Ti-6Al-4V/Al3Ti金属间化合物基层状复合材料残余应力分析

利用ANSYS有限元软件数值模拟不同微观结构的Ti6Al4V/Al_3Ti金属间化合物基层状复合材料的残余应力,分析复合材料层内残余应力分布特征及微观结构参数对层内残余应力的影响。结果表明:Ti6Al4V/Al_3Ti层状复合材料中各层的残余应力在对称中心点处最大,在接近材料边缘处迅速降到最低,各层内残余应力沿界面法线方向无应力梯度变化;在总厚度不变的情况下,通过增加层厚比和层数可改善Ti6Al4V/Al_3Ti金属间化合物基层状复合材料中的残余应力分布,但层厚比对复合材料层内的残余应力影响更为明显。     

电火花表面强化的热应力研究

分析电火花表面强化层的应力场特点,建立三维应力场模型,并利用APDL编程实现对应力场的有限元数值模拟,给出强化层和基体在不同位置、不同方向的应力分布和变化规律。结果表明:强化过程中,熔池及附近区域存在的巨大且剧烈变化的温度梯度和不一致的冷却速率使试样产生很大的热应力;由于热导率和热膨胀系数存在差异的缘故,各节点的应力值随着位置的变化而变化;试样的应力曲线在热影响区都存在突变,有强化层时,由于强化层和基体材料的比热容c和热导率κ不一致,加剧应力曲线在热影响区的突变;采用梯度强化层和热处理工艺可以有效地改善电火花表面强化层的应力分布。     

固体推进剂可靠性的一种有限元分析方法

研究了固体推进剂可靠性分析测试中药柱的应力、应变随其内孔直径及内外径比值的变化规律.药柱材料模型基于不可压缩材料的线粘弹性本构关系,建立了药柱的三维有限元计算模型,分析了药柱取不同内孔直径及内外径比值时的动态应力、应变响应.计算结果表明,药柱的应力、应变最大值出现在内孔边缘处,且随内孔直径及外径与内径比值的增大而增大.     

基于热－机耦合的柴油机气缸盖强度研究

采用有限元分析软件ANSYS分析了某型柴油机缸盖的温度场分布和缸盖热应力以及缸盖在机械载荷作用下的应力场,然后运用热－机顺序耦合的方法,将热负荷和机械载荷同时加载于缸盖,研究其在多种载荷作用下的应力场和变形情况。研究结果表明：缸盖温度最高点和热应力最大值出现在火力面鼻梁区和靠近排气门的喷油器座孔的一侧;热－机耦合应力作用下,缸盖的最大应力点出现在两个进气门之间的鼻梁区和两个排气门之间的鼻梁区,缸盖承受的最大拉应力未超过材料的许容拉应力;缸盖的最小疲劳安全系数和最小疲劳寿命均满足设计要求。     

固体发动机在温度载荷下的结构分析

为研究温度载荷对固体发动机的影响,进行了发动机在低温和温度周变载荷下的热-应力耦合仿真分析,得出在两种载荷下发动机的温度分布和应力应变响应。在低温载荷下,壳体和绝热层的交界面处热应力最大,是发动机的热应力危险部位;药柱內孔的应变最大,是产生裂纹的危险部位。在温度周变载荷下,最大应力出现在距离药柱內孔0.346m处,是发动机的脱粘危险界面。     

铸态铍铝合金淬火过程温度场和应力场的模拟

利用ANSYS软件的热分析模块对铸态铍铝合金飞轮盘工件淬火过程进行模拟,分析工件在沸水淬火过程中其内部的温度场和应力场的变化情况,直观的得到淬火工件内部特殊节点的温度及应力变化规律。模拟结果表明,工件的不同部位,温度下降速率不同,但温度的最大值至始至终集中在轮壁外侧,最小值集中在工件棱角边缘。整个淬火过程中,温度变化的不一致容易导致内应力在局部区域分布不均,当内应力数值超过铍铝合金的屈服强度时,便会引起工件的局部变形甚至开裂。     

TC4钛合金微型液滴成形热应力分析

为研究多层液滴冷却至室温后内部残余应力分布以及新一层液滴滴下时和原来已经完全冷却区域间的残余应力分布情况,利用有限元分析软件ANSYS对TC4钛合金微滴沉积过程中热应力变化进行模拟仿真。基于参数化设计语言APDL建立有限元分析模型,采用间接耦合的方式模拟热应力,分析区域冷却过程温度场,并将温度场结果数据以载荷的形式加入结构分析中。结果表明:液滴滴落完成时温度扩散程度很小,经过一段时间冷却后,热量由液滴区域向已经冷却区域传递,最后接近于室温;后续滴落液滴区域出现了明显的收缩变形,中间区域向下凹陷;液滴区域靠近分界面附近受到拉应力,而原先冷却区域靠近分界面处受到压应力,但均小于屈服应力,说明新的一层液滴滴下和原先冷却的液滴区域不会产生开裂。     

圆锥前体大攻角绕流的数值计算与分析

采用层流模型、Gamma theta转捩模型和SST湍流模型对半顶角10°的圆锥前体进行大攻角绕流的数值模拟,以探究其流动特性。给出了30m/s,不同攻角下流场的总压系数、速度矢量和涡量云图。研究发现,采用Gamma theta转捩模型可较好的模拟转捩流动;攻角大于10°时出现主涡,每个主涡都有一个总压系数最小值和无量纲的轴向涡量绝对最大值,它们均位于涡核处,量值随风速和攻角而变化。     

玻璃/铝/玻璃三层结构阳极键合机理分析

对玻璃/铝/玻璃3层结构进行阳极键合试验,分析键合温度和电压对键合电流的影响;通过扫描电镜对键合界面的微观结构进行分析,表明键合界面良好;对玻璃/铝/玻璃3层结构阳极键合机理进行探讨,认为键合界面处接通电流瞬间产生的强大的静电场力是实现玻璃/铝/玻璃界面紧密接触并形成良好界面键合的主要原因。     

基于粘刚塑性模型非球面透镜三维模压成型模拟

分析与探讨了高温玻璃的应力流动模型及其材料参数的温度相关性。利用粘刚塑性力学模型,基于三维有限元软件DEFORM 3D建立非球面透镜高温模压有限元模型,对光学玻璃L-BAL42球形预制件模压成非球面透镜的整个过程进行了数值仿真,发现非球面透镜应力分布规律:透镜边缘处应力最大,在和模阶段应力快速增加,导致透镜边缘处最易破碎,结果得到实验的验证。采用较大的模压速度及冷却速度将导致残余应力增加,同时分析了透镜非球面偏差变化规律。最后在模具设计时将非球面偏差补偿进去,发现非球面透镜偏差减少,由正偏差变为负偏差。     

复合材料层合板的抗弹性能模拟分析

采用有限元软件ABAQUS模拟圆锥头弹体正冲击纤维增强复合材料层合板,分析了不同层数层合板在不同冲击速度下,子弹初始速度和剩余速度的关系以及层合板的等效应力云图和破坏特征云图.结果表明:在保持单层板厚度不变时,增大层合板层数可显著增强层合板的抗弹性能;子弹的剩余速度与初始速度关系曲线变化特征为先突变后平缓变化再呈线性关系;层合板的等效应力的最大值由接触点扩展到四周固定边界,最后到击穿区域周围局部单元;复合材料层合板在高速冲击下直接发生剪切破坏,而在低速冲击下先达到一定挠度然后发生破坏,为纤维拉伸破坏.     

聚能装药作用下夹层玻璃的破坏研究

为了研究夹层玻璃在聚能装药作用下的破坏效应,借助ANSYS LS-DYNA仿真模拟软件,采用Lagrange和ALE流固耦合方法对夹层玻璃进行了数值仿真研究。玻璃材料采用JH-2模型,并施加最大主应力失效准则。结果表明:不同冲击能量作用下夹层玻璃失效破坏和四周裂纹扩展存在着一定的规律,玻璃失效破坏的长度、速度、加速度等参数随着冲击能量增加呈现增长趋势;在裂纹扩展方面,冲击能量不同时玻璃的裂纹起裂时刻与内能减少时刻基本相同,裂纹产生条数和裂纹密度都随着冲击能量的增加而增大。     

爆炸载荷作用下夹层玻璃动态响应的数值模拟

为研究爆炸载荷作用下夹层玻璃的动态响应，利用有限元软件LS-DYNA对爆炸载荷作用下夹层玻璃的动态响应进行了数值模拟。通过改变外层玻璃与内层玻璃的厚度，系统地研究不同组合下夹层玻璃的动态响应规律，描述爆炸产物与结构相互作用过程，分析夹层玻璃不同部分的能量吸收效率，观察夹层玻璃的裂纹扩展过程。结果表明：玻璃厚度的改变对结构动态响应有明显影响，随着爆炸距离增加，影响程度逐渐减小；爆炸产物先于空气冲击波对玻璃的冲击有损伤破坏作用；结构外层玻璃的能量吸收效率最大，聚乙烯醇缩丁醛胶层次之，内层玻璃吸收效率最小；爆炸载荷下夹层玻璃的裂纹以环向裂纹为主，径向裂纹相对较少。     

新型超高分子量聚乙烯膜材料防弹性能及机理

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）膜材料是近年来出现的新型防弹材料,具有与UHMWPE防弹无纬布不同的结构形式。采用1.1 g标准模拟破片、51式7.62 mm钢被甲铅芯弹和9 mm巴拉贝鲁姆铜被甲铅芯弹,对两类UHMWPE材料叠层靶片进行射击试验,研究两类材料的分子量、结晶度、力学特征以及防弹效能系数对其弹道极限v₅₀值、比吸能值和凹陷深度方面的影响,对其防弹性能进行理论分析,并结合弹着点形貌,对比研究了两类材料的防弹机理。结果表明：两类材料的分子量、结晶度、拉伸强度以及拉伸模量与其防弹性能呈正相关,较小的断裂伸长率更有利于减小凹陷深度;膜材料的条带结构更有利于材料承载应力、能量传播和能量耗散。因此,UHMWPE膜材料在弹道防护领域将具有很好的应用前景。     

内爆炸准静态压力对球形容器弹塑性动态响应的影响

利用单自由度模型对球壳弹塑性动态响应过程进行力学分析并推导出解析解,得到等向强化双线性弹塑性球壳在考虑准静态压力的内爆炸载荷作用下径向位移响应公式,解析结果与数值模拟结果吻合较好。对屈服发生于首个脉冲阶段和准静态压力阶段的两种情况进行分析,获得了准静态压力对球壳弹塑性动态响应的影响规律。研究发现,若屈服发生于准静态压力阶段,进入屈服阶段时刻会受准静态压力幅值影响,随准静态压力的增大而减小;无论屈服发生于哪个阶段,最大位移均出现于准静态压力阶段,且出现时刻有明显差异,最大位移值随着准静态压力幅值的增大而显著增大;与弹性响应结果相比,在弹塑性响应分析中准静态压力幅值对最大位移的影响更为显著。研究表明,在炸药的威力评估工作中,针对准静态压力效应采取结构弹塑性响应分析更有实用价值和指导意义。     

基于流-固-热耦合的超声速弹箭尾翼强度分析

为评估超声速飞行时弹箭尾翼的安全性,结合弹道曲线,计算了某型火箭弹在不同马赫数下飞行时的稳态外流场,并研究了2 s内的瞬态传热。根据传热计算的结果调整了材料的力学性能参数,进而计算了在不同飞行马赫数下,弹箭尾翼受空气动力作用产生的总变形和等效应力。结果表明:弹箭以高马赫数飞行时,前缘翼尖温度最高,且高温由该位置向内部迅速传递,马赫数越大,升温越剧烈,导致翼片前缘出现烧蚀,因此高速飞行的弹箭应对尾翼等结构进行热防护处理。高温会使材料性能下降,在气动热和气动压力共同作用下,翼片会产生较大变形,且应力可能超过许用应力。最大变形量出现在前缘翼尖,最大应力出现在翼根靠近前缘处,且都随飞行马赫数增加而增大。     

应力波载荷作用下材料断裂韧性JId测试研究

本文建立了一个测定动态弹塑性断裂韧性JId的方法。该方法利用改进的Hopkinson压杆加载Charpy冲击试样,利用压杆上应变片记录的入射应力波和反射应力波,由一维应力波理论得到试样所受的载荷和加载点位移。在建立的裂纹尖端张开位移COD和裂纹扩展量Δa的关系中,令Δa=0,可得到裂纹起裂时的临界（COD）c从而确定裂纹的动态起裂点。与其它方法相比,本文的方法不需要昂贵的仪器来测试动态断裂参数;不需将应变片贴在试样上确定起裂时间,所以该方法可在较高或较低的温度下使用;在动态弹塑性断裂韧性JId的计算中,考虑了材料的动态应力—应变行为,使测得的JId值能更好地反映材料在应力波载荷作用下的动态断裂性能。     

胶粘固结发射药定容燃烧规律研究

为了探索胶粘固结发射药定容状态下的燃烧规律,由密闭爆发器定容状态方程推导出粘结剂燃烧结束点相关参数的确定方法,并对不同胶粘固结发射药进行计算。结果表明:粘结剂燃烧结束时基体药的燃烧质量百分数较大,共同燃烧阶段不可忽略;增大粘结剂含量会使基体药的燃烧质量百分数增大、粘结剂的燃烧时间和达到最大压力的时间延长,并使最大压力变小;基体药粒径越小,粘结剂与基体药燃烧阶段基体药燃烧质量百分数越大。     

应力波载荷作用下材料断裂韧性JId测试研究

本文建立了一个测定动态弹塑性断裂韧性JId的方法。该方法利用改进的Hopkinson压杆加载Charpy冲击试样，利用压杆上应变片记录的入射应力波和反射应力波，由一维应力波理论得到试样所受的载荷和加载点位移，在建立的裂纹尖端张开位移COD和裂纹扩展量△a的关系中，令△a=0，可得到裂纹起裂时的临界（COD），从而确定裂纹的动态起裂点，与其它方法相比，本文的方法不需要昂贵的仪器来测试动态断裂参数；不需将应变片贴在试样上确定起裂时间，所以该方法可在较高或较低的温度下使用；在动态弹塑性断裂韧性JId的计算中，考虑了材料的动态应力一应变行为，使测得的JId值能更好地反映材料在应力波载荷作用下的动态断裂性能。     

复合材料工字梁结构分析

由于层压板梁的各向异性,载荷下结构响应和刚度特性难以确定。为了解决有限元方法在进行复合层压板梁的结构分析时参数确定的难题,提出了一种层压板工字梁的应力分析方法,并在MATLAB上编程实现,通过与理论计算值和有限元软件ANSYS分析结果进行对比,证明该方法可行,且适合于进行参数化研究设计。