开孔弹性泡沫材料拉伸变形过程的数值模拟

为了研究低密度弹性开孔泡沫材料的拉伸力学性能,文中建立具有不同胞体几何特性的泡沫材料随机模型,并用有限元方法模拟该材料的拉伸变形过程.同时,从材料的微结构层次上分析弹性开孔泡沫材料拉伸变形的机制,以及相对密度和胞体几何性质对拉伸非线性力学行为的影响.并且,将拉伸应力-应变曲线与Warren和Kraynik的四面体微结构模型的预测结果进行对比,说明数值模拟较好地反映开孔泡沫材料的拉伸变形特征.     

硅橡胶泡沫材料与刚性面准静态摩擦接触数值分析研究

基于有限元方法模拟研究硅橡胶泡沫材料与刚性接触面在准静态摩擦接触过程中的力学性能。基于多尺度方法建立与实际泡孔结构相符的细观模型-单胞泡孔模型。考虑泡孔壁之间摩擦因素,计算获得细观模型的力学性能。将细观模型性能通过数据传递机制植入宏观模型,据此模拟研究硅橡胶泡沫材料与刚性加载面相互作用时的压缩载荷和结构变形情况,并讨论界面摩擦因数对该材料力学性能的影响。模拟结果表明,摩擦因数对硅橡胶泡沫材料的准静态单轴压缩力学性能影响较小,且所得模拟结果与实验结果吻合良好。     

低密度开孔弹性泡沫材料的非线性拉伸本构关系

文中基于Kelvin十四面体模型,对低密度开孔弹性泡沫材料的拉伸大变形行为进行理论分析。首先,利用对称性条件对模型进行简化,得到易于分析的半支柱模型。然后,利用Elastica弹性挠曲理论,分析单轴拉伸下胞体的力学行为和支柱的变形情况,得到弹性模量、泊松比及非线性拉伸应力—应变曲线。同时,分析截面形状和泡沫材料相对密度的影响。文中所得拉伸弹性性能与Zhu等人在压缩情况下的结果相一致,但拉伸变形曲线特征与压缩时明显不同,却与实验曲线一致。     

四针状氧化锌晶须对硅橡胶泡沫材料性能的影响

研究了四针状氧化锌晶须对硅橡胶泡沫材料的组织结构、力学和压缩应力松弛性能等的影响。结果表明:四针状氧化锌晶须的加入可以明显提高硅橡胶泡沫材料的密度、硬度和拉伸强度,降低其泡孔的尺寸,优化泡孔的分布;且随加入量的增多,其效果越明显;该材料的压缩应力松弛性能随四针状氧化锌晶须的加入有明显的降低,且加入量越多,降低也越明显。     

颗粒增强复合材料弹性结构的双尺度有限元分析

颗粒增强方法是实现材料高性能化的重要手段。预测颗粒增强复合材料的细观结构与力学性能的关系是实现材料增强增韧的基础。为更好地分析、设计和优化复合材料,需要引入多尺度计算模型来考察细观结构对宏观力学性能的影响。基于均匀化理论,采用Voronoi有限元法对颗粒增强复合材料进行细观数值模拟,从而预测材料的宏观等效弹性常数,并直接得到材料的细观应力场。在细观尺度,首先假设满足平衡条件的应力场,采用Voronoi应力单元建立余能泛函并得到细观控制方程,最终形成可直接求解的线性代数方程组,从而求得应力系数并得到细观应力场。在宏观尺度,利用商业有限元软件ANSYS来进行宏观结构分析。通过均匀化方法求得弹性模量的宏观平均值,将其输入ANSYS系统即可进行计算,由此把宏细观两个尺度耦合起来,可以对颗粒增强复合材料构成的结构体进行有效的力学分析。     

泡沫铝结构对其拉伸力学性能的影响

研究了开孔与闭孔两种胞孔结构的泡沫铝在不同相对密度下的准静态拉伸力学性能,并与单向压缩性能进行了对比.结果表明：开孔和闭孔泡沫铝的拉伸曲线由线弹性变形段和塑性变形段组成,线弹性变形段很短,塑性屈服中没有出现明显的屈服点;高密度的开孔泡沫铝的杨氏模量、抗拉强度较低密度的闭孔泡沫铝要大;随着相对密度的增大,两种结构泡沫铝的力学性能均明显增强,符合Gibson和Ashby关系式,泡沫铝在准静态下的抗拉强度比抗压强度略低,而拉伸杨氏模量比压缩杨氏模量大得多.     

Bezier曲线优化Voronoi泡沫铝几何模型研究

闭孔泡沫铝材料因其轻质、比强度和比刚度高、抗冲击和吸能特性好等优点在汽车制造等领域应用广泛。然而,目前用于仿真计算的泡沫铝材料几何建模研究仍有不足,广泛使用的Voronoi模型无法模拟真实泡沫铝材料内部圆弧状的胞孔结构。在传统Voronoi模型基础上,建立具有周期性边界的二维Bezier曲线优化模型。通过引入填充度概念,并建立孔隙率关于填充度的一元幂函数方程,可以生成71%～93%指定孔隙率二维泡沫铝几何优化模型,能够还原真实泡沫铝内部结构。利用优化模型进行泡沫铝材料单轴压缩仿真计算,结果相较于传统Voronoi模型更接近试验值。分析优化模型仿真计算过程中随机剪切带的演化,从细观变形角度验证了优化模型的准确性。Bezier曲线优化模型的开发为泡沫铝材料高仿真几何建模研究提供了理论基础。     

金属O形环力学性能仿真分析与试验验证

金属O形环的力学性能对于密封系统的强度设计、密封性、可靠性等有着直接影响。为研究金属O形环的力学性能,以核反应堆压力容器用金属O形环为研究对象,考虑密封环的复合结构、材料弹塑性特征和工况条件,采用有限元方法建立O形环力学性能仿真模型,分析密封环的压缩回弹特性、应力应变特征、接触特性以及银层的作用,并进行相关试验验证。结果表明:该有限元模型计算结果与试验结果具有良好的一致性;压缩率过大或过小都将导致其密封性能下降;整个压缩回弹过程可分为弹性变形、塑性变形、法兰接触及回弹4个阶段,O形环的回弹补偿性能由其压缩率决定;镀银层对于O形环接触压力分布起到了均化作用,而对总体的压缩回弹特性影响不大。     

金属橡胶非成形方向迟滞特性力学模型研究

金属橡胶是一种各向异性材料,其非成形方向与成形方向的力学特性存在显著不同。依据金属橡胶非成形方向变形的主要特征,对金属丝螺旋卷的空间位形、接触模式进行分析,揭示金属橡胶非成形方向变形的细观物理机制。结合螺旋卷的弹性变形特征和金属橡胶内部摩擦力接触点分布规律,建立金属橡胶非成形方向的力学模型,实现不同预变形下金属橡胶加载和卸载过程迟滞力学特性的预测。该模型包含金属丝直径和弹性模量、螺旋卷直径、材料相对密度等基本的材料结构参数,从理论上解释金属橡胶非成形方向的弹性特性和多点接触的干摩擦特性产生的机理。通过不同相对密度的金属橡胶试件对所建模型进行试验验证,发现理论计算和试验结果有较好的一致性,为分析和预测金属橡胶非成形方向的刚度和阻尼提供理论依据。     

碳纤维平纹机织复合材料低速冲击及冲击后压缩性能多尺度分析

构建了多尺度模型对碳纤维平纹机织复合材料低速冲击及冲击后压缩性能进行预测分析,该多尺度模型包括微观、细观和宏观模型三部分。构建“碳纤维基体”的微观代表性体积单元模型,用于预测纤维束等效力学参数。根据平纹机织复合材料内部几何构型及求得的纤维束等效力学参数,构建“纤维束基体”的细观单胞模型,并通过周期性边界条件对其施加不同的位移载荷,预测细观单胞模型的等效力学性能。基于局部均匀化方法将细观单胞模型简化为含有0°和90°单层的等效交叉层合板模型,并将其阵列扩展为宏观模型,以分析低速冲击及冲击后压缩性能。通过对比不同冲击能量下的低速冲击及冲击后压缩的试验与仿真结果,验证了模型的有效性。      

关于自由度的计算

关于自由度的计算,已经引起了世界上许多学者的注意。本文提出了“根据机械系统的闭合特点,割断机架分析末杆运动,在同一瞬间把末杆与机架焊接,重新形成原机械系统”的理论,来计算机械系统（包括机构、结构）的自由度。本文阐明了机械系统中的静不定次数和自由度数的内在联系;为判断机械系统能否实现有限位移提供了必要性判据,同时为判定机械系统是否能作为结构提供了充分性判据;揭示了静不定和自由度的物理意义;严格地说明了把机构分成六个族是错误的,机构分族的观点是毫无意义的。根据上述理论,我们导出了闭合数计算公式、自由度数计算公司以及静不定次数计算公式。用这些公式可以毫无例外地按机械系统（包括机构、结构）的构造,正确地计算出它的自由度数和静不定次数。     

RV减速器针摆传动啮合特性分析

在分析RV减速器的传动原理和结构特点的基础上,从系统角度出发,考虑RV减速器两级传动系统耦合变形、摆线轮轮辐结构以及轴承刚度,建立了RV减速器啮合特性分析模型。对RV减速器针摆传动啮合特性进行了仿真分析,具体讨论了摆线轮轮缘厚度、修形量以及载荷大小对啮合特性的影响规律。同时根据所建立的分析模型对RV减速器的扭转刚度进行了分析。最后通过对RV减速器进行了针齿壳齿根压应力实验测试以及扭转刚度实验测试,验证了仿真分析的正确性。     

球开蜗杆砂轮的磨齿原理及其球基螺旋面参数

提出用球开蜗杆砂轮连续分度展成磨削内齿轮的概念,阐述了其磨齿原理.建立了砂轮的球基渐开螺旋面议程和分度球面螺旋线方程,给出螺旋运动参数,螺旋线导程,螺旋升角的定义及计算式.     

CONSIDERATION OF THE FORM OF THE UNDEFORMED SECTION OF CUT IN THE CALCULATION OF MACHINING FORCES

For the calculation of machining forces in turning processes, the empirical equation of Victor and Kienzle has been established as a common model. However, the model has some constraints. The undeformed chip thickness has to be higher than 0.1 mm and the ratio of undeformed chip width and undeformed chip thickness has to be higher than four. This means that the equation cannot be used for several combinations of process parameters. This paper shows an approach to calculate the machining forces for any form of undeformed sections of cut based on the approach of Victor and Kienzle. In order to achieve this, the undeformed chip thickness and the undeformed chip width are defined in a new way. Furthermore, the direction of chip flow is considered to determine the feed and passive force components.     

球形滚刀的理论研究

对球面螺旋面进行深入的理论研究。给出了球面螺旋线导程、螺旋运动参数、球面螺旋升角的定义及新公式。建立了球形滚刀各螺旋面方程、刃口方程及侧后角计算等一整套新公式,可作为设计制造滚刀时的参考,总结出球形滚刀存在的有理论误差及减少误差的方法。最后给出了设计实例。     

圆管凸缘整体成形技术的研究

对圆管凸缘一步及多步整体成形工艺进行了研究,采用有限元数值模拟方法分析了圆管坯料尺寸、摩擦等因素对成形过程中金属流动的影响及缺陷产生的原因。给出了2种内径、3种壁厚情况下,成形凸缘宽度－极限摩擦因数关系曲线,提出了圆管镦锻凸缘成形极限图的概念。并依据数值模拟结果进行了圆管镦锻凸缘一步整体成形试验,试验结果显示所成形的圆管凸缘符合数值模拟预测的结果,说明所提出的成形极限概念对圆管凸缘整体成形技术有指导意义。     

车辆主要噪声源识别方法的研究

描述了车辆车外主要噪声源的两种常用识别方法即声强法和声压法,给出了小客车车外噪声源的声强法和声压法的对比识别结果。这两种方法对比识别结果表明：在声源愈单一的情况下,声强法与声压法识别结果的相差愈小;在声源愈复杂的情况下,声强法与声压法识别结果相差愈大。     

轮轨滚动接触疲劳现象分析

论述轮轨滚动接触疲劳破坏的几种典型现象，定性地分析它们的起因和发展过程。介绍我国部分铁路现场轮轨接触表面的疲劳破坏调查情况，给出由非赫兹滚动接触理论分析计算的我国铁路轮轨接触表面作用力分布情况。计算结果表明我国铁路轮轨接触表面疲劳现象如此严重的主要原因之一是轮轨型面不配匹和轨底坡设置不合理。并论述该领域今后的进一步研究方向。     

五足步行机器人步态研究

将五足步行机规则步态分为奇异和非奇异两大类型,对步态各类数、负荷因子取值范围、稳定行走条件以及稳定裕度求算进行了分析,所得结论对于指导五足机的机构和实用步态设计有重要理论意义。     

技术创新的源泉--知识的条件性

人类文明和科技进步源于创新。创新的内涵源于知识的拓新,而知识拓新又源于知识本身的特征──条件性。自觉地还是自发地运用知识的条件性,具有很大的效果差异。自觉地认识知识的条件性并转化为方法,可加快和顺利地开拓创造性思维,把难题化解,并进行物化,以获得新成果。