TC4铣削切屑形态与表面形貌特征

目的 对TC4铣削过程中锯齿状切屑的形成与对应产生的加工表面形貌特征进行研究,掌握钛合金TC4高速铣削加工切屑形态随铣削速度的变化规律,从而提高加工表面质量和效率。方法 基于有限元软件,建立钛合金TC4二维变厚度切削模型,通过仿真和铣削试验分析铣削速度对切屑形态的影响规律。利用超景深显微镜和PS50表面轮廓仪对TC4铣削过程中形成的切屑形态及工件加工表面形貌进行观测和分析,确定铣削加工TC4过程中铣削速度与切屑形态、工件表面形貌和表面粗糙度之间的关系。结果 铣削试验验证得出铣削力仿真值与试验值最大误差为9.86%,验证了二维变厚度切削模型的准确性。随着铣削速度从40 m/min增大到120 m/min,切屑形态由带状转变为锯齿状,且铣削力逐渐减小。同时,铣削速度由80 m/min增大到240 m/min时,切屑的锯齿化系数和剪切带内的剪切角均增大,而剪切带间距减小,TC4加工表面波纹加深、波纹间距变宽,并且伴随有大量韧窝出现,导致表面粗糙度值增大。结论 掌握锯齿状切屑几何特征与工件表面形貌随铣削速度的变化规律,以便在铣削加工TC4过程中对锯齿状切屑进行控制,对于提高工件加工表面质量和加...     

电流负载对滑动电接触系统摩擦学行为的影响

目的 探讨电流对滑动电接触摩擦学行为特性的影响,厘清电流负载与滑动电接触摩擦学行为之间的关系。方法 采用黄铜材料为对摩副,在自行设计的摩擦滑动电接触试验机上进行球–面电接触摩擦学试验。分别输入0.2、1、2 A的直流负载,采集界面的摩擦因数、摩擦力、接触电压信号,并分别使用光学显微镜和扫描电镜等设备观察界面的摩擦磨损特性。利用ABAQUS中的热–电–力多场顺序耦合算法模拟试验过程,分析界面电压、温度和切应力的变化特性。结果 当电流从0.2 A增至1 A时,界面的摩擦因数在稳定阶段均为0.5左右,同时摩擦力信号也未出现显著差异。当电流负载进一步增至2 A时,摩擦因数增至0.7,摩擦力也显著增大。当电流负载从0.2 A增至2 A时,接触电压从0.1 V增至0.75 V,接触电压的增大倍数与电流的增大倍数不同。磨损分析结果表明,当电流增至2 A时,界面磨损程度加剧,同时导致磨屑堆积,形成局部“摩擦凸台”,且“摩擦凸台”的数量显著增多,直接导致界面黏着区域增大。有限元分析结果表明,当电流增至2 A时,界面温度上升明显,热效应显著,因此剪切力明显增大。结论 界面的接触电阻包括收缩电阻和薄膜电阻,在摩擦过程中它们随磨损程度发生变化,因此接触电压不随电流的增大而等比例增大。当电流增至一定程度时对界面的摩擦学行为具有负作用,这是由于电流负载的增加导致界面温升显著,摩擦切应力增大,黏着效应增强,从而加剧了界面的摩擦磨损程度。此研究结果为认识电流负载与滑动电接触摩擦学行为之间的关系提供了理论依据。     

热障涂层演变、失效理论及模型建立研究进展

目的 热障涂层(Thermal Barrier Coatings, TBCs)是用于保护热端部件的功能性涂层,但在复杂工况的影响下易于呈现提前破坏和过早失效的特点。以应用最广泛的钇稳定氧化锆(YSZ)双层热障涂层系统为例,阐述其服役过程中的结构和性能演变,分析失效机理,总结寿命预测模型并介绍相关模拟技术。方法 分别对经历不同条件高温氧化实验后的热障涂层开展元素渗透引起的界面微观结构变化、随反应进行发生的界面宏观结构变化以及高温引起的涂层本征性能变化分析,并且基于多种热力学实验结论和断裂力学、损伤力学等理论,结合有限元模拟手段,研究涂层内部结构变化过程,选用不同种类的标准有限元模型,建立条件选择方法以及典型的动态模拟扩展技术,观察裂纹导致涂层断裂等过程。结果 总结了目前常用的唯象寿命模型、断裂力学模型和损伤力学模型等失效寿命理论模型,提出相关失效评价方法。结论 随着航空发动机效率的不断提高,热障涂层必须面对更高的进气温度和更严峻、更复杂的工况,需要进一步丰富失效理论、完善失效寿命模型、仿真手段和相应数据库,同时其在开发新材料、新结构、新工艺、涂层组织纳米化等方面也有很大的研究和发展空间。     

拉伸取向控制对AZ31镁合金孪生和织构演化的影响

以室温单轴拉伸实验与晶体塑性有限元相结合的方法,通过拉伸取向控制,研究了AZ31镁合金拉伸变形过程中孪生行为、织构演化规律、塑性各向异性之间的关系。基于率相关晶体塑性本构理论,建立了滑移和孪生机制耦合的具有不同取向的晶体塑性本构模型,引入孪晶体积分数研究孪生对AZ31镁合金塑性变形过程中织构演变和力学性能的影响。结果表明,2种不同取向的样品在塑性变形过程中呈现出明显不同的织构演变规律,表现出明显的各向异性。轴向拉伸时孪生被抑制,孪晶激活体积分数低,径向拉伸时孪晶极易产生,孪晶激活体积分数高。轴向试样在整个塑性变形过程中{0001}极图偏移较小,径向试样因大量拉伸孪晶的开启,使得{0001}棱柱面织构的极密度逐渐向RD的正反方向发生明显偏移。     

波-平轧制钛/铝复合板界面组织特性及性能研究

建立Ti/Al复合板波-平轧与平轧有限元模拟并进行实验,分析不同轧制方式对复合板微观组织及力学性能的影响。结果表明,复合板压下率为40%时翘曲程度较35%更低,波-平轧复合板的等效应力及应变均大于平轧复合板,其结合界面未发现孔洞与裂缝,波峰处界面扩散层厚度为1.8μm,波谷处为2.4μm,而平轧复合板的界面扩散层厚度为1.6μm,并且波-平轧复合板Al板的再结晶程度高于平轧,其抗拉强度,抗弯性能,硬度也高于平轧复合板,但由于加工硬化作用延伸率较低。     

Verbundverhalten von Vollgewindeschrauben in Brettschichtholzbauteilen

Bond behaviour of self‐tapping screws being used as reinforcement in glue‐laminated timber elements – Part 2: Analytical and numerical investigations as well bond model derivation for the calculation of anchorage length In favor of the investigation of bond behaviour, force transfer and anchorage length of self‐tapping screws, several tests have been realized at the Chair of Structures and Structural Design in cooperation with the Institute for Building Material Research of the RWTH Aachen University. The experimental investigations comprise more than 160 pull‐out tests of screws with long embedment length and over 84 load distributions tests. Additionally, several tests displaying the effect of longitudinal cracks in the surrounding wood as well as the effect of the screw tip have been conducted. Through various analyses of the bond behaviour, the experimental investigations form the basis for the calibration and evaluation of the numerical models and allow a prediction of the force transfer of the screws in glue‐laminated elements. Design rules that enable the application of the self‐tapping screws as reinforcement in timber elements have been derived from the knowledge obtained in the experimental and numerical investigations. This paper, which results from a research project funded by the German Research Foundation [1], presents the results of investigations on the bond behavior of self‐tapping screws in glue‐laminated timber elements. Part 1 elaborates on the experimental investigations [2] whereas part 2 illustrates the numerical analyses and presents a bond model, which enables the design of the anchorage length and the safe application of the screws as reinforcement in timber elements.     

基于混合近似法的纤维梁单元非线性求解方法#br#

环境荷载作用下土木工程结构往往产生较大的非线性变形,包括材料非线性和几何大变形两部分,而两者非线性问题的数值求解往往需要花费高昂的计算代价。隔离非线性有限元法是将材料应变分解为弹性与塑性两部分,在控制方程中实现刚度矩阵的弹塑性分离,使用Woodbury公式进行非线性求解。目前,该方法仅用于求解局部材料非线性问题。文章基于隔离非线性有限元法,推导同时考虑材料和几何非线性（简称混合非线性）的纤维梁单元控制方程;依据Woodbury公式和组合近似法的基本理论,提出混合近似法的高效非线性求解方法,并利用时间复杂度理论,对该方法与传统有限元法进行计算效率对比分析;将提出的方法应用于某钢框架结构的地震非线性反应分析,计算结果表明：文中方法可以在求解材料非线性时考虑几何大变形问题,在保证计算精度的同时使计算效率得到明显提升。     

充液锚固罐振动特性分析

储液容器自身振动特性的研究,一直是研究的热点。从储液深度,罐壁变厚度因素出发,考虑储液高度的不同,罐壁厚度的改变对系统频率的影响。结果表明:充液高度的提升,系统自振频率呈现下降趋势,储液罐含不同高度液体,其结构的振动形式和含液量无必然关系。罐壁变厚度对系统的频率值影响很小,采用等厚度罐壁代替变厚度罐壁理论上是可行的。     

考虑分界面的黏性泥石流下游演进数学模型研究

基于分界面理论,以泥石流屈服深度对应的面为分界面,将黏性泥石流分为理想流体和Bingham流体,建立了模拟黏性泥石流演进过程的数学模型和相应计算方法。该模型基于泥石流的运动特征,注重不同层间泥石流流速的差异,并可合理反映泥石流运动速度对其演进形态的影响机制;同时,全面考虑了黏性泥石流在演进过程中所呈现的"舌状体"和"龙头"由上向下翻落现象,因此可更准确描述黏性泥石流在演进过程中的运动状态。采用3组模型试验结果对建立的数学模型与计算方法进行了验证,结果表明:模型计算得出的泥石流泛滥范围和最大堆积厚度与模型试验结果误差在±5%以内,验证了模型的合理性。     

充气式张弦穹顶结构静力性能与稳定性研究

基于Tensairity结构概念设计了跨度80m的充气式张弦穹顶结构,建立了精细化的有限元模型,实现了零状态、初始态和荷载态的全过程数值模拟,分析了结构在不同工况下的静力性能和稳定性。研究表明：该结构体系具有良好的静力性能和稳定性,内压在1~4kPa范围内即可保证充气气囊对刚性构件的支撑作用;整体结构没有出现明显的弹性失稳问题,导致结构失效的主要原因是构件的材料破坏和膜材的应力松弛;当内压较低时,结构因上层膜面松弛而失效;当内压较高时,结构因刚性上弦大范围进入塑性状态而破坏。自振特性分析表明,该结构的整体刚性较大,但绕中心轴的抗扭刚度较为薄弱。