冲击载荷下环氧树脂动态压缩力学响应实验研究

为了从细观角度研究碳/环氧复合材料的动态力学性能,利用分离式霍普金森压杆实验装置对其组分材料TDE86#环氧树脂体系进行动态冲击压缩实验,获得不同应变率加载条件下环氧树脂的应力一应变曲线,基于应力-应变曲线分析了应变率对环氧树脂动态压缩力学性能的影响.研究结果表明:环氧树脂具有明显的应变强化效应,随着应变率的增加,环氧树脂的强度基本没有变化,最大应力时的应变逐渐减小,动态模量和压缩刚度有很大程度的提高.     

动态载荷下7005铝合金力学行为及数值模拟

本工作研究了7005铝合金在应变速率为(1～5)×103s-1条件下的力学行为。结果表明,7005铝合金有明显的应变速率敏感性。利用最小二乘法求得了材料的Johnson-Cook本构参数;应用ABAQUS软件,研究了高应变速率下的帽型试样的绝热剪切变形历程。数值模拟得到的应力-应变曲线与实验结果吻合。温度场的计算为绝热剪切带内微观组织是否发生动态再结晶提供了依据,当应变速率为15 000 s-1时,在120～240μs内,相比初始温度,试样的平均温升达到405℃。通过对冲击后试样的微观组织观测发现,绝热剪切带中有大量的等轴晶,具有典型的再结晶组织特征。7005铝合金在高应变速率下的变形温升和动态再结晶软化行为,将为其在汽车碰撞构件中的应用提供指导作用。     

含稀土H13钢热变形行为及热加工图研究

利用Gleeble-3800热力模拟试验机在900~1 200℃、0.01~10s~(-1)的实验条件下,对含稀土H13进行了热压缩。根据获取的流变应力曲线,建立了含稀土H13钢的高温热变形本构方程及热加工图,并分析了变形后的金相组织。结果表明,在高应变速率下流变应力曲线说明了含稀土H13钢具有断续再结晶行为,稀土的加入显著提升了H13钢的应力值,经计算含稀土H13钢的热激活能为573kJ/mol,适宜的热加工参数为1 050~1 200℃、应变速率0.01~1s~(-1)。稀土的加入拓宽了H13钢的热加工参数范围。     

爆炸载荷下建筑物动态响应的数值分析

为了研究建筑物在爆炸载荷下的动态响应,采用有限元的方法对近距离爆炸对建筑物的破坏效应进行了数值模拟研究。建立了一个七层七跨的钢筋混凝土(带门窗)结构建筑模型,对800 kg TNT炸药在正面及侧面不同距离处爆炸时建筑物的响应特性进行研究,得出了每种工况下建筑物不同位置处压力、速度、加速度及位移随时间变化曲线。为建筑物在外爆炸作用下的破坏效应评估提供了重要的参考。     

静载荷和疲劳载荷作用下 C/Al 正交层压板的力学响应

本文讨论静载荷及疲劳载荷作用下 C/Al 正交层压板的力学响应,并考虑损伤过程中的临界现象,以此作为结构设计准则的基础。对静载荷作用的情况:(1)90°铺层的门槛应变ε_(FPF)随着约束程度增加而增加,而且开裂后的行为也受约束程度的影响。(2)经历加载-卸载再重新加载至断裂的过程后,初始试样存在一个剩余永久变形,其损伤状态可以用刚度的变化来表征;而疲劳试样在加载-卸载过程中刚度变化很小,反映其损伤达到一个稳定的状态。对疲劳载荷作用的情况:(1)对于给定的应力比 R,试样会趋于与它所承受的 S_(max)最大值相应的 SDS 状态。循环应力范围的不断增大,会引起基体损伤的增加,从而重新建立新的饱和损伤状态。(2)对于每一损伤状态均有一对应的循环应变范围 Δε。在 SDS 状态下,Δε保持不变。(3)以刚度下降为损伤参数对 C/Al 层压板进行了降级应力分析,并由此来预计在ΔS_(sh)以下,层压板不会发生疲劳损伤累积。     

奥氏体护环钢在热变形条件下的力学行为和组织变化

本文利用热扭转试验方法,研究了50Mn18Cr4WN 护环钢热变形金属学问题。主要内容有护环钢在热变形条件下的应力一应变曲线,热变形过程中产生的动态再结晶及在变形温度下保持时产生的静态再结晶行为。建立了变形参量和力学行为与组织变化的对应关系。提出了细化护环钢晶粒的新途径及可采用的工艺。     

H13钢外套早期开裂分析

H13钢外套在热装配完成后发生多处开裂。采用化学成分分析、力学性能测试、断口分析、金相检验以及硬度测试等方法对外套开裂的原因进行了分析。结果表明:原材料在锻造过程中产生的过热现象和热处理回火不充分使得H13钢外套硬度超标,韧性大大降低,并且在组织中产生了较大的残余内应力;同时,在装配过程中对外套施加的向外扩张力大于材料的开裂抗力,因此出现了早期开裂。     

H13钢热挤压模开裂分析

通过宏观检验、化学成分分析、硬度测试和金相检验等方法对H13钢热挤压模开裂的原因进行了分析。结果表明:原材料中非金属夹杂物超标及大块共晶碳化物的存在是模具早期失效的主要因素,同时,少量微裂纹的存在也加速了模具的早期开裂。     

湿热力载荷下复合材料层合板力学行为

复合材料层合结构在制造和使用过程中经常暴露在湿热环境中,复合材料湿热行为准确分析已是复合材 料结构设计不可回避问题。然而,至今复合材料湿热分析理论模型仍存在如下问题：已有分析复合材料湿热问题 理论模型多忽略层间应力连续条件,不能准确计算层间应力;近期复合材料湿热研究甚至假设湿热膨胀系数不随 铺设角变化,此假设将产生误导。该文发展预先满足层间应力连续并考虑横法向应变的高阶整体-局部理论,构造 三角形单元分析在湿热力载荷作用下复合材料力学行为,并研究湿热膨胀系数对湿热行为影响。     

表面机械研磨对H13钢表面性能的影响

使用表面机械研磨（SMA）方法处理H13钢表面使其表面获得一层变形层。采用SEM,TEM及硬度试验等检测方法对变形层的厚度、晶粒大小、截面硬度梯度和热稳定性等进行了分析;同时对H13钢在SMA处理前后的渗氮行为进行了比较。结果表明,经SMA处理后,H13钢表面形成了约10μm厚的变形层,变形层内的晶粒明显细化,并且这些晶粒具有较好的热稳定性;此外,可以大大提高H13钢渗氮的效率。     

高温下混凝土中热-湿-气-力学耦合过程数值模拟

对高温下混凝土中热-湿-气-力学耦合过程分析提出了一个多孔多相介质的非混溶-混溶两级数学模型。数学模型基于控制干空气、湿份及基质溶解物的质量守恒、混凝土介质混合体的动量守恒和焓(能量)守恒的耦合偏微分方程组。给出了模型的控制方程、状态方程与所采用的本构定律。发展了相应的非线性耦合问题的有限元数值分析过程,以数值模拟火灾和热辐射等热荷载作用下的热-湿-气-力学耦合行为,并进而分析所发生的破坏现象。数值结果例题显示所发展的数学模型和数值方法在重现高温下混凝土中热-湿-气-力学耦合行为的有效性。     

H13钢挤压杆断裂失效分析

某H13钢铝型材挤压杆在正常使用过程中发生断裂失效,采用化学成分分析、断口宏微观分析、金相检验、硬度测试等方法,对挤压杆断裂失效的原因进行了分析。结果表明:该挤压杆杆身与杆座之间的过渡圆弧误加工成退刀槽而形成应力集中,且挤压杆回火不充分,有较高的残余内应力,显微组织不稳定,偏析组织产生附加组织应力及各向异性,使得退刀槽棱边萌生裂纹,在安装引起的偏心载荷作用下,导致挤压杆在服役初期即产生弯曲疲劳断裂。     

H13钢冲头模具断裂原因分析

通过宏观检验、断口分析、EDS线扫描分析、化学成分分析、金相检验及硬度测试等方法,对H13钢冲头模具的断裂原因进行了分析。结果表明:冲头在法兰定位芯根部的倒角圆弧半径小,应力集中系数较大,且冲头材料化学成分偏析严重、组织不均匀,导致裂纹在法兰根部萌生后得以迅速扩展,造成了冲头的早期脆断。最后根据失效原因提出了相对应的改进措施和建议。     

带有温度梯度的热载荷与声载荷作用下薄板动态响应

随着先进飞行器性能的提高,它们面临着日益严峻的热、噪声、机械载荷等,在这些复杂载荷的作用下,会引发非线性振动特性。特别是高超飞行器的气动加热引起的高温直接影响材料的选择并且显著地改变结构的设计实践,所形成的热梯度与内部热膨胀也会使结构产生热屈曲现象。考虑到热声载荷的影响,针对带有温度梯度的热载荷与随机声载荷作用下四边简支板振动特性进行了研究。通过各向同性矩形薄壁结构在热声载荷作用下的大挠度非线性控制方程,导出了四边简支板的模态频率以及温度梯度作用下的热屈曲温度差。采用有限元数值计算方法计算了热声载荷作用下简支板热屈曲前后的动态应力响应,并对应力的概率密度、功率谱密度、有效值进行了详细的统计分析。     

不同表面处理工艺下H13钢的高温耐磨性能

首先对调质处理状态的H13钢进行了渗氮、物理气相沉积(PVD)镀膜、渗氮+PVD镀膜三种不同的表面处理,然后在UMT-3型摩擦磨损试验机上,对处理后的试样进行600℃的高温摩擦磨损试验,研究了不同工艺下H13钢的高温耐磨性能。结果表明:试样的磨损形式主要是粘着磨损+磨粒磨损,经表面处理后试样的表面硬度大幅度提高,摩擦系数大幅度降低;其中渗氮+PVD镀膜表面处理试样的高温耐磨性能最好。     

双向玻纤织物复合材料双轴拉伸载荷下的力学行为

为研究双向玻纤织物复合材料在复杂应力状态下的力学行为,设计双轴加载十字型试样,对其进行不同载荷比的双轴拉伸实验,对比分析了材料在双轴拉伸载荷下的拉伸模量、拉伸强度及失效模式。结果表明:双向玻纤织物复合材料单轴拉伸行为表现为后期非线性、脆性断裂,双轴拉伸载荷下非线性现象更为显著;双轴拉伸模量随载荷的增大而增加,双轴拉伸载荷对材料的拉伸模量具有一定的强化作用;材料的双轴拉伸强度存在双向弱化效应,等比例双轴拉伸时,双轴拉伸强度最低,仅为单轴强度的60.5%;试样破坏发生于中心实验区域,材料不同载荷比的破坏形式有所不同,分别主要表现为纤维断裂、基体失效和玻纤布分层。     

近场气泡载荷下柔性结构耦合响应实验研究

通过电火花气泡装置和高速摄像设备对气泡与附近刚性/柔性边界间的耦合现象进行实验观测和研究。针对不同材质平板和不同距离参数下气泡脉动实验数据进行整理,对气泡动力学特性如撕裂现象、射流方向特性及气泡迁移特性等进行机理分析;并借助MATLAB开发图片数字化识别程序,分析总结了整个气泡脉动载荷下柔性板的整体运动响应模式和结构中心测点的响应特征。实验结果表明:气泡在柔性板附近收缩时出现“棒槌”状或气泡撕裂及远离对向射流现象;探究气泡载荷下柔性结构响应模式,发现气泡膨胀时柔性板呈一阶响应,收缩时呈现三阶响应及双峰值迁移现象。     

冲击载荷下矿用移动式救生舱动态响应的数值模拟

矿用救生舱作为煤矿井下重要的逃生装备,舱体的抗爆炸冲击性能直接决定矿工的生命安全。为了评估某型移动式救生舱的动强度,建立舱体在瓦斯爆炸载荷作用下的全尺寸有限元模型,采用ABAQUS动态显式算法对舱体的整体和局部动态响应进行了分析,按照国家暂行规定获得了舱体正面和侧面承受最大峰值压力分别为0.72MPa和0.36MPa,研究结果为舱体的改进设计和安全使用提供科学依据。     

墙角火灾环境下钢构件温度分布及响应行为的实验研究

利用ISO9705标准火灾实验系统，模拟墙角火灾环境，以薄壁方管钢梁为研究对象，对钢构件在热、力耦合作用下的行为进行实验研究。对火灾的热释放速率与室内温度场，钢构件及其表面气体的温度、构件在火灾作用下的挠度进行测量，分析真实火灾下钢构件温升及温度分布的特点与火灾发展对构件挠度的影响。研究结果表明钢构件在长向上存在着很大的温差，而构件的挠度变化也并不对称，这说明以往研究中往往假设钢构件在长向上温度一致并不恰当，这种非均匀温度场对构件的行为有着重要影响，它使得构件高温区部分更易发生局部屈服而失效，在相同规模的