纤维金属层板接缝局部起裂准则研究

从金属层接缝界面端应力场分析出发,确定热-机耦合载荷作用下纤维金属层板接缝局部起裂控制参数,并据此建立界面端起裂准则。基于有限元特征分析法获得界面端奇异性应力场特征解,同时采用界面连续条件和自由边应力条件获得常数应力项,最后采用有限元方法结合最小二乘曲线拟合法获得热-机载荷下的应力强度系数。通过与实验结果对比发现:热-机耦合载荷作用下的应力强度系数可以作为接缝起裂控制参数;通过机械载荷作用下的应力强度系数,可以预测纤维金属层板接缝局部起裂载荷;应力强度系数准则具有很好的通用性,可以预测不同接缝宽度和纤维层厚度情况下的临界起裂载荷。     

航空发动机涡轮盘热-机械载荷耦合响应分析研究

发动机热端部件在工作过程中受热——机械载荷的耦合作用，其结构强度分析具有一定的难度，尤其是其热边界条件较难确定。这里针对发动机涡轮盘的换热边界条件进行了分析和简化，计算了涡轮盘的换热系数，并把获得的换热系数应用于涡轮盘的有限元应力分析。采用瞬态分析方法和热——机械耦合算法，计算了该盘在热——机械载荷耦合作用下的响应。     

考虑界面相的低温复合材料结构多尺度分析

纤维增强复合材料中纤维与树脂基体之间的过渡区域存在与二者性质不同的纤维/基体界面,如何合理地考虑界面相的介入是复合材料结构失效分析中的关键问题.基于纤维-基体-界面三相代表体元,发展了相应的微观失效准则、损伤退化模型和材料强度不确定性模型,建立了一种考虑界面相的多尺度有限元失效分析方法,实现了的热-机械载荷下的低温复合材料结构失效预测.并采用该方法对五种温度下三种典型复合材料层板进行失效分析,数值结果与试验结果相吻合,验证了该方法可以有效地对低温复合材料结构进行失效分析.     

φ2800热精轧机夹送辊轴颈断裂强度应用分析

通过强度应力分析，采用有限元法对φ２８００热精轧机夹送辊颈断裂失效进行研究。建立了不同载荷工况下夹送辊整机和断口处局部应力集中有限元计算模型。计算出夹送辊整体应力场和局部应力集中，断口截面的最高应力值，以及有效应力集中系数，初步判断了夹送辊断裂性质，提出了改进措施。     

φ2800热精轧机夹送辊轴颈断裂强度应力分析

通过强度应力分析，采用有限元法对φ２８００热精轧机夹送辊轴颈断裂失效进行研究。建立了不同载荷工况下夹送辊整体和断口处局部应力集中有限元计算模型。计算出夹送辊整体应力场和局部应力集中、断口截面的最高应力值，以及有效应力集中系数，初步判断了夹送辊断裂性质，提出了改进措施。     

缺口圆棒低温断裂的局部法研究

对A508-Ⅲ钢两种缺口尺寸的缺口圆棒拉伸试样进行有限元数值模拟分析及低温断裂试验研究,研究结果表明,对于低温下脆断的缺口圆棒试样(断口呈解理断裂),起裂并非发生于弹性应力分布最大的缺口根部,而是在离开缺口根部有一定距离处,断裂时构件内部应力已非线弹性分布,而为弹塑性分布,采用基于线弹性有限元分析的应力场很难解释试验现象,而基于弹塑性有限元分析的应力场则能较好解释试验结果。基于解理断裂局部法理论,采用数值模拟方法预测不同缺口半径的缺口圆棒试样的解理断裂概率－载荷曲线,提出44%的解理断裂概率所对应的预测载荷值与实际的平均解理断裂载荷值基本相等,在此基础上预测不同缺口半径的解理断裂载荷随缺口半径变化的趋势,并得到试验验证。     

纤维金属层板铆接剩余强度影响因素研究

为研究单搭铆接接头中纤维金属层板耦合损伤行为,运用金属硬化Johnson-Cook失效准则、纤维增强复合材料三维Hashin损伤准则、脱层B-K失效理论以及刚度退化失效准则建立了纤维金属层板铆接渐进失效模型,并结合实验验证了模型的合理性。考察了单搭铆接二次弯曲效应、层板铝合金体积分数、预紧力、层板孔边距对纤维金属层板铆接强度和失效模式的影响,为提高纤维金属层板铆接剩余强度提供可靠建议。分析结果表明：二次弯曲效应加速损伤发生,从而降低层板铆接强度,其中偏心加载可以削弱二次弯曲效应,更好地提高铆接强度;层板铝合金体积分数的增大能够提高层板铆接强度,但当体积分数大于50%时层板铆接比刚度和比强度反而下降;预紧力的增加能够提高层板铆接强度和增强层板损伤抗力;随着孔边距的递增,铆接剩余强度有所提高,破坏模式由灾难性拉断失效模式逐渐转化为理想的挤压失效模式,但当孔边距达到一定数值时,铆接强度不再明显提高,而失效模式也维持为挤压破坏。     

复合材料层间增韧机理的有限元分析

在复合材料层间植入韧性夹层,可以有效提高层间韧性,其增韧机理在于夹层可以有效降低纤维层对裂纹尖端的约束,并降低裂纹尖端应力.文中建立层间裂纹的有限元模型,采用数值分析方法,分别计算加入夹层前后裂纹尖端的J积分值、应力强度因子以及裂纹尖端的应力场.计算结果表明,加入夹层后Ⅰ型和Ⅱ型层间裂纹尖端的J积分、应力强度因子和裂尖应力场均显著降低,并指出在夹层和相邻纤维层间界面附近出现的高应力区是造成界面失效的一个原因.     

复合型V形切口脆断的能量释放率准则

在实际工程中,脆性材料中的V形切口多处于复合型受力状态,因此,确定脆性材料中的复合型V形切口起裂角和临界载荷有着重要的意义.基于V形切口尖端附近的奇异应力场和位移场,采用支裂纹应力强度因子的起始值,提出了Ⅰ-Ⅱ复合型V形切口脆性断裂的能量释放率准则;并对复合载荷下单边切口试件进行了起裂角和临界载荷预测,将其结果与应变能...     

基于ABAQUS的地铁制动盘制动过程动态仿真模拟

基于ABAQUS软件建立地铁制动盘的有限元模型,确定热-机耦合的载荷与边界条件,建立地铁制动盘制动过程中摩擦生热动态仿真模型,采用完全耦合热-机耦合原理同时考虑温度场与应力场之间的相互影响,准确的揭示地铁制动盘在制动过程中的温度场与应力场,对分析制动盘的热裂纹产生,提高制动盘寿命提供依据。     

基于热-结构耦合的高炉无钟炉顶阀箱结构优化设计

借助大型通用有限元分析软件ANSYS,分析了阀箱在热-结构耦合载荷作用下的温度场和应力场,并利用ANSYS的APDL语言及其优化设计模块对阀箱进行了优化分析,在静强度和刚度满足有关设计标准的情况下确定最优尺寸,不仅可以保证结构的可靠性,也有利于降低自重,提高经济效益.     

循环载荷下热疲劳裂纹的应力强度因子

为揭示循环温度载荷对热疲劳裂纹应力强度因子的影响规律,考虑材料的多线性塑性随动强化性质,用有限元法计算多种循环载荷作用下裂尖点的应力-应变和热疲劳裂纹的应力强度因子。该应力强度因子值由裂尖附近压缩塑性应变的累积量决定。压缩塑性应变对温度载荷的作用次序敏感,因此应力强度因子也受到温度载荷的作用次序的影响。恒温度幅循环条件下,如果不考虑裂纹扩展,热疲劳裂纹的应力强度因子不随循环次数变化。变温度幅循环条件下,低温循环不会影响其后的高温循环应力强度因子;高温循环却影响其后的低温循环应力强度因子,并使得低温循环的应力强度因子与高温循环的应力强度因子相同,因此突发的高温载荷严重威胁高温构件的寿命。热疲劳裂纹扩展试验证明了有限元计算结果的正确性。     

非均匀温度场下涡旋压缩机涡旋盘数值仿真研究

基于热应力场耦合建立了汽车涡旋压缩机涡旋盘有限元模型,涡旋齿载荷边界条件设置为流场离散,在气体压力载荷单独作用、温度场载荷单独作用以及两者耦合作用这三种情况下,对涡旋盘进行受力分析和变形分析, 讨论不同主轴转角的涡旋齿的刚度和强度,最后得到涡旋齿的变形规律和应力分布。分析结果表明:当涡旋盘压缩腔运动到排气孔位置时,涡旋盘处于变形与应力最大的状态,热变形是影响涡旋盘整体变形的主要因素。     

CNG发动机活塞热-机耦合应力分析

随着CNG发动机不断地向着高速化、大功率的方向发展,使得活塞销座由于应力集中而引起疲劳裂纹。为此,设计了一种新型弧面衬套活塞销座,对衬套进行了运动分析和装配条件分析。通过有限元方法分析了活塞在机械载荷、热-机耦合载荷条件下的应力分布状态。研究结果表明:在机械载荷作用下,新型活塞-衬套的Mises应力比原活塞降低了25.3%,新型活塞销座最大Mises应力比原活塞降低了27.9%,新型活塞销座的接触应力比原活塞降低了35.4%。活塞在热-机耦合载荷作用下的应力状态与在机械载荷作用下的结果相似,活塞应力状态都有很大改善。装配有衬套的活塞销座的应力分布更加的均匀,更容易形成润滑油膜。因此,该结构具有降低活塞销座应力、提高润滑能力和提高活塞销座的疲劳寿命的优点。     

大型复杂结构安定性数值分析的新方法及其应用

大型复杂结构承载后普遍存在局部高应力区,特别是某些巨型结构,由于受几何尺寸和制造能力的限制,其局部高应力往往会接近甚至超过材料的屈服极限,因而成为弹性范围内的设计难题。应用安定性分析设计准则,则可通过利用材料的塑性承载能力很好地解决这类问题。为此,在大型复杂结构的强度分析中引入安定性理论,应用Melan安定下限定理,通过将峰值载荷下的弹塑性应力场与弹性参考应力场相减,构造定理要求的自平衡应力场,并推导了相应的安定性判定条件。在此基础上,结合弹塑性增量有限元技术,通过不同载荷水平下的加载-卸载计算,计算相应载荷水平下的残余应力场。根据加载-卸载得到的残余应力场与构造的自平衡场的关系,按照安定性判定条件确定安定极限载荷,从而建立了一种适合于大型复杂结构安定性数值分析的新方法,并应用该方法对某125MN锻造液压机的主液压缸缸体结构进行了安定性分析。     

TRT蜗壳稳态运行特性的数值模拟

通过有限元的方法,对大型TRT蜗壳式焊接机壳在热稳态运行条件下的温度场、应力场以及变形场的分布情况进行了数值模拟。计算结果表明,整个TRT蜗壳在热稳态运行条件下,机壳由于温度载荷的作用产生了热膨胀,机壳上的等效应力值均不大,大部分区域应力在100 MPa以下,在上机壳筋板附近,等效应力值比较集中,筋板上的等效应力值在70 MPa左右,最大值为117 MPa,出现在筋板的局部尖角处。整个机壳最大等效应力为168 MPa,远小于其屈服强度,因此满足强度要求。整体机壳的轴向收缩量较大,机壳在排气室与端板处收缩1.711 mm,变形并不大。因此,在稳态运行过程中,蜗壳的刚度足够。     

拖曳与启停制动模式下盘式制动器热-机耦合特性研究

建立起盘式制动器三维热-机耦合有限元模型,分析在拖曳制动和启停制动两种模式下制动器的热-耦合特性和摩擦振动特性,并探讨了在启停制动模式下,不同的减速行为对热-机耦合和振动特性的影响。结果表明:制动器在热-机耦合作用下,制动盘两侧摩擦片的热变形形式完全不同,导致两侧摩擦片的温度分布差异显著,活塞侧的摩擦片表面温度大于钳指侧摩擦片温度,这种温度差异也表现在制动盘两侧的盘面温度上;随着摩擦界面温度升高,制动系统的振动强度逐渐降低,但由于温度差异导致制动盘两侧的热变形程度不同,因此制动器活塞侧的振动强度大于钳指侧的振动强度;制动盘的减速行为对系统的热-机耦合特性和摩擦振动特性影响显著,在快速制动模式下制动器与外界热交换效应显著,界面温度较低,但是振动强度较大;慢速制动和分步制动模式下,界面温度迅速升高,但是由于摩擦过程较为缓慢,系统振动强度较低;尤其是分步制动的情况下,在某一阶段的振动强度有可能非常微弱。以上研究结果对认识制动系统的温度分布特性和改善制动器振动噪声问题具有一定指导意义。     

纳米尺度孔边裂纹裂尖Ⅲ型应力强度因子研究

研究了纳米尺度圆孔孔边裂纹在远场反平面剪切载荷作用下的断裂性能。基于Gurtin-Murdoch表面弹性理论和保角映射技术,利用复变弹性理论获得了该类非均匀材料应力场的解析解,给出了裂尖Ⅲ型应力强度因子的闭合解。基于所得解答,研究了孔边的应力场分布规律,讨论了裂尖应力强度因子的尺寸依赖效应以及圆孔相对尺寸对应力强度因子的影响。研究结果表明：孔边应力场呈现非单调分布,表面效应对孔边不同位置应力的影响程度不同;当圆孔裂纹的尺寸在纳米量级时,裂尖应力强度因子具有显著的尺寸依赖效应;圆孔相对裂纹尺寸对裂尖应力强度因子的影响规律受表面性能的制约,同时表面性能对应力强度因子的影响也取决于圆孔的相对尺寸。     

压载荷对疲劳裂纹在Paris区内扩展影响的有限元研究

以7049-UA铝合金为研究对象,用弹塑性有限元方法分析拉压循环载荷下,三条不同裂纹长度的裂尖应力场,通过裂尖的应力状态定义一个考虑压载荷影响的有效应力强度因子范围参数ΔKeff′,并利用此参数,定量分析循环拉压载荷对铝合金疲劳裂纹扩展的促进作用,并提出一种简便的利用有限元方法拟合应力比为负值时Paris区的疲劳裂纹扩展速率的方法,与已发表的实验数据相比较,得到较好的验证.     

双螺杆捏合机螺杆转子多场耦合特性数值模拟

以某新型双螺杆捏合机螺杆转子为研究对象,采用间接耦合以及弱耦合方法实现转子温度场和应力场、流场和应力场的耦合特性的数值模拟。将温度场作为体载荷施加在流固耦合结果上,实现螺杆转子温度场-流场-应力场的多物理场耦合特性数值模拟,以研究不同工况下在流场温度、流体压力和不同扭矩对双螺杆转子的综合应力和综合变形的多场耦合作用机理,并对螺杆转子在各物理场单独作用及耦合作用下的应力和变形情况进行对比分析。研究结果表明:与流场对转子产生的变形与应力相比,热变形是导致转子实际变形的主要因素,螺杆转子热变形的变化趋势与其实际综合变形的变化趋势基本一致,而由温度场导致的转子热应力值较小,远小于转子受到流场以及扭矩产生的应力值。根据分析结果可以确定双螺杆捏合机中对转子强度、刚度起主要影响作用的因素,以及确定转子合理工作间隙。研究结果对转子微观形貌的主动反演设计以及工作间隙的合理选择提供理论依据。