聚能锥角对线性聚能爆破致裂岩体效果的影响

为研究不同聚能锥角下线性聚能爆破致裂岩体效果,在巷道岩壁开展了5种聚能锥角(40°、50°、60°、70°、80°)下的聚能爆破和岩体损伤测试试验,数值模拟了不同聚能锥角形成的聚能射流。结果表明:线性聚能爆破定向致裂岩体效果显著,聚能方向损伤增量显著大于非聚能方向;聚能锥角为40°时致裂岩体效果最好,最大损伤增量达0.93,裂纹扩展深度和长度较大,50°、60°、70°和80°聚能锥角时,最大损伤增量、射流压力、射流长度、射流头部速度、射流尾部速度等均随聚能锥角的增大而减小,致裂岩体效果逐渐减弱。     

圆角方柱气动特性的风洞试验研究

通过刚性模型测压风洞试验在均匀流场中测试了标准方柱和圆角率分别为0.1,0.2,0.3和0.4的圆角方柱在12万雷诺数及0°～45°风向角内的表面风压,进而分析了风向角以及圆角率对模型气动特性的影响规律。结果表明：随着风向角的增大,圆角方柱的平均阻力系数均先减小后增大,最后趋于平稳,平均升力系数则先增大后减小,最后趋于稳定,圆角方柱平均升/阻力系数取得最大(或最小)值的风向角小于标准方柱,其中：圆角率为0.1的圆角方柱在7.5°附近,圆角率为0.2,0.3,和0.4的圆角方柱则在5°附近;当风向角小于10°时,圆角方柱的脉动升力系数随风向角增大先减小后增大且远小于标准方柱;当风向角大于10°时,圆角方柱的脉动升力系数随风向角增大变化较小且略大于标准方柱;圆角方柱的斯特劳哈尔数随风向角的增大均呈现出先增大后减小的趋势,最大值随圆角率的增大逐渐增大。     

机械密封与磁性液体组合密封流体动压效应的研究

为提升机械密封与磁性液体组合密封的密封性能、减少泄漏量,建立了密封环与密封间隙内液膜的流固耦合模型。采用数值迭代方法进行了流固耦合场的数值分析计算,研究求解组合密封中密封环端面机械变形的解析方法,并通过ANSYS有限元法验证该解析法的适用范围。进一步研究了流固耦合模型对组合密封性能的影响。由于在密封环端面开设直线型槽的作用,密封环端面形成了一定的周向波度和径向锥度。而密封泄漏率随锥角的增大近似呈线性比例增大,泄漏率受锥角的影响较大。密封介质压力升高时,密封环端面周向波度随之增大而径向锥度没有明显变化,这是由于在密封环端面沿周向设有直线型槽作用,减少了锥度增加的幅度,从而减少了密封环端面间的泄漏量。     

模具外角对高纯铝60°内角等通道转角挤压变形影响的有限元模拟

用有限元模拟方法研究无摩擦条件下不同外角Ψ(0,30,60,120°)对高纯铝60°内角等通道转角挤压变形的影响.结果表明:随着Ψ角增加,拐角缝隙减小而出口通道上部缝隙增大,与此同时.更大的Ψ角增加了试样前端向上弯曲的程度,导致出口通道底部缝隙增大;Ψ角变化对挤压稳态区上部的等效塑性应变影响较小,但对下部应变影响很大.挤压载荷随Ψ角增大而显著降低.     

带偏角环形聚能装药射流汇聚性能研究

利用LS-DYNA软件对带偏角环形聚能装药射流的二次汇聚进行了数值模拟,研究了汇聚射流的质量和环形药型罩的锥角对射流汇聚性能的影响,并进行了试验验证。结果表明:带偏角环形聚能装药可提高药型罩材料转化为射流的转化率,增大射流的连续拉伸长度和头部速度,增强射流的稳定性;二次汇聚射流头部速度随着药型罩锥角的增大而减小,头部直径随着锥角的增大而增大;对于偏角为15°的药型罩,当锥角为40°时产生的汇聚射流头部空腔较小,破甲能力较好。研究结果可为环形聚能装药的工程设计提供参考。     

锥形模机械扩径中失稳起皱分析与扩径力优化

研究了管材锥形模具机械扩径的特点,分析了扩径过程中失稳起皱的原因,建立了扩径变形区单元体力学模型,考虑材料扩径过程中的加工硬化,采用刚塑性直线硬化规律描述真实的应力-应变关系,通过主应力法推导出了锥形模机械扩径力解析公式,结果表明扩径力与摩擦系数呈近似线性增长关系,而模具半锥角在20°―30°之间存在一个使扩径力最小的最优值,并且最优值随摩擦系数的增大而增大。进一步,通过试验研究和数值模拟证明了结论的正确性。     

基于弹流润滑理论的非对称齿轮胶合强度多目标优化

为提高双压力角非对称齿廓齿轮的设计质量,缩短设计周期,依据弹性流体动力润滑理论,通过范例,以齿间最小油膜厚度最大和齿轮传动总体积最小为目标函数,按照粒子群优化算法,利用MATLAB编制优化程序,进行约束多目标优化设计.在此基础上,根据齿轮啮合原理和现代摩擦学原理从数学逻辑关系和物理机理上分析了目标函数对各个设计变量的灵敏度.研究结果表明:非对称齿轮的体积随模数和齿宽的增加而增加,对模数的敏感程度大于齿宽;齿间最小油膜厚度随模数、齿宽、压力角及变位系数的增加而增加,其敏感程度依次为压力角、模数、齿宽和变位系数;压力角是影响弹流润滑齿间最小油膜厚度最重要的因素,在工作齿侧适度增大压力角可以显著增大最小膜厚;大、小齿轮的变位系数对最小油膜厚度具有同等的影响程度.     

考虑材料参数变化的高强钛管数控弯曲回弹行为研究

目的研究钛管数控弯曲回弹角、回弹半径的变化规律,揭示回弹角和回弹半径变化特征的形成机制。方法基于有限元软件平台,建立考虑收缩应变比-弹性模量变化的Ti-3Al-2.5V钛管数控弯曲成形及回弹全过程的有限元模型。结果回弹角随弯曲角和相对弯曲半径的增加而增加;回弹半径在弯曲角小于30°时,随弯曲角的增加而先变化很小,后显著增加;弯曲角大于30°时,回弹半径随弯曲角的增加而逐渐减小。回弹半径随相对弯曲半径的增加而增加。弯曲角越大,应力分布区域越大,回弹变形越大;相对弯曲半径越大,弯管中处于弹性变形的区域占总变形区域的比例较大,回弹变形越大。结论考虑两参数变化时对回弹角和回弹半径的变化趋势无显著影响,但获得的回弹角和回弹半径均大于忽略两参数变化时的值;考虑收缩应变比-弹性模量变化时,弯曲变形区沿外脊线的拉应力大于忽略两参数变化时的拉应力,卸载回弹时,管材发生大的弹性恢复,表现为回弹角和回弹半径的增加。     

内拱处含壁厚减薄缺陷弯头的爆破压力研究

为研究壁厚减薄缺陷对弯头爆破压力的影响,在试验验证可靠性的基础上,建立了弯头内拱处含局部壁厚减薄缺陷爆破压力预测的显式非线性有限元模型,采用等效塑性应变失效作为弯头的失效准则,研究了缺陷尺寸对弯头爆破压力的影响。研究结果表明：缺陷深度小于壁厚70%时,缺陷宽度对爆破压力的影响较小,但缺陷深度大于70%时,其影响较大不能忽略;缺陷长度的增加会导致爆破压力的减小,但二者不是线性关系;当缺陷长度小于15°时,爆破压力随缺陷长度增加降低较快,而缺陷长度大于15°时,爆破压力随缺陷长度增加降低趋缓;缺陷相对深度是影响爆破压力的主要因素,爆破压力会随着缺陷相对深度的增加而快速降低。     

药型罩锥角对破片飞散的影响

为了研究药型罩锥角对某小长径比多功能战斗部破片飞散的影响，利用ANSYS/LS-DYNA模拟了不同的药型罩锥角条件下破片飞散速度和破片飞散角的变化。仿真结果表明:破片的整体飞散速度随着药型罩锥角的增大而增加，锥角每增大10°，破片整体飞散速度增加2%，因此破片杀伤威力得到提高；破片飞散角度随着药型罩锥角的增加会略微增大，提升破片对目标的杀伤面积，且破片飞散角度会整体向上偏移。后续通过静爆试验验证了数值模拟结果的准确性。可为小长径比多功能战斗部在调整破片杀伤威力方面的研究提供参考。     

CFRP筋粘结型锚固系统数值模拟及失效分析

针对碳纤维增强复合材料(CFRP)筋粘结型锚固系统,采用数值分析研究了不同锚具内壁与锚固胶体间的摩擦系数、不同锥形倾角、锚具前端有无直筒过渡段及有无端堵约束对筋材应力状态的影响,找出了筋材在靠近锚具端部发生破坏的原因,提出了相关强度分析方法及锚固改进方法,并用试验结果验证了方法的有效性。分析结果表明:筋材在摩擦系数为0.7时受到的径向挤压应力峰值只有摩擦系数为0.3时受到的径向挤压应力峰值的45.01%;随着锥形倾角增大,CFRP筋在锚具锥段所受的径向挤压应力峰值逐渐减小,所受剪应力峰值逐渐增大;在锥段末端增设直筒过渡段可以缓解筋材所受到的径向挤压应力与剪应力峰值,缓解系数分别为76.78%与52.90%;端堵约束的存在使锚具端部应力集中现象明显,导致筋材在锚具端部发生破坏。     

平衡式两排轴向柱塞泵斜盘力矩特性建模与分析

为确定平衡式两排轴向柱塞泵斜盘与柱塞组件间的匹配关系,理论分析了其斜盘斜面的受力状况,建立了平衡式两排轴向柱塞泵及其斜盘的仿真模型,得出了柱塞分布圆半径、柱塞直径、斜盘斜面倾角等对斜盘力矩的影响.结果表明:内排柱塞分布圆半径增大,斜盘合力矩减小,外排柱塞分布圆半径增大,斜盘合力矩增大,且外排柱塞分布圆半径对合力矩的影响远大于内排柱塞分布圆半径,减小内、外排柱塞分布圆半径差有利于减小合力矩;内排柱塞直径增大,合力矩减小,外排柱塞直径增大,合力矩增大,应尽量使内、外排柱塞直径尺寸接近.平衡式两排轴向柱塞泵斜盘合力轨迹呈类"三角形",转折点少,方向突变性低,合力变化平缓,使得斜盘受力良好,运行更平稳,振动更小.研究结果可为平衡式双排柱塞泵斜盘的优化设计提供理论指导.     

Stress intensity factors of a central slant crack with frictional surfaces in plates with biaxial loading

The stress intensity factor is a traditional topic in mechanics and there have been many solutions for many different cases. The closed frictional crack problem has been modeled in the rock mechanics field where fractures are mostly under compression. Further, the effect of finite plate dimensions under biaxial loading has not been considered in the literature. The key contribution of the present paper is to evaluate the effect of the crack length to plate width ratio on the mode I and II stress intensity factors (SIF) of a central slant crack with frictional surfaces in plates with biaxial loading of different patterns, i.e. tension-tension, tension-compression, compression-tension or compression-compression. A plane strain elastic two-dimensional finite element analysis was adopted. Crack length to plate width ratios equal to 0.1, 0.3 and 0.5 with biaxial ratios from –1 to 1, crack angles from 0° to 90° and friction coefficients from 0 to 1 were considered. Contact regimes and the effect of the crack length to plate width ratio were found dependent on biaxial ratio and pattern, friction coefficient and crack angle.     

Minimal dissipation theory and shear bands in biaxial tests

True biaxial tests of granular materials are investigated by applying the principle of minimal dissipation and comparing to two dimensional contact dynamics simulations. It is shown that the macroscopic steady state manifested by constant stress ratio and constant volume is the result of the ever changing microscopic structure which minimizes the dissipation rate. The shear band angle in the varying shear band structures is found to be constant. We also show that introducing friction on the walls reduces the degeneracy of the optimal shear band structures to one for a wide range of parameters which gives a non-constant stress ratio curve with varying aspect ratio that can be calculated.     

CO2两相喷嘴延迟膨胀过程机制研究

本文针对CO2引射器主动流喷嘴渐扩段3个角度0. 076°、0. 306°、0. 612°,对比了均相平衡模型、延迟平衡型、延迟平衡耦合摩擦模型的模拟结果,并与文献实验数据作对比,探讨了非平衡相变和壁面摩擦两种流动机制对相应角度下喷嘴延迟膨胀过程的主导作用。结果表明:在本研究范围内,渐扩段角度较大(θ3=0. 612°)时,均相平衡模型预测的压力分布与实验结果吻合较好;渐扩段角度处于中间值(θ2=0. 306°)时,非平衡相变成为主导机制,延迟平衡模型模拟的压力分布平均误差为11. 87%;渐扩段角度较小(θ1=0. 076°)时,壁面摩擦是导致喷嘴延迟膨胀的主要机制,延迟平衡模型耦合摩擦模型预测的压力分布平均误差为15. 10%,延迟平衡耦合摩擦模型后发现喷嘴真实喉部后移至渐扩段,延迟平衡模型预测的质量流量较均相平衡模型仅减小0. 029%~0. 270%;渐扩段角度较小(θ1=0. 076°)时,延迟平衡模型耦合摩擦模型预测的质量流量相比于均相平衡模型明显减小了9. 95%;当喷嘴渐扩角为0. 306°和0. 612°时,相比于均相平衡模型结果,延迟平衡模型耦合摩擦模型预测的质量流量分别减小了0. 31%和0. 088%。     

复杂面内应力状态下平面编织高铝纤维增强氧化铝基复合材料强度及疲劳寿命预测方法

针对平面编织氧化铝基复合材料提出了一种复杂面内应力状态下的强度准则和疲劳寿命预测方法。通过拉伸、压缩及纯剪切试验,分别获得了材料的静强度指标。考虑材料拉、压性能的差异和面内拉-剪联合作用对材料强度的影响机制,提出了修正的Hoffman强度理论。采用该强度理论预测得到的偏轴拉伸强度与试验结果基本一致,偏差不超过10%。开展了偏轴角θ=0°、15°、30°、45°,应力比R=0.1,频率f=10 Hz的拉伸疲劳试验,试验结果表明随着偏轴角的增加,相同轴向拉伸载荷下的疲劳寿命逐渐降低。由于面内剪切应力分量的作用,疲劳失效由纤维主导逐渐过渡到纤维和基体共同主导的模式。基于单轴疲劳寿命曲线,采用Broutman-Sahu剩余强度模型表征剩余强度随疲劳循环次数的变化规律,结合剩余强度演化模型和修正的Hoffman强度理论,提出了一种面内复杂载荷条件下的疲劳寿命预测模型,并引入疲劳剪切损伤影响因子表征拉-剪应力联合作用对材料疲劳行为的影响。采用本文提出的疲劳寿命预测模型,预测不同偏轴角拉伸疲劳寿命,预测结果与试验结果基本一致,偏差在1倍寿命范围内。比较结果表明在给定应力比、温度和疲劳载荷频率条件下,该疲劳寿命预测模型可以用来预测平面编织氧化铝基复合材料拉-剪复杂面内载荷条件下疲劳寿命。      

Observations of barrelling in aluminium solid cylinders during cold upsetting using different lubricants

Abstract

This work deals with experimental derivation of friction factor values m for different lubricants and their combinations using ring compression tests and standard ring geometry 6:3:2. The values thus obtained were used to generate data on cold upsetting of annealed aluminium solid cylinders. Two aspect ratios and three strain levels were considered for the upsetting experiment. Calculations were made with the assumption that the curvature of the bulge followed a circular arc. The measured radius of curvature of the bulge was shown to agree with the value calculated using experimental data. Relationships were established between various bulge parameters such as new hoop strain, hydrostatic stress, geometrical shape factor, and stress ratio factor, and the friction factor m of different lubricants.     

多尺度模拟研究纳米凸体几何形貌对初始塑性的影响

研究金属表面微凸体的力学行为对深入理解摩擦、磨损和设计微纳米机电器件有很大帮助.采用准连续方法探索了纳米压痕作用在薄膜(001)表面的纳米微凸体几何形貌对铝和铜薄膜初始塑性的影响规律.结果显示,相较于平坦表面,微凸体的存在显著地降低了薄膜的屈服应力.矩形微凸体横纵比对屈服应力的影响不大.随着底角α的增大,梯形微凸体的屈服应力呈现降低的趋势,尤其是α＞54.7°.同时,在纳米尺度限制全位错形成的条件下,铝中可能容易形成挛晶结构.