基于扩展有限元研究非均质材料的应力强度因子

用含裂纹尖端增强函数的扩展有限元借助相互作用积分,研究静态载荷作用下颗粒增强复合材料的断裂行为。假定基体和颗粒都是弹性材料,研究不同颗粒位置对基体裂纹尖端的应力强度因子的影响。用MATLAB编程,数值模拟了中心裂纹,单边裂纹扩展和孔边裂纹扩展,含刚性颗粒和柔性颗粒时裂纹尖端不同的应力强度因子或能量释放率的变化。     

莫来石短纤维增强铝基复合材料拉伸强度数据韦伯统计分析

用挤压铸造工艺得到了拉伸强度比较高并且强度数据分散度比较小的莫来石纤维／ZL 109复合材料。用Weibull方法分析该复合材料的拉伸强度值的分布状况，得到比较大的Welbull模量。统计分析了复合材料金相面上的纤维体积分数和拉伸断口面上的纤维体积分数，结果表明，纤维的分布在微观上是不一致的；在金相面上，与观察法线呈中角度的纤维体积分数Afs同与观察法法线成大角度的纤维体积分数Afl比较接近；在拉伸断口面上与拉伸方向呈大角度的纤维体积分数同与拉伸方向呈小角度的纤维体积分数相差较大。认为该复合材料破坏的主要原因是在于与拉伸方向呈大角度的纤维与基体的界面脱粘。拉伸强度数据分散的原因在于微观上与拉伸方面呈大角度的纤维分布的不均匀。     

双理想弹塑性材料静止界面裂纹尖端场的构造

对于面两侧为具有不同屈服强度的理想弹塑性材料，本文给出在平面应变条件下静止界面裂纹尖端应力场的构造。讨论了同一介质内部以及界面两侧的连续条件。在一定条件下，给出应力单参数渐近场解。应力的分布依赖于材料常数Ｅ１，Ｅ２以及材料参数ｍ（ｍ＝Ｋ１／Ｋ２，为屈服强度比）①．关键词：     

莫来石短纤维增强铝基复合材料拉伸强度数据韦伯统计分析

用挤压铸造工艺得到了拉伸强度比较高并且强度数据分散度比较小的莫来石纤维/ZL 109复合材料.用Weibull方法分析该复合材料的拉伸强度值的分布状况,得到比较大的Weibull模量.统计分析了复合材料金相面上的纤维体积分数和拉伸断口面上的纤维体积分数,结果表明,纤维的分布在微观上是不一致的;在金相面上,与观察法线呈中角度的纤维体积分数Afs同与观察法法线成大角度的纤维体积分数Af1比较接近;在拉伸断口面上与拉伸方向呈大角度的纤维体积分数同与拉伸方向呈小角度的纤维体积分数相差较大.认为该复合材料破坏的主要原因是在于与拉伸方向呈大角度的纤维与基体的界面脱粘.拉伸强度数据分散的原因在于微观上与拉伸方面呈大角度的纤维分布的不均匀.     

碳化硅颗粒和界面脱粘对SiCP/Al复合材料变形行为的影响

为研究SiC颗粒增强铝基复合材料的强化与断裂模式,采用修正的等效介质模型定量计算加入碳化硅颗粒后基体组织变化、颗粒尺寸分布和界面脱粘对12%的SiC(5 μm)/Al（体积分数）复合材料的弹塑性变形的影响。理论计算与实验获得的应力-应变关系符合得较好,研究表明,碳化硅颗粒加入后,基体载荷转移、基体晶粒细化和因热错配造成的高密度位错提高了复合材料的流动应力,界面脱粘则降低复合材料的流动应力;载荷转移、晶粒细化、位错强化是SiCP(5 μm)/Al复合材料的主要强化机制,而界面脱粘、基体韧性断裂是其主要的断裂模式。     

SiCp/Cu复合材料热膨胀性能研究

以电子封装基片为应用背景,采用挤压铸造方法制备了体积分数为55％,不同颗粒粒径增强的SiCp／Cu复合材料,并分析测试了颗粒粒径和热处理状态对材料热膨胀性能的影响规律．显微组织观察表明,复合材料颗粒分布均匀,材料组织致密;热膨胀性能测试表明,随着温度升高,复合材料的热膨胀系数呈非线性增加;SiC体积分数相同时,减小SiC颗粒尺寸有利于降低复合材料的热膨胀系数;退火处理可以减小基体中的热残余应力,有助于降低复合材料的热膨胀系数．     

冲击荷载下混凝土破坏过程的数值模拟

目的 探究冲击荷载作用下混凝土内部真实的破坏机理以及在不同应变率下混凝土强度随应变率的变化规律.方法 基于离散单元法,采用细观二维梁-颗粒模型BPM(Beam-Particle Mode in Two Dimensions)模拟了三种不同应变率下混凝土材料的动态响应.结果 从混凝土破坏图形可以看出.冲击荷载下混凝土的破坏过程实际上是混凝土内部的原生裂纹的激发、扩展、贯通直至整体结构的破坏.从混凝土应力-应变曲线可以看出.混凝土是率敏感性材料,其峰值应力和应变均随应变率的提高而增大.结论 模拟结果和试验结果在达到峰值应力前的曲线基本吻合,说明梁-颗粒模型可以用来模拟混凝土在冲击荷载下的动态破坏,其结果是可靠和准确的.     

有限平板共线裂纹断裂过程的数值模拟和实验研究

采用有限元数值模拟和光弹实验方法分析了各向同性材料共线多裂纹应力场及其强度参量.建立了有限弹性平板内三条共线裂纹计算模型,应用ABAQUS软件的VCCT方法分析计算各向同性材料共线裂纹的裂纹尖端的应力场、应变场分布规律及应力强度因子.并通过光弹实验实测了6061铝板共线裂纹试件的裂纹尖端的应力强度因子.研究结果表明,实验和数值模拟所得的应力云图相似,应力强度因子值基本一致,验证了提出的应力强度因子计算模型的有效性.     

大型锻件孔隙类缺陷锻后白点萌生特性研究

为探明大型锻件锻后白点萌生机理,在以往试验研究的基础上,基于内聚力模型、氢压理论和应力作用下的氢富集理论,以锻后残留微观孔隙作为研究对象,建立了白点萌生扩展的内聚力模型。综合分析了材料中氢的体积质量分数,氢压应力场中氢的扩散,及氢作用下内聚力强度等多因素耦合对锻后白点萌生扩展的影响。结果表明:高体积质量分数氢是白点萌生的主要因素,高强氢压导致孔隙尖端应力集中,氢富集导致孔隙尖端的断裂强度降低,锻后微裂纹比微孔隙更加容易诱发白点萌生,而锻后微孔隙和原孔隙相比萌生白点的可能性大大降低。     

水轮机混凝土蜗壳内部液固两相流动数值模拟

针对长期运行于含沙水流的水轮机混凝土蜗壳,对蜗壳内部单相及液固两相流动规律进行数值模拟,研究了运行负荷、粒径大小及颗粒浓度对蜗壳内部流动规律的影响.结果表明:不同负荷下蜗壳内部速度场和压力场分布相似,仅在数值上发生变化;在进口颗粒体积分数不变时,随粒径的增加,沉降在蜗壳底部颗粒浓度增加,蜗壳底部颗粒体积分数最高达到16.83%;在相同粒径下随颗粒进口体积分数增加,蜗壳壁面颗粒体积分数增加,对蜗壳造成的磨损较为严重,颗粒与壁面的碰撞程度增加,较易引起水轮机的空蚀.     

铁磁材料应力-磁化性能的相关性

针对受外力作用的铁磁材料,应用微磁学理论,从最小能量原理出发,采用拉格朗日乘子法推导了应力作用下的应力-磁化矢量的描述方程,得出应力-磁化率关系表达式。以条形单晶铁为例,编写三维有限元程序,计算得出应力平行和垂直于外磁场情况下单晶铁磁体内部的磁化矢量分布及应力-磁化率关系曲线,计算结果表明在应力作用下磁化矢量发生偏转,受拉时磁化矢量向外磁场方向偏转,磁化增强,磁化率随应力增加而增大;受压时磁化矢量向背离外磁场方向偏转,磁化减弱,磁化率随应力增大而减小;且各向异性磁化率与应力施加方向相关。     

采用瞬态上流元法的油纸绝缘瞬态电场研究

作为换流变压器的主要绝缘材料,油纸复合材料的绝缘特性受内部空间电荷的影响. 在极性反转电压下,介质内部积聚电荷产生附加场强,可能使局部电场明显增强,从而更易引起绝缘击穿. 基于瞬态上流有限元数值方法,引入界面势垒模型,计算极性反转条件下单层油浸纸、油浸纸-油双层绝缘结构内部空间电荷的运动特性以及瞬态电场随时间的变化规律,并与试验得到的规律进行对比验证. 仿真结果表明：在直流电压下,介质内部积聚的电荷无法快速消散,将对反转瞬间的电场产生叠加作用,引起电极附近场强最大程度畸变. 双层介质的界面阻碍效应产生的界面积聚电荷,导致在极性反转瞬间油中电场瞬时增大. 研究结果可为换流变压器油纸绝缘特性和击穿场强研究提供参考.     

采用钢绞线网加固混凝土梁的试验分析

高强不锈钢绞线网-渗透性聚合砂浆是一种新型的加固材料,对其加固构件后性能的研究非常必要．本此实验做了四个试件粱,采用该方法进行加固处理,以分析梁在加固前后抗弯性能的改变情况．实验结果表明,采用该方法之后,梁的破坏效果有了明显改善,梁的承载能力有所提升,粱内部应力、变形都有不同程度的降低,由此可见,该加固方法是行之有效的．     

激光损伤1064nm增透熔石英的热应力数值模拟研究

研究并建立了激光损伤1064nm增透熔石英的理论模型,采用数值模拟方法计算了1064nm增透熔石英内部的瞬态温度场和应力场分布,分析了激光对1064nm增透熔石英的损伤机理。结果表明：激光对1064nm增透熔石英的损伤存在一定的累积效应,其效果使材料的损伤程度加剧,材料内部沿径向的温度梯度较大,沿轴向产生的温度梯度较小。在应力损伤中,环向应力起主要作用。1064nm增透熔石英发生损伤时,主要从激光作用中心点或光斑半径边缘附近开始。     

钨基复合材料抗热震性能的宏细观力学分析

从材料设计的思想出发,采用宏观与微观、材料科学与力学相结合的方法,对钨基复合材料的热传导行为,材料在热冲击载荷下的内部热应力场及材料细观结构的破坏行为进行了详细的理论研究,根据钨基复合材料的细观组织结构建立了材料细观模型,在宏观分析的基础上,分析了材料微结构内部的破坏行为,分别取试件心部与边缘主应力值最大点的应力状态,施加在所建立的模型上,用有限元方法计算了模型内部的弹性应力场。结果表明：试件主应力最大值首先产生在试件内部,此时,如果材料发生破坏将先从夹杂中开始;加热一段时间后试件中的最大主应力值转移到试件边缘,此时材料发生破坏将先从基体中开始。     

基于CSR法的蠕变内应力测试与应用

采用CSR法对蠕变内应力的测试进行了研究，并在材料试验机上实现了CSR法的蠕变内应力测试。提出了将蠕变内应力应用于工程实际的数学模型，并进行了实际应用。结果表明，用CSR法测定高温构件的蠕变内应力是可行的，将蠕变内应力用于高温构件的剩余寿命预测是有效的，并可克服一般外推方法的不足。     

边坡初始地应力场的应力函数与有限元联合反演法

利用应力函数及有限元方法，建立用待定参数表示的初始应力场，通过和实测应力值比较，用优化方法计算待定参数值，算得初始地应力场．该法能考虑岩体结构、岩性及地形等因素对初始应力场的影响．实际工程算例表明，这种方法具有良好的实用价值．     

钎焊过程数值模拟研究进展

综述了近年来钎焊数值模拟技术的研究进展,并对数值模拟技术向系统化、精细化和精确化发展的趋势进行了预测.得出了以下结论:1)采用有限容积法和分子动力学法对钎料熔滴的润湿铺展行为进行模拟,有助于研究多物理场耦合条件下钎焊工艺参数对钎料熔滴在基体表面的润湿、铺展和填缝的影响;2)有限元法可以较为准确地模拟钎焊接头应力场和残余应力分布、钎焊过程的温度场,以及对接头力学性能进行评估,模拟结果与试验结果基本吻合.简化本构模型、引入材料性能参数、考虑界面传质和反应产物的影响等方面仍然是未来研究的难点和重点.     

差速搅拌捏合机三维流场的数值模拟分析

利用UG软件建立差速搅拌捏合机的流场仿真模型,用Fluent软件对其进行数值模拟分析,得到物料在差速搅拌捏合机流场内压力值、流动速率、最大剪切应力的分布以及物料形态的变化规律。结果表明,在两搅拌轴捏合区域处流体压力值最大,剪切应力值最大,且清洁轴表面的流体速度要高于主搅拌轴上的流体速度,中心距对搅拌机的性能有重要影响。     

考虑偶应力影响的有限大板单边裂纹计算

裂纹尖端存在很大的应变梯度,应变梯度效应对裂纹尖端附近的应力场和微尺度下的断裂行为产生显著影响.本文采用基于偶应力理论的无网格迦辽金法计算有限大板单边裂纹尖端的应力场和应力强度因子,分析了偶应力对裂纹尖端的影响.计算结果表明基于偶应力理论的无网格法的有效性和可行性.