钢-铝叠合梁力学性能试验分析与研究

为充分发挥材料的力学性能,最好使产生弯曲变形的梁截面最大拉压应力同时接近或达到材料的许用拉压应力,可以考虑采用由不同材料组合而成的叠合梁.对钢-铝叠合梁力学性能进行试验研究发现,叠合梁的中性轴偏离了几何形心轴,且梁的最大弯矩处应力小于整体钢梁的应力.     

功能梯度形状记忆合金纳米梁力学性能研究

功能梯度形状记忆合金(Functionally Graded Shape Memory Alloys, FG-SMA)兼具功能梯度材料和形状记忆合金的双重特性,故在航空航天、生物医疗、微机电系统(Micro Electro Mechanical System, MEMS)中得到了广泛的应用。当微结构尺度达到纳米尺度,表面效应对微结构力学性能的影响是十分显著的。为了探究表面效应对功能梯度形状记忆合金纳米梁力学性能的影响规律,基于梁弯曲理论及Gurtin-Murdoch表面弹性理论,考虑拉压不对称、温度对FG-SMA纳米梁的影响,建立了考虑表面效应的FG-SMA纳米梁相变力学模型。分析了梯度指数、载荷、温度及拉压不对称系数对FG-SMA纳米梁力学性能的影响规律。研究表明,弯矩、梯度指数对截面响应影响显著,而温度和拉压不对称系数对其影响较小;忽略表面效应的影响会低估FG-SMA纳米梁的抗弯性;在弯矩达到一定程度后,表面效应对FG-SMA纳米梁中性轴偏移趋势影响不大。研究结果对FG-SMA纳米梁在微机电领域的设计及应用提供了一定的基础与依据。     

应变式称重传感器的电路补偿与调整（续）

式中 P—传感器的额定载荷; K—电阻应变计的灵敏系数; μ—弹性元件材料的泊桑比; E—弹性元件材料的弹性模量; D—圆柱式弹性元件的外径; R_0—圆环式弹性元件的平均半径; B、b、H、h—剪切式弹性元件工字形或 矩形截面的尺寸参数。 从上述公式不难看出,传感器的灵敏度S与材料的弹性模量E、应变计的灵敏系数K、弹性元件的截面尺寸有关。当环境温度发生变化时,这些参数都会有不同程度的变化,其中材料的弹性模量E变化最为明显,直接     

对中柔度压杆的双模量理论的修正

从中柔度压杆的双模量理论的推导过程中发现,由于引入切线模量与弹性模量之后,引起压杆截面上拉、压应力的不对称分布,致使中性轴与形心轴分离。两轴分离为双模量临界载荷Pr过大的真正原因。通过引入偏离量e,对双模量临界载荷Pr进行修正,将双模量理论、切线模量理论联系在一起。随着比率v的减小,修正后的双模量临界载荷Prl越来越接近切线模量临界载荷Pl。     

金属板材循环拉压加载中力学行为的演化

在曲梁往复弯曲过程中,曲梁上任意质点均发生循环拉压加载变形,但目前对往复弯曲过程中的力学行为仍不明确。为深入认识往复弯曲变形过程中宏观力学行为的演化规律,采用对称恒应变幅控制方式进行低周次不同应变幅值条件下的小应变循环拉压加载试验,研究了304不锈钢和ST12冷轧板两种材料循环拉压加载条件下的宏观力学表现,探究了弹性模量、屈服应力和塑性模量随循环周次的变化规律和预应变对稳定滞后回线的影响。试验研究表明:304不锈钢和ST12两种材料均具有循环软化特性;经循环拉压加载后,两种材料的弹性模量、屈服应力和塑性模量发生明显改变,而且拉压不具有一致性;循环拉压加载可湮灭预应变造成的材料力学性能初始差异,使材料力学性能变得均匀一致,也间接证明了往复弯曲可将同层纤维力学性能均匀化,为新本构关系的构建奠定了基础。     

不同模量材料结构的有限元应力分析──主应力法

考虑了材料在主应力方向的拉、压弹性模量不同，推导出了应力、应变关系，并给出了材料参数的取值原则和方法。经过实例分析计算，获得了满意的结果。为对这类材料的结构进行有限元应力分析提供了一种新方法。     

矩形截面型材平面拉弯弹复解析和试验验证

在满足工程应用要求的平面拉弯基本假设下,构建矩形截面型材平面拉弯的力学模型。详细描述拉弯变形后型材横截面上应力应变分布的不同状态,基于双线性材料模型假设给出不同状态下应力应变的数学表达式,通过对截面应力的积分推导出应变中性层、截面弯矩与拉力和弯曲半径的关系,并给出不同应力应变分布状态的判定条件。确立矩形截面型材平面拉弯弹复问题的理论解析方法并给出拉弯弹复的规律,表述弹复后的残余半径与拉力和弯曲半径的关系。设计一种新型的拉弯试验模具并开展矩形截面型材拉弯弹复的试验研究,利用有限元分析软件ABAQUS开展基于物理试验的有限元模拟分析,物理试验和有限元分析所获得的拉弯弹复规律与理论解析结果一致,数据吻合。该研究方法为其他截面型材拉弯弹复的研究提供理论参考,研究结果具有一定工程应用价值。     

周向裂纹管道在含扭转各种组合变形时的极限载荷分析

到目前为止，还没有文献给中向裂纹管道在非对称弯曲及扭转组合变形时的塑性极限载荷计算公式。文中根据净截面垮塌准则用沙堆比拟法分别求出埋藏裂纹、外表面裂纹、内表面裂纹、穿透裂纹管道发生扭转变形时的塑性极限扭矩；给出含周向裂纹薄壁管道横截面上的剪应力分布规律，其塑性极限扭矩等于一个闭口薄壁截面与一个开口薄壁截面圆环的塑性极限扭矩之和，闭口薄壁截面的壁厚为管道壁厚减裂纹深度；开口薄壁截面的壁厚为裂纹的深度。推导了各种周向裂纹管在内压、轴力、扭矩及非对称弯矩共同作用时的塑性极限载荷关系式，并由此给出其他一些组合变形时的极限载荷计算公式。本文结果可供管道安全评价时参考。     

组合载荷作用下开孔接管结构强度性能的研究

带接管内压圆柱形容器通常受到内压与接管弯矩的组合作用,接管弯矩会影响内压圆柱壳开孔接管结构的强度性能。在内压与接管弯矩组合作用下,对4台具有不同开孔率的带径向接管圆柱壳容器开孔接管结构强度性能进行试验研究和有限元分析,考察内压与接管纵向弯矩、内压与接管横向弯矩组合作用下容器开孔接管区弹性应力分布、应力集中、开孔接管结构的变形规律及塑性极限载荷等。结果表明,载荷大小相同时,横向弯矩作用产生应力增量较纵向弯矩作用产生应力增量大,横向弯矩对内压容器开孔接管结构强度较危险。内压作用在开孔接管区纵向截面产生应力增量较横向截面应力增量显著。较小值的内压作用可减缓开孔接管结构弯矩作用下的变形,内压能降低开孔接管结构的纵向极限弯矩,较小内压能增加开孔接管结构的横向极限弯矩。     

转轴强度计算的相对当量弯矩法及其应用

对现有转轴强度计算的几种主要方法作了简评,为弥补这些方法的不足,提出了相对当量弯矩法.即转轴大多为阶梯轴,每一轴段的相对当量弯矩Mv定义为该轴段的最大当量弯矩Mcamax与该轴段直径d或平均直径d之比.在阶梯形转轴上,其最大相对当量弯矩Mvmax与最小相对当量弯矩Mvmin之比应不大于2.0.如果不满足,则应修改结构设计,其主要途径是重新设计轴上传动件的受力方向以改善当量弯矩在轴上的分布或适当改变轴径等.按该方法设计的转轴,各部位材料能充分发挥潜力,避免材料浪费.该珐能简捷地判断转轴结构设计的合理性,从而提高转轴的设计质量.转轴的强度计算宜以弯扭合成应力法和疲劳强度计算法为主导方法.但是为防止非危险截面尺寸过大而造成材料浪费,在轴的结构设计之后,按相对当量弯矩法对转轴进行校核计算,以判断结构设计的合理性.     

外弯矩下螺栓法兰连接紧密性研究

为准确分析螺栓法兰连接系统的紧密性,利用当量内压法﹑当量轴向力法和变形协调方程,研究外弯矩作用下螺栓法兰连接中的垫片压紧应力。分析结果表明:若利用当量内压法来计算,外弯矩等同于内压,相当于增大了系统的内压,但并不能体现出外弯矩作用下垫片应力在螺栓法兰连接系统分布的不均匀性;而利用当量轴向力法来计算,可以体现出整个系统在承受外弯矩作用导致的垫片应力沿管道圆周方向按余弦分布的不均匀性,并且垫片受拉侧和受压侧的压紧应力相差增大,其中受拉侧垫片应力减小,受压侧垫片应力增大,因此螺栓法兰连接的紧密性需重点考虑受拉侧的垫片应力。     

Interaction yield hypersurfaces for the plastic behaviour of beams—I. Combining bending, tension and shear

A variational method has been used to construct envelopes of the interaction yield surfaces for elastic, perfectly plastic beams subjected to combined bending moment, axial tension and transverse shear force. A lower bound of the envelope for the interaction yield curves relating bending moment and transverse shear force is obtained using a numerical scheme for beams having rectangular-shaped cross-sections. The result is recast into a simple equation with the aid of the least-squares method. A good upper bound of the envelope for the interaction yield curves which combine transverse shear force and axial tension is also derived. A formula for the interaction yield surfaces for combined bending moment, axial tension and transverse shear force is suggested.     

Autofrettage of thick-walled pipe bends

The bending of a thick-walled cylinder to a given radius involves an elastic–plastic deformation that results in a residual, axial stress distribution. The latter alternates from maximum tension to maximum compression between top and bottom halves of the cross-section. The residual stress levels depend upon the depth of plastic penetration and may be determined as a closed solution when they arise from a bending moment applied to either a non-hardening or linearly-hardening material. When the bent pipe receives an autofrettage treatment without an intermediate heat treatment, this produces a further residual, triaxial stress state. The interaction between the residual states from bending and autofrettage has an important effect upon the net axial stress and the equivalent stress. It is shown that large plastic penetrations arising from bending and autofrettage can residually stress the section beyond its yield point: in tension and in compression across both its halves. With the unloading from each process, a Bauschinger effect reduces the yield point to assist with the onset of reversed plasticity. The latter is far less beneficial than when unloading is elastic. It is shown how a nonlinear kinematic hardening model can be employed to avoid unloading plasticity at the inner and outer diameters. The consequence of interacting residual stresses is that axial stress can play as important a role as hoop stress when designing for safe service loadings. In general, an enhanced residual stress state is beneficial when compressive but detrimental when tensile. Pre-compression is often employed in practice to reduce tensile stress arising from internal pressure, axial force and self-weight. Here, the compressive residuals arising from an autofrettage treatment have long been exploited to enhance the fatigue life of process piping and weaponry.     

超临界二氧化碳干气密封热-流-固耦合建模与变形特性分析

为研究超临界二氧化碳干气密封密封环的变形分布,揭示工况条件对密封环变形的影响规律,在考虑CO₂真实气体效应的同时,建立考虑密封环对流换热的热-流-固耦合计算模型,借助CFD和CSM计算机仿真技术,研究超临界二氧化碳干气密封动、静环在多重载荷共同作用下的变形规律。研究结果表明:密封环轴向最大热-流-固变形出现在耦合面,热变形和力变形方向相反,其中热变形起主导作用;转速增大,密封环最大轴向热变形和力变形增大,动环最大轴向热-流-固耦合变形减小;介质压力增大,动环和静环最大轴向力变形分别增大66.25%和6.18%,最大轴向热变形和热-流-固耦合变形均减小;进口温度上升,动环和静环最大轴向热变形分别增大40.79%和34.90%,最大轴向力变形基本不发生改变。     

高强钢变模量随动强化本构模型匹配与解耦标定策略研究

高强钢通过微观组织调控获得高强度,但不同牌号高强钢微观的不均匀变形和微观诱导塑性机理不同,使得高强钢卸载及反向加载行为更加复杂,并且牌号间差异增大,为此给出模型自适应匹配及参数解耦匹配的系统化策略,实现了高强钢回弹精确预测。首先建立幂函数和指数函数混合硬化模型,基于混合模型给出自由弯曲加载的弯矩平衡方程和曲率约束方程,基于变模量模型构建截面弹性弯矩的积分方程,基于加载和卸载解析模型建立逆向识别卸载参数的子优化模型。确定变模量线性随动强化、变模量非线性随动强化模型和含边界面的变模量随动强化模型的匹配策略。基于自由弯曲、单向拉伸和拉压试验数据,确定相应本构的子优化模型参数的优化次序,最终形成本构匹配及其参数解耦标定的系统化策略,并基于Fortran语言开发标定程序库。建立U形弯曲件和弧形弯曲件预测模型,分别对DP980和DH980两种高强钢不同应变水平下的识别结果及回弹预测结果进行对比分析,验证了解耦标定策略不仅提高了不同牌号数据的相关度,而且大幅度提升了同一牌号下的模型精度和稳定性,为基于数据的材料性能统一自辨识方法研究奠定了基础。     

Bending of axially constrained beams on elastic foundation

Approximate analysis of bending of a pin-pointed beam under distributed load resting on elastic foundation is considered. The supports are assumed to be immovable, thereby giving rise to the axial stretching of the neutral surface under lateral loads. The resulting problem is nonlinear since the axial force of constraint is dependent on the lateral displacements. Quantitative results of axial force, benidng moment and deflections are given in terms of two dimensionless parameters which depend on the load intensity, foundation modulus and properties of the beam.     

线性分布载荷作用下双模量圆板的计算分析

双模量圆板在线性载荷作用下,会形成各向同性的拉伸区和压缩区.可将双模量圆板看成两种各向同性材料组成的层合板,采用弹性理论建立双模量圆板在外载荷作用下的静力平衡方程,利用此静力平衡方程即可确定双模量圆板的中性面位置.建立双模量圆板在外载荷作用下的弯曲微分方程,求得双模量圆板在线性分布载荷作用下的挠度方程.通过算例讨论分析双模量对圆板弯曲变形的影响,得到圆板材料拉压弹性模量相差较大时,其挠度计算不宜采用相同弹性模量经典薄板理论,而应该采用双模量薄板理论的结论.     

双S弯结构应变计算与试验测量

双S弯结构是ITER馈线系统的重要组成部分,主要用来吸收电缆由于降温收缩造成的位移变形,为了确定该结构在一定位移载荷下的变形情况,基于能量原理,采用单位力法计算出该结构轴向各位置的轴力、弯矩和应变分布。通过数值模拟和试验测量,应变的理论计算值与数值模拟所得值和试验测量值的相对差值都很小。可以认为：运用该方法计算类似结构的轴力、弯矩和应变分布是可行的,计算结果具有较高的准确度。     

SiCp/2024Al复合材料高应变率热变形行为的新本构模型#br#

通过分离式霍普金森压杆(SHPB)动态压缩试验研究了体积分数为45%的铝基碳化硅颗粒增强复合材料（SiCp/2024Al）在大应变率和变形温度范围内的热变形行为,分析了热变形参数（变形温度和应变率）对流动应力的影响。研究发现：变形温度和应变率对复合材料的流变应力、抗压强度、弹性模量、应变率敏感性有显著影响;抗压强度、弹性模量随变形温度的增大而减小,而抗压强度、弹性模量、应变率敏感性随应变率的增大出现了拐点。根据试验结果,结合热力学和统计损伤力学理论,建立了描述SiCp/2024Al复合材料动态热变形行为的连续损伤本构模型,预测的流动应力与试验结果吻合较好,表明所建立的模型能够准确地描述SiCp/2024Al复合材料动态热变形行为。     

Hardening-softening behaviour of circular pipes under bending and tension

A theoretical analysis, based on plastic shell theory and utilizing extremum and variational principles combined with numerical approaches, has been conducted to investigate the quasi-static flexural behaviour of mild steel circular pipes. Attention is focused on the hardening-softening relations between the bending moment and the curvature of pipes which, according to observations in pipe-whip experiments, governs the deformation process and can lead to localization. As the study is concerned with free pipe-whip behaviour of the high pressure piping system, in the theoretical analysis the circular pipe is assumed to be subjected to a bending moment as well as a relatively small tension force in the axial direction. In addition to numerical examples for various cases, a quasi-static four-point bending test was carried out to verify the hardening-softening moment vs curvature relation of pipes predicted by the present theory in the case of pure bending. A simpler, approximate procedure which predicts the moment-curvature relationship with reasonable accuracy is also described.