充液金属薄壁圆柱壳轴向压缩屈曲性能实验研究

本文报导了充液金属薄壁圆壳轴向压缩屈曲性能的探索性实验研究，实验表明，由于壳内封闭液体存在，相比内空的金属薄壁圆柱壳屈曲性能表现出极大差异，如临界载荷有所提高，特别是“下临界载荷”显著提高，屈曲模态呈对称形式，后屈曲过程一直保持在较高载荷水平等。     

MHSS压缩有效力学性能研究

金属空心球结构(Metallic hollow sphere structure,MHSS)是一种新型的超轻多孔金属材料。利用ANSYS有限元分析软件模拟了薄壁金属空心球的压缩过程,采用非线性和瞬态分析方法得出了其名义应力-应变曲线,与实验曲线进行对比分析发现两条曲线较为吻合。对3种不同堆积模式的金属空心球结构进行了压缩数值模拟分析,得出了其压缩的有效屈服极限和有效弹性模量等力学性能。通过研究材料中单球的受力状态,分析了不同堆积模式材料力学性能出现差异的原因,其理论预测结果与数值模拟结果具有相同的规律。     

核壳网络结构钛氮合金力学性能有限元模拟

利用有限元软件ABAQUS建立不同核壳占比的二维模型,采用von-Mises屈服准则来描述核壳网络结构钛氮合金材料的屈服行为,进而对不同核壳占比的核壳网络结构材料进行拉伸和压缩应力-应变曲线模拟。结果表明拉伸和压缩所得到的应力应变曲线图一样。随着核半径从1 mm增加到3 mm(相当于核的百分比),核壳网络结构材料的屈服强度增大。当应变率为3%时,核壳网络结构材料发生屈服现象,从而进入塑性阶段。     

落锤冲击作用下充液半球壳的实验和数值分析

采用数值仿真方法对单层内空、单层充液和双层充液不锈钢半球形薄壳在冲击荷载下的动力学响应进行了研究并实验结果进行了比较,验证了数值模拟的有效性。利用验证的模型对落锤冲击三种壳结构的变形模态及其变形特点和能量吸收进行的比对研究。分析发现:内空半球壳在冲击作用下产生镜面反射式的下凹变形,冲击结束后没有明显回弹,壳体横截面没有发生扩展;而对于内充液体的壳体,由于内部液体的作用其反射下凹边缘有了较大的过渡区,在"棱区"边缘伴有向外扩展,如果冲击能量足够,冲头会对镜面反射下凹边缘区产生熨平作用,冲击结束后有明显的回弹。单层内空壳体具有较好的吸能能力,但会使壳体产生较大的顶点位移,极大的压缩了壳内的有效防护空间。双层充液半球壳可以在产生不大的变形情况下吸收较大的冲击能量,并在内壳形成一定的防护空间,而单层充液壳体其吸能及变形情况与双层壳的外壳基本一致。     

汽车桥壳管坯推压缩径工艺研究

基于动力显式有限元软件,以汽车桥壳管坯为例,分别开展了1道次和2道次推压缩径成形工艺的数值模拟,并对缩径区典型截面的壁厚分布、端部翘曲、轴向失稳等影响成形质量的因素进行了分析。模拟结果表明:采用2道次的缩径成形工艺明显要优于1道次直接成形。成形件不仅满足使用要求,而且缩径过程中模具最大载荷为360kN,对模具的损耗尽可能地降低到最小程度,有利于降低生产成本,并对随后成形出合格的桥壳胀形件奠定了基础。     

冲击作用下薄壁金属空心球压缩变形研究

金属空心球结构是一种新型的多孔金属材料,对单个金属空心球在冲击作用下的压缩力学性能研究是对整体结构压缩力学性能研究的基础。该文研究了单个球壳冲击压缩特性,得到了单个金属空心球在冲击作用下的名义应力-应变曲线并与实验结果进行了对比验证,同时研究了径厚比和冲击速度对变形过程的影响。结果表明:名义应力-应变曲线和变形模态图显示其变形失效过程可分成六个阶段:局部压平、轴对称凹陷、多边形形成、内表面相互作用、侧壁失效以及密实阶段;径厚比越大,金属空心球越容易形成非对称的多边形形式,且在内表面相互作用阶段,上部壳体发生逆向翻转,侧壁发生了屈曲失效;径厚比较小时,在内表面相互作用阶段,下部壳体发生逆向翻转,侧壁发生了弯曲失效;冲击速度越大,底端壳开始发生凹陷的时间越早,空心球产生的不对称度越大。     

偏心亚半球成型装药结构的数值模拟

为研究起爆方式、药型罩的高度和曲率半径对偏心亚半球装药形成射流的影响,利用LS-DYNA有限元分析软件对偏心亚半球装药结构射流形成过程进行数值模拟,分析了其成型过程.研究表明:对于偏心亚半球装药结构,端面环起爆形成的爆轰波形和药型罩外形匹配较好.药型罩的高度和口径比值H/A <0.2时,形成爆炸成形弹丸;H/A≥0.2时,形成杆式侵彻体.H/A值越大,弹体越细长,头尾速度差越大,有分裂成高速射流和低速杵体的趋势.曲率半径和口径比值R/A≥1.5时,形成的射流具有较好的外形和较高的速度.     

纤维金属层板力学性能的研究现状

纤维金属层板（Fibre metal laminates,FMLs）具有优异的综合力学性能,现已成功应用于航空等领域。高速冲击性能是FMLs重要的力学性能指标之一,然而由于FMLs高速冲击破坏机制的复杂性,目前对其高速冲击性能的研究还处于起步阶段。鉴于此,本文在综述FMLs力学性能的基础上,重点从实验研究和有限元模拟等方面讨论了FMLs高速冲击性能研究现状,最后提出了FMLs力学性能现有研究中存在的一些问题和未来潜在的发展方向。     

无壳风机导流装置的模拟与试验研究

利用Fluent软件对无壳风机的内部流场和压力场进行模拟分析,得出气流在叶轮出口处由于截面突然扩大,压力损失较大,是造成无壳风机效率低下的主要原因。为改善这一缺陷,设计多种导流方案进行数值计算,并在此基础上进行风机性能的对比试验。试验结果表明,安装导流装置(方案2)后风机的性能得到显著提升,全压效率由原先的69.4%提升至80%左右。另外,在进行导流流道设计时,导流板的曲率及流道流通截面的扩张速度不应太快,否则容易发生边界层分离而使得导流板的导流扩压性能下降。导流板的安装间隙也不应过大,随着安装间隙的增大,风机的出口压力降低,风机效率下降。     

深海纤维增强树脂复合材料圆柱耐压壳力学性能的研究进展

纤维增强树脂复合材料因其轻质和优异力学性能,使其成为了关键深海战略材料,已应用在深海潜水器重大装备。其中,耐压壳是保证深海潜水器安全和稳定的重要部件,与潜水器的质量要求和总体性能密切相关。本文重点关注纤维增强树脂深海圆柱耐压壳,综述其结构设计特性、力学性能试验表征及数值模拟研究进展,并指出目前存在的问题,以期为今后深海复合材料圆柱耐压壳的设计及力学分析提供选材依据。      

新型多功能隔震支座力学性能的数值模拟与实验验证

为满足桥梁在正常使用荷载与地震极端荷载等不同工况下的性能需求,该文设计制作了一种新型多功能隔震支座,基于ANSYS有限元平台,建立了该支座的精细有限元模型,对其力学性能进行了数值模拟与试验验证。数值结果表明：在350 kN竖向压力作用下,部分铅芯已进入塑性状态,橡胶则处于三向受力状态,其静水压力远大于Mises应力;在100 mm横向剪切位移作用下,单层橡胶片各处剪切应力仍近似相等,相差不超过5%,铅芯则发生了很大的塑性应变,最大Mises塑性应变值达到0.580。数值计算结果与该支座试验数据对比表明,支座数值计算所得剪切性能滞回曲线与试验结果一致性较好,验证了该文数值模拟的准确性与可靠性。     

管道承插式接口轴向力学性能试验研究与数值模拟

通过球墨铸铁供水管线承插式接口抗拉静载力学性能试验,分析管道接口轴向的拉伸力学性能和破坏模式,并建立相应管道接口受力分析的有限元数值模型。在外部无覆土、加压注水条件下,对球墨铸铁输水管道承插式接口进行拟静力拉拔试验,模拟其在地震作用等往复荷载下的轴向受力与变形特征。试验结果表明,加载方式以及管道内部水压等对接口的轴向抗拉力学性能和破坏方式的影响不大,抗拉极限位移达到60 cm。基于OpenSees计算平台建立管道接口有限元模型,并对试验结果进行了模拟,结果表明建立的管道接口有限元模型能够较好地模拟管道接口在轴向往复荷载作用下的刚度退化和耗能等力学特征,为埋地管道在复杂轴向荷载作用下的受力分析和性能评估提供了必要的试验数据和计算模型。     

平面K型主圆支方钢管节点力学性能数值分析

以平面K型主圆支方钢管节点的试验数据为基础,建立有限元参数分析模型,进行了非线性有限元参数分析。研究揭示了节点受力全过程,破坏模式以及分布规律。重点考察了支管边长与主管直径比值β、主管的径厚比γ和支管与主管的壁厚比τ对节点极限承载力的影响。有限元参数分析结果表明：主管的径厚比γ和支管与主管的壁厚比τ对节点极限承载力影响...     

龟壳的力学性能与显微结构初探

以龟壳为对象,对其力学性能和显微结构进行了研究。不同的取样部位和加载方式,对抗弯强度有很大影响。抗弯强度最大值为165.1MPa,断裂韧性高达36.4MPa√m,龟壳由密质层和松质层组成。密质层的基本结构单元是Havevsian系统,在Havevsian系统的中央为Volkmann管,棒状羟磷灰石晶体沿Volkmann定向分布。而在松质层,长径比较大的棒状晶体聚集成束,呈无规则分布。棒状晶之间均由有机质膜相连。龟壳基板之间的接缝处,则是由大块片状羟磷灰石晶体组成,结构松散。      

EXPERIMENTAL AND NUMERICAL STUDIES ON THE MORPHOLOGICAL SIMILARITY OF DEBRIS-FLOW FANS

ABSTRACT

The morphological similarity of debris-flow fans is found in this study by using a series of laboratory experiments and numerical simulations. The length of the center line(L_c), maximum width(B_m) and thickness of the apex point(Z_o) of debris-flow fans are adopted as the characteristic parameters to analyze the morphological similarity of the debris-flow fans in this study. The experimental and numerical results showed that the non-dimensional longitudinal and cross sectional profiles of debris-flow fans in the “stable stage” can be described by Gaussian functions, while the non-dimensional plan form of the debris-flow fans is well fitted by a circular curve. By combining the three non-dimensional curves mentioned above, the total volume and the 3-D morphological function of debris-flow fans can be easily derived.     

静载和动载下不同龄期混凝土力学特性的试验研究

利用杆径为75mm的SHPB试验装置对5种不同龄期下的混凝土分别进行了冲击压缩试验,系统了解了冲击载荷对不同龄期支护混凝土力学特性的影响。为了进行对比,利用INSTRON系统也进行了相应龄期下的静载压缩试验。试验研究表明：静载下混凝土强度、割线弹性模量随龄期增长而增长,其中强度增长主要集中在龄期7d以前,割线弹性模量增长则集中在龄期14d以后,而峰值应变随龄期增长整体上呈减小的趋势;动载下混凝土强度、峰值应变以及单位体积吸收能随着龄期增长而增长,在各个龄期都表现出对应变率具有一定的敏感性,其中不同龄期混凝土的动态强度随应变率增加呈现指数函数增长趋势。不同龄期的混凝土在动载下以拉伸破坏为主,静载下基本呈现剪切破坏形式。     

三维编织复合材料压缩力学性能的实验研究

通过宏观压缩实验,研究了三维四向编织复合材料的抗压力学性能;同时,为了认识其压缩失效机理,对压缩试件的破坏断口进行了扫描电镜分析。实验结果表明:纵向压缩模量比横向压缩模量大得多;影响纵向压缩力学性能的主要参数是材料的编织角,随编织角的变化,复合材料的纵向压缩破坏机理发生了变化,编织角较小时,材料表现为脆性特征;当编织角大于某个角度,材料的应力-应变曲线趋于非线性,延性增加,更多地表现为塑性破坏特征。此外,横向压缩的破坏机理与纵向压缩明显不同。     

PET／HDPE共混物的形态结构及力学性能的研究

利用ＩＲ、ＳＥＭ、ＤＳＣ和力学测试等分析方法，研究了熔融接枝高密度聚乙烯（ＨＤＰＥ－ｇ－ＭＡ）和界面改性剂（ＩＭ）对ＰＥＴ／ＨＤＰＥ共混物形态结构、界面偶联状况和力学性能的影响。结果在明，ＨＤＰＥ－ｇ－ＭＡ改善了ＰＥＴ与ＨＤＰＥ的相容性，使ＨＤＰＥ较均匀地分散在ＰＥＴ基体中，但并未检测到ＰＥＴ／ＨＤＰＥ－ｇ－ＭＡ界面有化学反应发生。界面改性剂的作用在于，一方面通过提高ＰＥＴ基体的粘度，并接近ＨＤＰＥ相的粘度而使分散相细化；另一方面通过与ＨＤＰＥ－ｇ－ＭＡ和ＰＥＴ的偶联反应而增强了ＰＥＴ／ＨＤＰＥ－ｇ－ＭＡ界面粘结，从而显著地提高了共混物的抗冲击性能。     

泡沫铝硅合金动态压缩力学性能及吸能特性研究

利用分离式霍普金森压杆研究了泡沫铝硅合金的动态压缩力学性能,得到了应变率为1400s-1~2500s-1的动态应力-应变曲线,且与准静态压缩实验结果进行了对比,分析了应变率对泡沫铝硅材料压缩强度和吸能特性的影响。动态压缩实验过程中,针对泡沫铝硅合金的低阻抗特点,采用LC4铝压杆和半导体应变片改进了测试装置和方法,保证了实验结果的可靠性。结果表明：应变率对泡沫铝硅合金的流动应力有着明显的影响,其流动应力随着应变率的增大而增大;由于惯性效应和胞孔的坍塌,在弹性极限处应力出现波动,且波动应力随应变率的增大而增大。该文还讨论了泡沫铝硅合金在不同应变率下的吸能效率。     

葵花型索穹顶结构力学性能及拉索破断试验研究

通过对一直径6m的葵花型索穹顶试验模型,进行竖向对称加载、非对称加载以及拉索瞬间破断试验,研究了该结构的受力特点以及单根拉索瞬间破断时结构的响应特征。应用非线性有限元数值计算方法建立索穹顶计算模型,对葵花型索穹顶结构的力学性能进行了分析,并与试验结果进行比较。结果表明：在各加载阶段,节点竖向位移实测值普遍较计算结果偏大,拉索索力实测值与计算结果总体吻合较好;对称加载过程,结构的荷 载-位移关系具有较好的线性规律;与对称加载比较,非对称加载的荷载-位移关系则表现出非线性,节点位移也较大,非对称荷载对结构竖向刚度的设计起控制作用;单根拉索瞬间破断时,结构会有微幅振动,不同位置拉索的失效对结构的影响程度不尽相同。