裂纹梁的弹塑性动态断裂

本文利用弹塑性线弹簧模型建立了一种裂纹梁的弹塑性动态断裂分析的新方法 ,它可以对线弹性变形阶段、弹塑性变形阶段、裂纹稳定扩展阶段和裂纹不稳定扩展阶段的裂纹梁动态断裂问题建立易于求解的常微分方程组 ,并对受均布动载作用的裂纹简支梁给出了数值结果     

战术导弹结构动力学建模研究

研究了不同梁模型对战术导弹结构动力学特性的影响。首先,给出了三种梁模型,其中包括一种欧拉梁模型和两种铁木辛克梁模型。其次,基于模型战术导弹的初始数据,建立其有限元模型。最后,基于给出的三种梁模型计算了导弹的模态,并与试验数据对比。研究发现,欧拉梁模型在预示导弹低阶模态时,精度较好,但在高阶时不如铁木辛克梁模型,且使用变剪切系数的铁木辛克梁的模型模态预示结果更加接近试验结果。     

V型大功率发动机机体有限元分析

本文建立了一种V型发动机机体板梁组合的有限元模型和应力分析模型，确定了动态分析、静态分析和局部应力分析的边界条件，并用动态分析的结果和动态分析试验结果的比较来修改有限元模型.计算了机体的固有频率、振型应力及应变；通过对计算机结果的分析表明，机体内部的应力及应变正常、均匀平顺，机体裂纹的原因并非机体的结构不合理造成的．     

HTPB推进剂三点弯曲过程试验与数值模拟

为了研究端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂三点弯曲过程裂纹尖端细观损伤特点,采用扫描电镜对裂纹尖端动态损伤过程进行了观察。建立了基于子模型的推进剂三点弯曲多尺度模型,实现了三点弯曲试件宏观变形和裂纹尖端细观损伤的有效计算,并从试验和数值模拟两个角度分析了裂纹尖端损伤过程。结果表明:推进剂三点弯曲裂纹尖端损伤过程先是裂尖颗粒与基体脱湿,在裂纹尖端附近形成损伤区,随压缩位移的增加,不同颗粒脱湿引起的微裂纹与裂尖汇聚,使裂纹向前扩展;压缩过程中,由于裂纹尖端两端的拉伸作用使裂尖发生钝化。压缩位移从0增加至1.2 mm,裂纹张开位移从0增加至84.1μm,并且随压缩位移的增加,其增加的速率也增大;数值模拟结果与试验结果吻合良好。建立的基于子模型的多尺度数值模型可以有效模拟推进剂三点弯曲试验宏观变形以及裂纹尖端细观损伤过程,为开展推进剂宏细观损伤过程分析提供了一种新方法。     

电磁热效应理论在薄板止裂技术上的应用

给出了电磁热效应止裂技术耦合场理论的基本控制方程。探讨了稳恒电流作用下无限大薄板裂纹尖端电流密度及焦耳热源功率的计算表达式,并迸一步推导了裂纹尖端区域温度场及热应力场的分布形式。本文提出了电流密度因子的概念,给出了平面条件下计算电流密度因子的复变函数方法及其表达形式。通过实例分析了使裂纹尖端熔化焊接所必须的电流密度的数量级,该计算结果与已有研究成果十分吻合。     

考虑T应力的PBX裂纹尖端失效区和起裂行为

为了研究高聚物粘结炸药(PBX)结构在复杂应力状态下裂纹的起裂特征,针对中心贯穿斜裂纹的无限大平板模型,基于考虑T应力的裂纹尖端应力场和Drucker-Prager强度准则,理论上给出了考虑材料拉压比、泊松比、静水压力、应力状态、裂纹面闭合摩擦以及T应力的PBXⅠ-Ⅱ复合型裂纹尖端失效区隐式控制方程。利用裂纹尖端失效区最小半径起裂准则,研究了T应力对PBX裂纹尖端失效区和起裂行为的影响。理论研究表明,远场拉伸下,T应力导致裂尖失效区增大(0°β45°)或减小(45°β90°),T应力使裂纹起裂角减小;远场压缩下,裂纹处于纯Ⅱ型状态,裂纹面闭合摩擦效应减小了裂尖失效区,但不影响起裂角。T应力使压剪裂纹起裂角增大并减小了失效区。同时,T应力使最危险裂纹倾角β0明显增大。因此,研究PBX裂纹起裂行为,需要充分考虑裂纹尖端T应力的影响。     

弯曲疲劳载荷下曲轴剩余强度的简化试验模型

剩余强度模型在描述试件的动态疲劳行为方面是一种比较切合实际的方法。但对于曲轴这一类结构较复杂的构件,进行常规的剩余强度试验往往比较困难,为此提出了一种基于简化模型的动态信息跟踪方法的剩余强度试验研究方法。该模型建立在对谐振式弯曲疲劳试验台的振动分析和试件疲劳裂纹扩展的断裂力学分析之上。为探讨这种模型的可行性,根据韧性材料曲轴疲劳裂纹发展的特点,建立了简化量化关系并给出了量化分析的实例。     

剪切系数对Timoshenko梁模型影响研究

Timoshenko首次在梁理论中引入剪切系数用于表征梁的剪应力沿截面的变化,剪切系数对于Timoshenko梁建模至关重要,研究剪切系数对Timoshenko梁模型固有特性的影响。首先采用有限元法建立了动力学模型,给出等截面梁和变截面梁刚度矩阵计算方法,然后研究不同剪切系数对梁频率和振型的影响。结果表明,剪切系数会对模型的频率计算结果带来一定影响,但对振型影响很小,采用第二种剪切系数的模型计算精度更高。     

梁弯曲振动的键合空间表示及其在炮口扰动分析中的应用

为模拟梁类复杂系统的动力学行为，基于键合空间理论建立Timoshenko梁弯曲振动的动力学模型和固有频率特性分析方法。定义梁单元势、流、动量和位变空间向量，推导以动量空间向量和位变空间向量及其1阶导数表示的梁单元状态方程；通过直接求解特征值问题获得梁弯曲振动的固有频率和相应振型，所提方法与解析法计算的前6阶固有频率最大相对误差为0.796 0%,MAC不小于0.997 2,说明梁弯曲振动键合空间模型是正确的。在此基础上，将所建梁弯曲振动键合空间模型嵌入某火炮自动机系统发射动力学模型中，开展了炮口扰动分析，仿真与连发射击试验测试结果相符，说明所建炮口扰动分析模型是正确的，为弹炮耦合发射系统动力学分析提供了新方法。     

用有限单元法计算厚壁圆管疲劳寿命

用二维有限元计算应力强度因子的近似值,通过修正系数F的修正得到较精确的应力强度因子KI。利用Paris方程作为厚壁园管内表面裂纹扩展速率模型并给出方程系数,从而计算了厚壁圆管内表面裂纹扩展深度与压力循环次数的关系,计算结果与实验结果相吻合。在此基础上,计算实验模拟管的疲劳寿命,给出了压力-疲劳寿命关系曲线;最后,给出了具有内表面裂纹的高压厚壁圆管的疲劳寿命的保守计算。     

高聚物粘结炸药铣削时的边缘崩块形成机理分析

针对高聚物粘结炸药边缘质量的控制与优化问题,采用显微摄像和扫描电子显微镜,研究奥克托今基某高聚物粘结炸药件铣削时边缘崩块的宏观与细观特征及其形成机理。研究结果表明：大切深下铣削边缘产生向工件内部扩展的断裂裂纹而出现边缘崩块,控制切深不大于0.1 mm时可以获得较好的边缘完整性;崩块区域的损伤炸药颗粒以穿晶断裂和孪晶分裂方式破坏,因而完整的炸药颗粒较少;裂纹扩展至自由表面时拉应力与剪应力起主导作用,产生沿晶裂纹、粘接剂开裂以及坑窝等损伤。     

单晶铝裂纹扩展机制的分子动力学研究

运用分子动力学方法,模拟原子尺寸下中心和边缘裂纹模型的裂纹扩展的微观机理以及温度对裂纹扩展的影响,以单晶铝作为研究对象,采用EMA势计算原子之间的相互作用。模拟结果表明,低温时边缘裂纹模型的屈服应力大于中心裂纹的屈服应力,随着温度的升高,中心裂纹的屈服应力大于边缘裂纹的屈服应力。     

端羟基聚丁二烯推进剂/衬层脱粘的断裂机理与断裂能获取研究

推进剂/衬层界面脱粘是破坏固体火箭发动机装药结构完整性的主要形式之一。采用双悬臂夹层梁实验对端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂/衬层粘接界面的I型断裂进行研究,实验观察到裂纹尖端存在包含孔洞和纤维的银纹损伤区,裂纹萌发和扩展本质上是局部银纹萌生、面增厚和微纤断裂。界面脱粘的失效机理则是尖端近处孔洞的形成和合并,典型的界面失效模式包含胶黏剂的内聚破坏、界面破坏和混合破坏。裂纹稳定传播时,裂尖的损伤区形状与外界对其施加的约束有关。采用有效裂纹长度的概念可以修正裂尖塑性变形和钝化的影响,较为准确地获取了I型断裂能。     

HTPB推进剂粘聚区本构模型反演识别研究

端羟基聚丁二烯（HTPB）推进剂在拉伸过程中裂尖存在一个明显的非线性粘聚区,粘聚区本构模型的精度影响着推进剂装药裂纹起裂和扩展过程的数值仿真结果。为了准确地获得HTPB推进剂的粘聚区本构模型,建立了基于实验的反演识别方法,该方法通过实验获取粘聚区断裂能和断裂强度参数,使用有限元模型更新方法得到粘聚区本构曲线形式参数。将获得的本构模型应用于裂纹起裂和扩展过程仿真,研究结果表明所建立的粘聚区本构参数获取方法简单可行;所获得的粘聚区本构参数可以准确地模拟出HTPB推进剂裂纹起裂和扩展过程。     

装甲车体疲劳裂纹扩展寿命预测方法研究

以多体动力学和线弹性断裂力学为理论基础,基于虚拟样机技术,通过建立履带式装甲车辆的刚柔耦合模型并对其进行虚拟试验测试,获得车体薄弱部位的应力谱数据;结合裂纹形状尺寸及材料的断裂特性,预测出了车体裂纹从初始长度扩展至一定长度所经历的寿命里程,从而提出了一种比较实用的预测装甲车体疲劳裂纹扩展寿命的技术方法。     

载荷加载速率对碳纤维镁合金层合板层间断裂韧性的影响

分别采用镁合金和碳纤维代替工程中常用的玻璃纤维增强铝合金层合板中的铝合金和玻璃纤维,通过将单向碳纤维/环氧树脂预浸料交替层压,得到复合材料板,并用环氧树脂将复合材料板与镁合金薄板加压黏结在一起,得到碳纤维增强镁合金层合板。采用单悬臂梁测量载荷速率对碳纤维增强镁合金层合板层间断裂韧性的影响。结果表明:层间裂纹在低载荷速率时以稳定的方式扩展,而在高速率时裂纹的扩展变得不再稳定;在低速率(1~1 000 mm/min)载荷下,载荷速率对层间断裂韧性有轻微的影响;层合板在高速率载荷下的层间断裂韧性大于低速率下的层间断裂韧性。     

导弹贮箱的剩余寿命分析

根据断裂力学进行结构可靠性分析,利用现有的疲劳裂纹扩展数据或疲劳裂纹扩展试验的不完全数据,对疲劳裂纹扩展的可靠性进行研究,从而推算出剩余寿命。文中算例验证表明,该模型可作为工程应用的一些安全性评定的优先选择的方法和手段。     

基于相场法的含孔平板弹塑性断裂模拟

基于金属的弹塑性断裂理论,用相场法分析不同孔间距和孔分布对平板裂纹扩展和断裂行为的影响。建立弹塑性拉伸损伤模型对含孔平板的断裂过程进行数值研究。结果表明:相场法适用于弹塑性材料内部复杂裂纹扩展的描述,孔间距和分布对含孔平板的断裂韧性有重要影响。在同一水平线上的孔洞,孔间距差值越小,产生的支反力越大;交错孔洞比并列孔洞的支反力更大、韧性更好。     

基于边缘检测和数字图像相关法的疲劳裂纹长度测量方法

针对先进高强钢板存在的显著裂纹闭合现象导致裂纹闭合段难以检测问题,提出一种基于边缘检测和数字图像相关(DIC)技术相结合的疲劳裂纹长度高精度动态测量方法.使用两个相机分别拍摄疲劳裂纹扩展试验过程中裂纹试件两面的裂纹和散斑图像,并对图像进行处理来测量裂纹长度,可检测到传统灰度边缘检测无法检测到的裂纹闭合段,从而提高测量精...