比较显著, 非线性和线性分析两种计算结果差别很大, 而且非线性分析比较适合于角铺层层合板的计算。配合间隙的大小对挤压强度会产生很大的影响, 随着配合间隙的增大, 连接强度大大降低。对于不同的配合间隙, 出现严重损伤的位置不同。间隙小时, 在远离螺栓孔中心线处损伤最大; 间隙大时, 损伤在靠近螺栓孔中心线位置最为严重; 间隙越大, 损伤峰值越高。      

层合板连接结构挤压强度测试方法的研究

利用单钉单剪层合板连接结构挤压性能测试方法和单钉双剪层合板连接结构挤压性能测试方法 (ASTM D 5961A/B),对T700/5429开孔层合板螺栓连接结构的挤压性能进行试验研究,分析不同测试方法对开孔层合板连接结构挤压性能的影响。研究表明:两种试验方法中层合板连接构件均在连接孔处出现有效的挤压破坏形式,但单剪连接试验的稳定性差,影响因素较多,试验数据的离散性较大,且测得的连接结构的极限挤压强度和偏移挤压强度均低于双剪试验的结果。因此,双剪试验方法更适合用于复合材料层合板连接结构设计中挤压许用值的测量。     

干涉对复合材料层合板连接系统的极限挤压强度影响

本文对复合材料层合板单面螺纹抽钉紧固件干涉配合连接结构和高锁螺栓间隙配合连接结构的静挤压强度进行了试验研究.分别考虑了不同干涉量配合和间隙配合对紧固件连接结构极限挤压强度的影响.在静拉伸试验中,采用了卡口引伸计来实时监测孔的变形量.根据ASTM D 5961挤压试验方法标准,得到极限挤压强度及偏移量为2%的2%偏移挤压...     

配合精度对复合材料单钉双剪螺栓连接静强度的影响

为研究不同配合精度(间隙配合及干涉配合)对复合材料单钉双剪螺栓连接静强度的影响,基于ABAQUS软件建立了三维渐进损伤有限元分析模型,并将分析结果与实验结果进行比较验证模型的有效性.结果表明,间隙的增加会导致接头挤压强度及刚度的降低,但在0％ ～2％ 间隙范围内极限挤压强度变化不大.间隙配合下螺栓-孔接触面积的减小引发应力集中,致使孔边出现损伤区域集中.适当的干涉配合能增强接头刚度及挤压强度;适当的干涉量能降低孔边应力集中,但过大的干涉量会导致孔周出现严重的初始损伤.     

摩擦系数对不同截面纯锆单道次ECAP变形影响的有限元模拟与实验验证

利用商业有限元软件Abaqus模拟不同截面形状纯锆试样在不同摩擦系数条件下单道次等通道转角挤压变形。模拟结果表明,摩擦系数对挤压载荷有明显影响,随着摩擦系数的增大,截面形状对挤压载荷的影响越来越小。同时发现,随着摩擦系数的增大,Z面等效应变分布均呈减小趋势,且圆形试样减小幅度大于方形试样,说明摩擦及圆形截面有助于工业纯锆的均匀变形;对X面的等效应变分布分析发现,摩擦系数对圆形试样X面等效应变分布影响不大,方形试样X面变形均匀性随摩擦系数的增大而减小。考虑到摩擦会导致挤压力过大,因此在挤压过程中应适当减小摩擦系数,并选择圆形截面试样。     

碳纤维增强环氧树脂复合材料层合板结构及间隙尺寸对铆接性能的影响

通过对不同纺织结构的碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）层合板与铝合金（AlMg3）异质材料连接结构进行单剪切拉伸研究,分析间隙尺寸对不同纺织结构CFRP层合板与AlMg3连接结构性能的影响。试验结果表明,当CFRP层合板铺层数目相同时,对于纺织结构不同、间隙配合尺寸相同的CFRP-AlMg3单铆钉单剪切连接结构,编织结构碳纤维增强树脂基复合材料（WO-CFRP）层合板所受挤压应力比非编织结构碳纤维增强复合材料（UD-CFRP）层合板所受挤压应力大25%左右;对于纺织结构相同、间隙配合尺寸不同的CFRP-AlMg3单铆钉单剪切连接结构,其各自铆钉所受剪切应力和连接CFRP层合板所受挤压应力相差不大。同时对相同间隙尺寸、不同纺织结构的CFRP-AlMg3单铆钉单剪切连接结构各个阶段挤压应力分析得知：其他条件一定,各个阶段中WO-CFRP的挤压应力比UD-CFRP的挤压应力高20%左右。最后研究间隙尺寸对CFRP-AlMg3单铆钉单剪切连接结构性能的影响,发现铆钉与孔壁间隙尺寸对位移为铆钉直径大小的4%时的CFRP层合板受到的挤压应力影响较大,铆钉与孔壁间隙大小增加0.1 mm,位移为铆钉直径大小的4%时的CFRP层合板受到的挤压应力降低约17%,而对CFRP层合板的初始损伤应力和破坏应力几乎没有影响,对铆钉所受剪切作用力和AlMg3板材所受挤压应力也几乎没有影响。     

分层对复合材料机械连接结构承载能力的影响

针对含孔边分层复合材料沉头螺栓连接结构,通过挤压试验及有限元仿真,研究了孔边分层对复合材料连接结构力学性能的影响。通过连接孔的挤压试验,得到了不同类型试验件的承载能力与破坏模式。有限元仿真中,基于ABAQUS有限元分析软件建立了复合材料机械连接的三维有限元模型,进行复合材料渐进失效损伤模拟,并采用内聚力单元来模拟预制分层。有限元计算得到载荷-位移曲线和变形模式与试验吻合较好,从而验证了有限元模型的有效性。在此基础上,分析了含孔边分层的复合材料机械连接结构的破坏机制,并研究了分层位置、分层面积大小和分层形状对该结构承载能力的影响。研究表明：复合材料的破坏始于沉头孔中的直孔区域,且当预制分层位于直孔区域时,结构的承载能力最低;分层形状为圆形和正方形时,会严重影响结构的承载能力,分层形状为椭圆形时,对承载能力影响较低。无论分层形状如何变化,分层总是从受挤压的一侧开始,以半圆弧的形状向受挤压方向进行扩展。     

航空零件孔内表面挤压强化对疲劳强度的影响

一、前言 在航空零件上,孔的内表面加工质量好坏对零件的使用性能影响很大,尤其对零件的疲劳性能影响更大。飞机和发动机的带孔零件,在使用中大多数是在孔的内表面上或在孔的两端尖角部位产生疲劳源。在交变载荷的作用下,疲劳源进而发展成疲劳裂纹,最后导致灾难性的疲劳破坏。因此,提高孔内壁的疲劳强度是航空制造者的重要任务之一。 孔内壁挤压强化是提高疲劳强度行之有效的好方法。内孔挤压强化是用与孔的形状相同的挤压棒,推过或拉过孔,使之达到一定的尺寸精度、表面光洁度和在内表面产生强烈的塑性变形层,此变形层叫做冷作硬化层或挤压强化层。在强化层内产生与基体有区别的组织结构和应力状态,从而提高孔内壁的疲劳强度。本     

含孔复合材料点阵夹层结构数值计算方法及其影响因素

针对含孔复合材料点阵夹层结构在面内压缩载荷作用下的失效模式及其影响因素问题,通过实验对含孔复合材料点阵夹层结构失效模式进行了研究;基于3D Hashin准则和Chang-Chang刚度退化准则建立了含孔复合材料点阵夹层结构有限元渐进损伤失效分析模型,并将计算结果与实验结果进行了对比;基于有限元分析方法探讨了开孔形状、开孔率以及开孔位置对其极限承载力的影响。结果表明:当点阵夹层结构面板厚度较大时,含孔复合材料点阵夹层结构的主要失效模式为面板圧溃;通过对比有限元计算结果和实验结果,极限承载力的最大误差约为12%,失效位置与实验结果一致;当点阵夹层结构的对称面与载荷方向平行且孔的中心在对称面上时,面内压缩强度与开孔位置无关,主要受到开孔形状和开孔率的影响;当点阵夹层结构对称面与载荷方向垂直且孔的中心在对称面上时,边距大于一个胞元,面内压缩强度基本不变,边距小于一个胞元,面内压缩强度下降。     

复合材料3钉单搭连接有限元模拟与钉载分布

进行了复合材料一铝合金三钉单搭连接单向拉伸试验,测量了层合板面内位移、应变和离面位移随载荷的变化关系,建立了复合材料多钉单搭连接的三维累积损伤有限元模型,计算与试验对比结果表明,该模型可模拟大范围损伤发生之前的承载特性。采用试验和数值模拟相结合的方法研究了复合材料一金属三钉单搭连接钉载分布情况,结果表明：试验用复合材料-铝合金三钉单搭连接,螺栓1承载比例最高,螺栓3次之,中间螺栓的承载比例最低,并且螺栓承载比例在加载过程中基本保持不变;随着金属连接板刚度的增加,螺栓1的承载比例增加,螺栓3承载比例降低,中间螺栓2的承载比例变化较小,层合板离面位移减小;金属板配合间隙变化对钉载分布影响很小,但层合板的离面位移随配合间隙的增大而增大。     

预裂孔逐孔起爆在露天矿破碎带边坡的应用

攀枝花铁矿进入中深部开采后,露天采场的边坡高度已达105~555m。随着边坡高度的增加,高陡边坡的局部沉降、垮塌频发,严重威胁采场内人员和设备的安全。针对露天采场的不稳定边坡主要集中在破碎带部位,破碎带的爆破预裂效果较差并且有爆破产生的振动等问题,根据预裂爆破成缝机理,结合破碎带边坡地质特征和延时爆破理论,对破碎带预裂效果较差的原因进行了分析。认为预裂孔逐孔起爆更有利于破碎带边坡的预裂效果,同时能够"引导"、减轻爆生气体向预留边坡方向的作用,还能降低爆破振动对预留边坡的破坏作用。通过预裂孔同时起爆和逐孔起爆在破碎带部位的对比实验,取得了预裂孔逐孔起爆在孔痕率和爆破减振率上优于预裂孔同时起爆的实验效果。     

不同炮孔堵塞材料对矿山露天爆破效果的影响

通过矿山目前采用的单一材料堵塞的冲孔分析,利用控制变量法和对比分析法,定性地研究炮孔中应力和时间的变化规律,结合现场爆破试验,将炮孔堵塞分6种情况进行试验研究,最终得出:混合材料的炮孔堵塞相比单一材料的炮孔堵塞,具有抗剪强度高、炸药能量在炮孔中作用时间长和炸药做功能力增大等特点。现场混合材料堵塞能有效地降低冲孔现象的发生,提高炸药利用率和减少炮孔上部大块的产生。     

Extension to the blind hole drilling technique for residual stress determination with airabrasive hole forming

For an austenitic clad ferritic steel plate it was necessary to determine the residual stress state between the austenitic surface and a region below the austenitic/ferritic interface.
The thickness of claddings was 6 mm and to determine the stress variation between the surface and 8 mm an incremental analysis is required. Any material removal en masse in conjunction with small hole residual stress measurements would have resulted in a stress redistribution and hence a distortion in the stress field being measured. In conjunction with strain change measurements on the other face the sensitivity would not have been sufficient. These two options assume that a thin layer of material over relatively large areas can be removed by a non-stress inducing technique.
A blind hole residual stress measurement using a 13 mm diameter hole 13 mm deep will facilitate accurate incremental analysis to a depth of 8 mm.
The end mill method of hole forming cannot be used with stainless steels because of the random damage effect which is induced in the readings. The airabrasive method which induces no damage effect was used.
The standard airabrasive method of hole forming produces a 2 mm diameter and a 2 mm deep hole.
The modification of the standard airabrasive system is discussed which enables 13 mm diameter and 13 mm deep holes to be formed.
A deviation from the standard hole/gauge layout geometry has been investigated due to non-availability of suitable standard rosettes, and a significant increase in sensitivity has been obtained.
The incremental stress results for the austenitic layer and the austenitic/ferritic interface are discussed using the results from 1.6 mm, 3.2 mm and 13 mm diameter/deep holes.     

气体分布板开孔结构对流化干燥滞留率的影响

滞留率是确定流化干燥死床点的重要参数。针对气体分布板开直孔和开斜孔的惰性粒子流化床干燥器，以洗衣粉悬浮液为对象，考查了进料量、惰性粒子直径、进风温度、静床高、进风速度以及物料初始浓度对干燥器滞留率的影响，分析了气体分布板开直孔和开斜孔时干燥器滞留率的大小，并以气体分布板开斜孔为例，测定了干燥器的生产能力与板开孔率之间的关系曲线。结果表明，滞留率随进料量和物料初始浓度的提高而增大，随惰性粒子直径、进风温度、静床高和进风速度的提高而减小；若将气体分布板的孔道由直孔改为斜孔，并在此基础上适当增加板的开孔率，可有效降低干燥器的滞留率，提高干燥器的生产能力。     

On machining of hard and brittle materials using rotary tool micro-ultrasonic drilling process

The present paper reports on a recently developed rotary tool micro-ultrasonic drilling (RT-MUSD) process. The RT-MUSD process was utilized for machining of micro-holes in zirconia, silicon and glasswork materials. The effects of work material properties on the performance characteristics (material removal rate (MRR), depth of hole and hole overcut) of RT-MUSD process were investigated by varying the power rating, rotation speed, abrasive size and slurry concentration. Additionally, machined micro-holes and tool surface were analyzed considering microscopic images. The experimental results revealed that the MRR and depth of hole increased by increasing the power rating. An increase in rotation speed up to 300 rpm, abrasive size up to #1200 mesh and concentration up to 20% increased the MRR, depth of hole and decreased hole overcut. The maximum machining rate and hole overcut were observed during machining of silicon followed by glass and zirconia. The fracture toughness and hardness of the work material affected the MRR and tool wear, respectively. Pure brittle fracture mode of material removal was observed in all the work materials during RT-MUSD process. Eventually, the RT-MUSD process was optimized using desirability approach and a micro-hole of depth 4355 µm was achieved using optimal parameter settings.     

Comparison of techniques for residual stress determination in a bead on plate titanium sample

Residual stress determination has been carried out on production welds to provide engineering data.
A parting out technique has been used in which a strain gauged through thickness slug of material is removed from the weld area.
The centre hole technique has been used with the blind hole in the weld material.
There were differences between the results from the two techniques and a fully penetrant bead on plate fatigue sample with the bead running axially was used in order to compare the two techniques in more detail.
After parting out, the layer removal technique was carried out in order to provide a relatively detailed through thickness residual stress distribution in order to explain the differences between the results from the centre hole and parting out techniques.     

不同孔口形状对含孔复合材料板孔边应力状态影响的研究

对复合材料结构而言,孔口边界条件的建立和处理比金属材料要复杂得多。针对含不同孔形的复合材料板,根据非均质各向异性弹性理论和复变函数理论,通过保角映射方法建立精确的边界条件,解决了某些复杂孔形的边值问题。得到了含圆、矩形和六边形孔复合材料板孔边应力的解析解。并针对不同孔形在受外荷载作用的情况下的应力状态,以及它们对孔边应力集中系数的影响进行了探讨。     

单自由面垂直炮孔爆破残孔长度研究

在分析单自由垂直炮孔装药爆破作用特性的基础上,探讨了残孔形成的机理,进行了单自由面垂直炮孔装药的爆破漏斗模型试验。研究结果表明：由于炮孔深部岩石的夹制作用,炮孔装药爆破后易产生一定量的残孔,而采用孔内装药分段微差爆破则能减少残孔长度,提高爆破效率。     

预裂孔逐孔起爆在露天矿破碎带边坡的应用

攀枝花铁矿进入中深部开采后,露天采场的边坡高度已达105⁵55m。随着边坡高度的增加,高陡边坡的局部沉降、垮塌频发,严重威胁采场内人员和设备的安全。针对露天采场的不稳定边坡主要集中在破碎带部位,破碎带的爆破预裂效果较差并且有爆破产生的振动等问题,根据预裂爆破成缝机理,结合破碎带边坡地质特征和延时爆破理论,对破碎带预裂效果较差的原因进行了分析。认为预裂孔逐孔起爆更有利于破碎带边坡的预裂效果,同时能够"引导"、减轻爆生气体向预留边坡方向的作用,还能降低爆破振动对预留边坡的破坏作用。通过预裂孔同时起爆和逐孔起爆在破碎带部位的对比实验,取得了预裂孔逐孔起爆在孔痕率和爆破减振率上优于预裂孔同时起爆的实验效果。     

基于Web服务的PDC钻头井底流场分析平台研究

为解决常规PDC(polycrystalline diamond compact)钻头井底流场水力性能数值模拟分析时存在的门槛高、耗时长、重复工作量多等问题,建立了基于Web服务的PDC钻头井底流场分析平台。平台框架由上至下分为软件接口层、分析服务层和结果输出层。在服务端通过知识封装技术实现钻头井底流场分析过程的自动化、参数化和集成化;利用Web封装技术对参数化流场分析模板进行封装和管理,从而实现客户端基于Web服务的PDC钻头井底流场的分析研究。实例验证表明,采用该平台分析PDC钻头水力性能可有效降低CFD软件的使用门槛,提高钻头井底流场的分析效率,节约人力与物力,能够为石油装备企业提供规范化的技术支持。