基于纳米压痕的激光修复层晶体材料常数反演方法

为了研究裂纹激光修复层的细观力学行为,利用纳米压痕试验确定激光修复层晶体塑性材料常数.首先,运用纳米压痕仪获得添加304不锈钢粉末及其质量分数为5％的纳米WC的激光修复层的载荷-位移曲线.然后,运用纳米压痕的常规有限元模型对修复层材料的宏观弹塑性参数进行求解,通过堆积/沉陷参数对试验载荷-位移曲线进行修正.最后运用拉伸试件的晶体塑性有限元模型对修复层材料的晶体塑性常数进行反演.结果表明,通过堆积/沉陷参数对试验载荷-位移曲线进行修正,能够有效地减小计算误差;同时该方法能够以较小计算量和较高计算精度确定晶体塑性常数,为通过纳米压痕试验获得晶体塑性材料常数提供了一种新的方法,也为从细观尺度研究材料的力学行为提供了方便.     

一维粘弹材料周期结构的振动带隙研究

采用迭代法改进了一维声子晶体带隙特性计算的平面波展开(PWE)算法,以使其适用于组成材料粘弹性所导致的弹性常数随频率非线性变化的特性。将该算法应用于丁腈橡胶(NBR)和钢组成的两种结构尺寸的一维周期结构声子晶体振动带隙的研究中,理论计算和振动测试结果吻合理想。进一步的理论分析表明,橡胶材料的储能弹性模量随频率的单调增加,使得在保持禁带开始频率不变的同时大大加宽了禁带范围,在3 mm钢/10 mm NBR以及7 mm钢/10 mm NBR两种周期结构一维声子晶体中禁带宽度分别增加了36.4％和34.0％。     

光学石英玻璃纳米级加工性能

提出了一种石英玻璃仿真模型的构建方法,并应用分子动力学(MD)仿真结合纳米压痕实验对石英玻璃进行了纳米级加工性能的研究。通过计算石英玻璃模型的密度和纳米硬度,验证了模型的准确性。对石英玻璃进行了纳米压痕实验,得到了压痕曲线并观察了纳米压痕形貌。最后,对纳米级压痕过程进行了仿真,通过计算配位数研究了损伤层的形成及扩展机理。计算得到的石英玻璃模型的纳米硬度约为9.7~10.7GPa,密度约为2.28g/cm3,与实际测量结果基本一致。仿真结果表明:石英玻璃有着稳定的塑性变形和少量的弹性变形,且存在压痕的尺寸效应。当压头压下时会形成大量的原子稠密区,失去原来共价键的强度,形成损伤层;而表面形貌主要是由于压头向两侧挤压原子和压头的黏附作用形成的。仿真和实验结果都表明石英玻璃比较适合超精密加工。     

小尺寸材料弹性常数超声测量系统的研制及其应用

提出一种小尺寸材料弹性常数测量的新方法——利用线聚焦超声传感器和超声浸水技术同时测定纵波和漏表面波的波速，求得材料的弹性常数。基于PXI-8186嵌入式控制器构建了小尺寸材料弹性常数测控系统，利用LabVIEW软件平台开发了小尺寸材料弹性常数自动测量软件。实验结果表明，该方法可以实现小尺寸材料弹性常数的测量，测量结果具有很好的重复性。     

散射矩阵法研究弹性波在异质结声子晶体中的谐振

利用散射矩阵把弹性波在相邻介质层中的前向波和后向波联系起来。利用散射矩阵法计算一维完整和缺陷声子晶体的透射和反射特性,得到与传输矩阵法完全相同的结果。用该方法研究了弹性波在含两个子声子晶体:相同介质不同周期常数,不同介质相同周期常数的异质结声子晶体中的传输特性。结果表明:在异质结的声子晶体的带隙内出现强烈的局域谐振模,其数目由后一个声子晶体的周期数决定。     

U型零件展开尺寸的计算法

在低压电器中有不少U型零件,见图1。它们的展开尺寸在各资料介绍的计算方法中各不相同,因此,同一弯曲件的展开尺寸,其计算尺寸相差甚大. 例如:(1)当r相似文献   

纳米材料的力学性能

综述了纳米晶体材料和纳米碳管材料的力学性能研究的最新进展。有实验数据表明，纳米晶体材料的强度与其晶粒尺寸大小的关系并不遵循Hall—Petch方程。相对于常规晶体材料，纳米材料的超塑性发生在更低的温度和更高的应变速率下。理论计算和实验数据表明：纳米碳管是一种具有高刚性、高强度、高韧性和低密度的材料。纳米晶体材料和纳米碳管的异常的力学性能已经有了一些应用实例。     

大曲率弧矢弯曲复合晶体的研制

为提升国家同步辐射实验室X射线吸收精细结构(NSRL-XAFS)的光束线性能,提出将现有双平面晶单色器改造成弧矢聚焦双晶单色器的思想。采取将晶体与钛合金复合的工艺,实现了晶体的大曲率弹性弯曲,并将其用作弧矢聚焦晶体单色器中第二晶体的成像元件。鉴于NSRL-XAFS实验的光学要求,设计制作了复合晶体试验模型,通过有限元分析计算和长程面形仪实际测量得到了不同弯曲半径下晶体的面形精度,并用激光模拟其聚焦性能。结果表明,在缩放比为1/3时,样品上的成像束斑水平尺度(FWHM)由43mm(无聚焦)缩小到3mm,光子密度提高了近一个量级。这些结果满足NSRL在现有光源条件下提升XAFS数据采集质量的要求。     

精密钢球传动组合行星盘误差对弹性转角影响分析

针对实时无隙精密钢球传动组合行星盘特殊的结构,在分析接触点弹性转角产生机理并考虑导向槽尺寸误差、导向钢球尺寸误差与导向槽分布圆径向误差的基础上,建立了接触点处力学模型,利用力矩平衡方程以及接触点处刚度系数推导实际接触角和弹性转角表达式,利用MATLAB对其进行精确求解,并分析了三种误差变化对实际接触角和弹性转角的影响,通过对三种误差灵敏度分析,得到误差灵敏度变化规律。结果表明,导向钢球尺寸误差对弹性转角影响最为明显,其余两种误差影响非常小。研究结果为组合行星盘的设计和机构整体的精度计算提供理论依据。     

使用SAW和SH板型振荡器的两种气体传感器之灵敏度比较

利用SAW(声表面波)振荡器的气体传感器在国外为大家所熟知,而国人知之的并不太多。然而,以SH(切变水平)板型振荡器为基础的相应器件还没有引起人们更多的注意。尽管它们二者影响惯性负载效应是由于化学复盖层的吸附特性。SH(切变水平)板型延迟线振荡器被认为是更敏感的。几个结论有效地支持了这个主张。利用计算机仿真技术,两种类型传感器当它们活泼的化学层放入气体感生的物理变化的位置时,其特性可以进行计算和比较。仿真技术对两种材料(石英和复盖层)来说需要几个物理常数的知识。理论上的特性通过声波相速来表示,而对不同的石英晶体切口的计算是通过于扰的方法,包括基片和其复盖层的厚度、密度和硬度。在相同条件下使用,在特殊厚度范围内,发现SH板型器件较之SAW型器件更为敏感。     

A multiscale mechanics approach for modeling textured polycrystalline thin films with nanothickness

A multiscale method is proposed for calculating elastic constants of textured polycrystalline thin films of nanothicknesses. In this method the molecular simulation and finite element method are hierarchically employed. The elastic constants for each single crystal are first calculated through the simulations of on- and off-axis tension tests of the single crystal using molecular statics. Subsequently, the constitutive relations for the single crystal are used in conjunction with a finite element code to study the macro-mechanical deformation and stresses in textured polycrystalline nanofilms. The result indicates that both film thickness and grain size influence the macro-Young's modulus and Poisson's ratio of the nanofilm. Specifically, for nickel, the value of the macro-Young's modulus decreases as film thickness decreases and increases as grain size decreases. The value of the macro-in-plane Poisson's ratio increases as the thickness decreases or grain size increases.     

Large Deformation Analysis and Synthesis of Elastic Closed-loop Mechanism Made of a Certain Spring Wire Described by Free Curves

Recently novel mechanisms with compact size and without many mechanical elements such as bearing are strongly required for medical devices such as surgical operation devices. This paper describes analy...     

尺度相关的分形结合面法向接触刚度模型

基于分形理论,利用双变量Weierstrass-Mandelbrot函数模拟三维分形结合面,建立尺度相关的三维分形结合面法向接触刚度模型。推导出各等级微凸体发生弹性、弹塑性以及完全塑性变形的存在条件。确定结合面上各等级微凸体的面积分布密度函数,推导出法向接触刚度和法向接触载荷的解析表达式。计算结果表明：当结合面上的微凸体只能发生弹性变形,即自身等级小于弹性临界等级的微凸体,该部分微凸体引起的法向接触刚度和对应法向载荷关系呈非线性。当微凸体的等级大于弹性临界等级,在结合面接触过程中,微凸体弹性变形引起的法向接触刚度与对应的法向载荷关系为线性,非弹性变形引起的法向接触刚度与法向载荷关系为非线性。微凸体的等级范围对结合面的刚度影响较大,在相同的法向载荷作用下,高等级微凸体的结合面产生较高的法向接触刚度,即结合面越平整,结合面的法向刚度越高。     

行星滚柱丝杠副轴向弹性变形的有限元分析

以行星滚柱丝杠副为研究对象,综合考虑螺纹牙接触角和螺旋升角的影响,利用有限元方法计算轴向弹性变形,将有限元解和解析解进行对比,最大误差为4.85%。在此基础上,分析了不同轴向负载作用下接触角和螺旋升角对轴向弹性变形的影响。结果表明,轴向弹性变形中,赫兹接触变形为主要变形;螺纹牙的弹性变形和von Miese应力变化趋势一致,且呈现明显的载荷分布;轴向变形随着接触角和螺旋升角的增大而减小。可见,合理增大接触角和螺旋升角有利于提高行星滚柱丝杠副的传动精度。     

基于第一性原理的高压下TiAl结构、力学性能及热力学性质研究

采用第一性原理计算方法,研究了压力与温度对TiAl合金结构、力学性能与热力学性质的影响.结果显示,随着外加压力的增加,TiAl体积比降低. 计算了不同压力下TiAl的弹性常数Cij , 所有Cij均力学稳定性判据, 表明不同压力下的模拟结果均满足力学稳定性条件. 通过弹性常数, 计算了体模量与剪切模量, 发现在0 Gpa下的计算值与文献值相吻合,表明计算的准确性. 体模量与剪切模量可以用来反映材料抵抗变形能力, 随着压力的增加, 其数值增加, 表明材料抵抗变形能力得到提升. 由B/G发现, 当压力在10-20 Gpa之间时, TiAl由脆性材料转变为延性材料. 借助准谐德拜模型, 研究了当温度在0-1 000 K、 压力在0-50 Gpa下压力与温度对TiAl体模量、 德拜温度、 线膨胀系数以及热容的影响, 这有助于研究温度与压力对热力学参数的影响. 最后, 研究了不同压力下TiAl的电子结构, 随着压力的增加, 材料的态密度强度降低, Ti原子成键相互作用减弱, Al原子成键相互作用增强, 材料的延性得到提升.     

线性分布载荷作用下双模量圆板的计算分析

双模量圆板在线性载荷作用下,会形成各向同性的拉伸区和压缩区.可将双模量圆板看成两种各向同性材料组成的层合板,采用弹性理论建立双模量圆板在外载荷作用下的静力平衡方程,利用此静力平衡方程即可确定双模量圆板的中性面位置.建立双模量圆板在外载荷作用下的弯曲微分方程,求得双模量圆板在线性分布载荷作用下的挠度方程.通过算例讨论分析双模量对圆板弯曲变形的影响,得到圆板材料拉压弹性模量相差较大时,其挠度计算不宜采用相同弹性模量经典薄板理论,而应该采用双模量薄板理论的结论.     

A real time machining error compensation method based on dynamic features for cutting force induced elastic deformation in flank milling

During the machining process, cutting forces cause deformation of thin-walled parts and cutting tools because of their low rigidity. Such deformation can lead to undercut and may result in defective parts. Since there are various unexpected factors that affect cutting forces during the machining process, the error compensation of cutting force induced deformation is deemed to be a very difficult issue. In order to address this challenge, this article proposes a novel real time deformation error compensation method based on dynamic features. A dynamic feature model is established for the evaluation of feature rigidity as well as the association between geometric information and real time cutting force information. Then the deformations are calculated based on the dynamic feature model. Eventually, the machining error compensation for elastic deformation is realized based on Function Blocks. A thin-walled feature is used as an example to validate the proposed approach. Machining experiment results show that the errors of calculated deformation with the monitored deformation is less than 10%, and the thickness errors were between ?0.05 mm and +0.06 mm, which can well satisfy the accuracy requirement of structural parts by NC (Numerical Control) machining.     

汽轮机高压缸三维热弹性接触模型及其气密性分析

汽轮机高压缸中的高温和高压蒸气经常会造成缸体较大的变形，从而在汽缸法兰中分面产生漏气，为了分析汽缸的气密性，文中结合汽缸温度场和三维弹性接触理论，建立汽缸三维热弹性接触有限元模型。利用建立的模型完成一个100MW汽轮机高压缸的温度场及应力、变形计算，并且应用于实际的高压缸改造。实践表明这些计算结果可以作为汽缸设计的重要依据，从而提高运行中汽缸的安全可靠性。     

筒式减振器叠加节流阀片开度与特性试验

建立环形弹性节流阀片的力学模型,根据弹性力学原理建立弹性阀片弯曲变形的微分方程.利用边界条件得到环形弹性节流阀片的弯曲变形曲面通解表达式,然后对通解进行恒等变换得到节流阀片弯曲变形系数.提出一种弹性阀片弯曲变形精确计算方法.利用弯曲变形系数对节流阀片的弯曲变形进行分析研究,与目前两种计算方法进行比较,并对计算偏差对减振器设计及特性分析影响进行分析.对叠加阀片当量厚度及叠加阀片对节流阀开度的影响进行分析,对减振器在不同叠加阀片下特性进行特性试验,结果表明该研究对减振器阀系参数设计、特性分析具有指导意义.     

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.