理想弹塑性线性强化模型的身管残余应力分析

为计算理想弹塑性线性强化模型机械自紧身管的残余应力,基于弹塑性力学和一些基本假设,通过对加载和卸载过程中的身管做弹塑性分析,得到了机械自紧身管的塑性半径、加载和卸载过程中的应力应变、反向屈服半径的计算公式。利用机械自紧身管加载和卸载过程中的应力,给出了身管有反向屈服和无反向屈服两种情况下残余应力的计算公式。应用这些公式计算了一个模拟管的塑性半径、反向屈服半径和残余应力,结果表明理论值与实验值吻合良好。     

自紧－时效圆筒残余应力与强度的研究（Ⅱ）──精加工圆筒的残余应力与强度

文中基于理想弹－塑性模型，进一步对精加工自紧－时效圆筒的应力状态作了分析，导出了残余应力公式以及自紧－时效身管的强度公式。计算了模拟管残余应力和强度，并与Ｓａｃｈｓ镗削法测定的结果作了比较。结果表明，二者吻合较好，从而证实了上述残余应力公式与强度计算公式的可靠性。     

“二次”鲍辛格效应对开端液压自紧圆筒强度的影响

本文研究了“二次”鲍辛格效应对不经稳定化处理的精加工后的开端液压自紧圆筒强度的影响问题。 采用考虑材料应变硬化的最简单解法,计算精加工后自紧圆筒内膛一点在自紧加压过程中的相当应变,采用考虑材料鲍辛格效应的比较精确解法,计算该点在自紧卸压过程中的相当应变。根据塑性理论中“单一曲线假设”,利用拉伸-压缩试样,追溯精加工后自紧圆筒内膛一点处塑性变形的历史,进行对后继塑性变形过程模拟的实验。寻求出了“二次”鲍辛格效应影响下的精加工后的开端液压自紧圆筒的强度计算公式。文中分析论证了这种实验的合理性,并由实验验证了公式的准确性。 在上述研究的基础上,本文提出了失去“二次”鲍辛格效应对精加工后开端液压自紧圆筒强度影响的内膛半径的临界值概念。     

自紧厚壁圆筒静压强度模拟试验研究

介绍38CrNi3MoV钢制厚壁圆筒模拟管的试制过程,对6支厚壁圆筒模拟管进行液压自紧和静压强度模拟试验。结果表明:在壁厚比1.6和1.65、自紧压力720～780 MPa、材料强度Rr0.1≥1 280 MPa条件下,采用液压自紧工艺后6支厚壁圆筒模拟管实测静压强度达520～575 MPa,实测静压强度为理论静压强度的70%～76%。     

自紧圆筒经稳定化热处理及机加工后的残余应力和强度

本文提出稳定化热处理时自紧圆筒壁内再次发生反向屈服是自紧处理时卸载反向屈服的继续,导出了自紧圆筒经稳定化热处理以及机加工后的残余应力计算公式和强度计算公式。经实验验证,这些公式的计算值与实测值吻合的较好。     

液压自紧炮身(半精加工)的应力与强度

本文研究的对象是开端液压自紧圆筒(Ni-Cr钢)。用考虑材料应变硬化的最简单解法计算加压过程中圆筒的应力分布及内压-外表面应变关系。将材料单向拉伸-压缩曲线中的鲍兴格效应线性化;以圆筒塑性区中的切向应变代替相当应变,求卸压过程应力变化及内压-外表面应变关系的解。进而可由加压与卸压两个过程应力分布的代数和求残余应力。由于上述近似计算,所以这种解是最简单的。文中用试验和理论分析验证了这种近似的合理性,并用自紧过程内压-外表面应变的实际测定和自紧圆筒残余应力的测定证明这种理论解有相当满意的准确性。在上述残余应力理论分析的基础上,本文初步探讨了液压自紧炮身强度设计和自紧工艺参数设计的有关问题。     

自紧－时效圆筒残余应力与强度的研究（Ⅰ）──半精加工圆筒的残余应力

基于理想弹－塑性模型，对半精加工自紧－时效圆筒的应力状态进行了分析，导出了残余应力的数学表达式，计算了模拟钢管的残余应力值，采用Ｓａｃｈｓ镗削法测定了模拟管的残余应力值，并将二者作了比较。结果表明，理论预期值与实验测定值吻合较好，从而证实了理论分析的可靠性。     

机械自紧冲头推力和冲头形状研究

从能量原理的角度出发，利用塑性理论中的界限法，仿照对金属成型工艺中讨论平板楔形模具时的分析方法，分别对机械自紧厚壁筒作单纯挤扩变形，形成死区变形，发生刨削内膛变化三种情况进行了力学分析和研究，得到了机械自紧过程中变形模式的变化规律，冲头推力与冲头锥角的关系，最佳推力的锥角选取原则和影响厚壁筒变形稳定性因素等结果。     

自紧厚壁圆筒临界裂纹尺寸的可靠性分析方法

基于概率断裂力学理论和Monte Carlo模拟方法,给出了自紧厚壁圆筒临界裂纹尺寸的可靠性分析方法。应力强度因子由MMC法(修正的保角映射-边界配位法)或权函数法计算,并考虑了表面半椭圆裂纹修正;各参量的随机分布由实测数据分析进行:临界裂纹尺寸的样本分布由Monte Carlo模拟获得,最后给出各种置信度和可靠度下的临界裂纹尺寸。     

受冲击内压作用的厚壁圆筒的动力分析

本文给出了一种分析受冲击内压作用的厚壁圆筒中位移和应力的解析方法。为了验证所获得的理论,用本文给出的方法,对具有半径比为R_2/R_1=2的钢质圆筒中的位移和应力进行了计算。计算结果表明,所得的理论是正确的。     

火炮身管(厚壁圆筒)机械自紧理论探讨

结合实验具体分析了机械自紧机理，并建立了理论计算公式，通过与实验数据比较，误差很小。由于机械自紧有较大的轴向残余应力（约相当于６５％切向残余应力），正好抵抗了火药气体的冲刷和弹丸的摩擦，所以不单具有同液村自紧一样提高炮管强度的作用，同时有提高炮管寿命的作用。     

镁合金板料热拉深成形数值模拟研究

分别利用用户子程序二次开发方法和直接输入应力应变实验数据方法,在ABAQUS软件中获得镁合金材料模型进行镁板热拉深成形极限数值模拟研究。研究得出:镁合金板料极限拉深高度在一定范围内随凸凹模圆角的增大、凸模与板料间摩擦因数的增大、温度的提高而增大,随凹模、压边圈与板料间摩擦因数的增大、拉深速度的提高而减小,而随压边力的增大先是增大后来减小,最佳压边力为7500N左右。研究结果表明:本文提出的含非常软化因子的镁合金高温流变应力数学模型能较好地预测流变应力,通过二次子程序开发方法在ABAQUS软件中加入自己的材料模型是切实可行的。     

卡簧约束对多片离合器温度场的影响分析

为分析卡簧约束对多片离合器接触应力分布的影响,运用Abaqus仿真软件建立了多片离合器三维有限元模型。通过数值模拟,得到了多片离合器摩擦表面的接触应力分布规律和多片离合器的温度场分布。仿真和试验结果表明：卡簧约束导致了摩擦副接触应力沿径向分布不均匀,越靠近卡簧,摩擦元件的外径接触应力越大,径向应力差异越大;越远离卡簧,径向应力分布差异趋于平缓,并逐渐接近活塞压力;卡簧轴向约束导致了摩擦元件的径向温差加大,外径温升快,内径温升慢,并且轴向不同位置摩擦元件的温度场分布不一致,近卡簧侧的摩擦元件更易发生热翘曲;离合器低速长时滑摩试验验证了该温度场模型的正确性,所建模型能够切实有效地反映离合器的实际温升特性。     

沸石分子筛纳米压痕实验影响因素的数值研究

以方沸石ANA为例,采用二维轴对称有限元模型,对其纳米压痕实验进行有限元模拟,考察摩擦、压深和压头尖端半径对模拟结果的影响。摩擦因数除了对卸载后Von-Mises应力分布有很大的影响外,对模拟结果的影响较小;压深对弹性能、塑性能、硬度、弹性恢复、应力,以及压痕接触面轮廓有明显的影响;尖端半径小于150nm时对模拟结果无影响。     

泡沫圆筒的轴对称平面应变热问题分析

针对泡沫圆筒热应力问题,基于各向同性假设的等效力学方法,求得圆筒的弹性模量和泊松比,采用位移法推导了轴对称平面应变情况下,泡沫圆筒的热应力解析解,得到了径向应力和切向应力沿圆筒径向的变化规律。采用ABAQUS有限元软件进行数值模拟,对比分析了解析解和数值解的结果,发现两者的吻合程度令人满意,说明解析结果可信。研究了泡沫圆筒轴向摩擦力与外径、外表面增温之间的变化规律,为泡沫圆筒的设计提供参考。     

高压高速工况下弹炮间摩擦系数表征及数值模拟

为了准确表征弹炮耦合过程中身管弹丸摩擦副的摩擦系数,采用动压润滑理论,综合考虑身管弹丸摩擦副高压、高速的极端工况,建立了动压润滑摩擦模型,推导出了相应的摩擦系数计算公式。通过有限元方法模拟了弹炮耦合过程中身管弹丸摩擦副摩擦系数的转变过程。结果表明:摩擦系数与接触压力和相对运动速度成反比,当接触压力和相对运动速度乘积达到20 000 MPa·m/s以后,摩擦系数基本趋于稳定值0.02。与恒定摩擦系数下弹丸的运动姿态进行了对比,得到了更为平稳的弹丸运动姿态,为弹炮一体化设计分析提供了一种技术途径。     

钨合金长杆弹撞击厚壁柱形目标临界跳飞角计算模型

针对钨合金长杆弹撞击厚壁柱形目标的跳飞问题,通过简化目标和分析变量构造弹目交汇物理模型,采用LS-DYNA3D显式动力学软件建立有限元仿真模型并进行校验,开展长杆弹以着速1 000~2 200 m/s、命中偏移角0°~40°多工况撞击厚壁柱形目标的仿真计算,得到不同着靶条件下长杆弹的临界跳飞角β_c。通过对着速v、命中偏移角γ对临界跳飞角β_c的影响进行量化分析,经数据拟合获取修正因子,建立基于Rosenberg临界跳飞角β_c的修正计算模型。与数值模拟结果对比结果表明,该模型对确定钨合金长杆弹撞击厚壁柱形目标跳飞边界具有较好的适用性。     

推力球轴承摩擦力矩特性研究

基于滚动轴承动力学理论,建立了推力球轴承动力学分析模型以及摩擦力矩数学模型,仿真分析了不同结构参数、工况参数对摩擦力矩特性的影响规律,并进行了对比验证。研究结果表明：自旋滑动产生的摩擦力矩约为推力球轴承总摩擦力矩的70%;从推力球轴承的设计角度,在保证保持架稳定性的前提下,可以适当增加钢球数和增大保持架兜孔间隙来减小轴承摩擦力矩,但钢球数对摩擦力矩的影响更为明显,且对轴承结构影响最小,应优先考虑;随着轴(座)圈沟曲率半径系数的增大,轴承摩擦力矩呈现指数形式减小,当轴(座)圈沟曲率半径系数达到0.56以后,轴(座)圈沟曲率半径系数的增大对轴承摩擦力矩影响很小,但考虑到推力球轴承的承载能力,轴(座)圈沟曲率半径系数应在0.56~0.58之间选取较为合适;从推力球轴承的使用角度,倾覆力矩、外载荷冲击量和轴承转速会对轴承的摩擦力矩产生显著影响,且外载荷冲击量的影响程度最大。     

柴油机气门座圈的抗脱落选材和设计研究

针对某型强化柴油机中出现的排气门座圈松脱掉落的现象,分析了导致故障发生的原因,并从选材和设计两方面对该问题进行了深入的研究。通过对预选材料——钴基合金、镍基合金和粉末冶金进行材料强度、热膨胀特性、摩擦特性和体积稳定性等方面的试验研究,对各材料气门座圈的抗脱落特性进行了评价;通过有限元计算方法确定了合适的座圈装配过盈量,在保证结构安全系数的前提下提升防松效果;并通过整机试验,对新材料气门座圈的工作可靠性进行了验证。研究结果表明：镍基合金与气门材料亲和力过强,磨损严重;粉末冶金能在较大的装配过盈量下保持较小的最大内应力,但体积稳定性不如钴基合金;钴基合金具有优越且稳定的高温抗压特性和耐磨特性,并表现出很好的体积稳定性和抵御不正常工况的能力。由于新材料抗压特性的提高,可将装配过盈量提高到0.081~0.113 mm,此过盈量能满足缸盖的使用要求,并能保证1.4以上的安全系数。