复合型裂纹小范围屈服下裂尖塑性区统一解

采用俞茂宏统一强度理论,推导Ⅰ、Ⅱ复合型裂纹在小范围屈服条件下裂尖塑性区尺寸的统一解析解.给出材料参数在不同拉压比α、泊松比v和中间主应力影响参数b下的一族裂尖塑性区形状与大小的轨迹.讨论以上参数对裂尖塑性区变化的影响,其中拉压比α对塑性区影响较大,α≠1导致塑性区在裂纹上下表面处不连续,b=0和b=1分别对应裂尖塑性区的上限、下限边界.同Tresca准则、Mises准则的解进行比较分析,已有解均是它的特例或线性逼近,该理论解具有理论的统一性和对不同材料的普适性.     

复合材料裂纹尖端塑性区的一种解法

基于Tsai-Hill强度理论,在平面应力条件下,推导正交各向异性复合材料Ⅰ型、Ⅱ型以及Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹塑性区方程,得到的结果适用于求解各向同性材料和拉压强度相等的各向异性复合材料的裂尖塑性区;数值算例给出不同材料坐标系与总坐标系夹角θ下的一组复合材料裂尖塑性区结果,讨论参数θ对裂尖塑性区大小和形状的影响,并与各向同性材料的结果进行比较.数值结果表明,参数θ对复合材料裂尖塑性区的影响很明显,各向同性材料具有更大的塑性区.     

小范围屈服条件下裂尖塑性区统一解

采用俞茂宏双剪统一屈服准则求解了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型裂纹在小范围屈服条件下的塑性区形状与大小的统一解答。已有Tresca准则、Miss准则的解答均是该解答的特例或线性逼近,该解答可以适合于多种工程材料,具有普遍性和适用性,从得出的解析解和图形分析中可以得出一些新的结论。     

非各向同性材料小范围屈服下裂尖塑性区研究

基于各向异性弹性力学的Stroh理论和Tsai-Hill非各向同性强度理论,预测非各向同性材料单一型和混合型裂纹裂尖塑性区的形状与大小,研究横向剪切强度以及材料主方向与裂纹坐标方向夹角θ等参数对裂尖塑性区的影响。研究发现,当材料反平面剪切强度相对面内强度较小时,反平面剪切应力对裂尖塑性区形状、尺寸的影响显著;反之则较小。偏角θ也会明显影响裂尖塑性区的尺寸和形状。     

三轴应力状态下复合型裂纹尖端前缘的塑性区分布

利用Ｍｉｓｅｓ屈服准则从理论上分析了Ⅰ－Ⅱ复合型裂纹尖端前缘的塑性区分布。推导出了由三轴应力约束参数Ｔｚ参与表征的裂纹尖端前缘塑性区尺寸ｒｐ的表达式，并绘制出了Ⅰ－Ⅱ复合型裂纹在单轴、双轴载荷作用下裂纹尖端塑性区的分布图。     

非均质焊接接头裂纹尖端塑性区

采用平面应力弹塑性大应变有限元法分析了非均质焊接接头裂纹尖端塑性区的扩展规律，指出在非均质焊接接头中存在着塑性变形的不同时性与不均匀性，且焊缝金属强度匹配、材料本构关系以及裂纹长度（韧带长度）对塑性区的发生发展均有重要影响。     

铝合金板材中心孔裂纹尖端塑性区数值计算

通过有限元对铝合金板材中心孔裂纹尖端处塑性区模拟计算,说明在裂纹尖端产生了较大的塑性区,并相应地计算出塑性区的大小。本文通过有限元模拟2124铝合金板材中心孔裂纹扩展情况。铝合金材料为典型的脆性材料,2124铝合金板材在疲劳加载情况下会先进行弹性形变,达到屈服强度后进行塑性形变。本文对2124铝合金板材进行有限元模拟时,先采用线弹性模型,计算裂纹扩展的应力强度因子,然后采用弹塑性模型,计算裂纹尖端的塑性区大小,从而进一步对裂纹尖端应力强度因子进行修正。在建立有限元模型时,以二维的Ramberg-Os-good（R-O）本构为基础,采用参数化的方式,这样是为了可以更好地对有限元程序进行调试。在有限元网格划分时,由于在相同精度下四边形单元的计算效率是三角形单元的几倍,所以采用四边形单元,提高计算精度。有限元建模时,采用plane42、solid 45和solid 95三种单元,plane42单元用于建立2D网格,solid45单元用于建立3D网格,而solid95单元则是用于引入奇异单元。同时,由于试样模型对称性,所以取1/4模型来进行计算。在计算裂纹尖端应力强度因子及塑性区大小时,采用恒ΔK方式和增ΔK两种加载方式来进行计算。首先在恒ΔK下,计算出相应的应力强度因子,其值和理论值相吻合,同时观察得到的塑性区形状与理论形状相似,计算塑性区尺寸大小,首先证明有限元程序的正确性。进一步有限元模拟计算在增大ΔK情况下不同预裂纹长度下塑性区的变化情况。经过有限元计算得到的塑性区尺寸大小,最后可以近似用经验公式表达。     

用光塑性方法研究Ⅰ—Ⅱ复合型裂纹尖塑性区

用光塑性模型材料聚碳酸酯, 制成中心斜裂纹板试样,进行了光塑性试验, 研究了1—Ⅱ复合型裂纹尖塑性区。探讨了裂纹倾斜角、裂纹长度和试样厚度对塑性区尺寸的影响。     

压应力对长短疲劳裂纹尖端塑性区影响的有限元分析

应用弹塑性有限元方法,研究压应力对长短疲劳裂纹塑性区的影响.分别建立两个具有长短中心穿透裂纹高强铝合金板的有限元模型,进行拉压加载模拟分析.结果表明,压应力对长短疲劳裂纹尖端塑性区有显著影响,相同的应力强度因子条件下,在一个拉一压加载周期,当拉载荷减小到零时裂纹尖端应力不为零,裂纹尖端应力对裂尖的挤压作用产生反向塑性区,裂尖反向塑性区随压应力的增加而增加,压应力的大小是决定裂纹尖端塑性区大小的主要因素,压应力对短裂纹的影响比长裂纹大.     

平面应力Ⅰ型准静态扩展裂纹尖端场的弹粘塑性分析

由于材料率敏感性的影响,蠕变材料中裂纹尖端场的分析更加复杂.采用弹粘塑性力学模型,并假设粘性系数为等效塑性应变率的幂函数,推导出理想弹塑性材料的一种率敏感型本构关系.通过量级匹配表明裂纹尖端场具有幂奇异性,奇异性指数由粘性系数中的幂指数唯一确定.推导出平面应力条件下准静态扩展裂纹尖端场的控制方程,并给出Ⅰ型裂纹的边界条件.采用双参数打靶法,结合各材料参数的可能取值范围,对控制方程进行了数值求解,并讨论裂尖场特性随各材料参数的变化规律.结果表明当材料服从理想塑性规律时,裂纹尖端的应力场是连续的,不存在某些无粘性解中出现的不合理间断线.裂尖场应力强度由材料的粘性所控制,泊松比对于裂尖场没有影响,并且不存在弹性卸载区.     

Optimisation Method for Determination of Crack Tip Position Based on Gauss-Newton Iterative Technique

In the digital image correlation research of fatigue crack growth rate,the accuracy of the crack tip position determines the accuracy of the calculation of the stress intensity factor,thereby affecting the life prediction.This paper proposes a Gauss-Newton iteration method for solving the crack tip position.The conventional linear fitting method provides an iterative initial solution for this method,and the preconditioned conjugate gradient method is used to solve the ill-conditioned matrix.A noise-added artificial displacement field is used to verify the feasibility of the method,which shows that all parameters can be solved with satisfactory results.The actual stress intensity factor solution case shows that the stress intensity factor value obtained by the method in this paper is very close to the finite element result,and the relative error between the two is only-0.621％;The Williams coefficient obtained by this method can also better define the contour of the plastic zone at the crack tip,and the maximum relative error with the test plastic zone area is-11.29％.The relative error between the contour of the plastic zone defined by the conventional method and the area of the experimental plastic zone reached a maximum of 26.05％.The crack tip coordinates,stress intensity factors,and plastic zone contour changes in the loading and unloading phases are explored.The results show that the crack tip change during the loading process is faster than the change during the unloading process;the stress intensity factor during the unloading process under the same load condition is larger than that during the loading process;under the same load,the theoretical plastic zone during the unloading process is higher than that during the loading process.     

Limiting State of Pipelines and Plastic Zone at the Crack Tip

An equation characterizing the stability loss in elastoplastic deformation is proposed for a complex stress state under the influence of the transverse-deformation coefficient. The influence of the transverse-deformation coefficient on the radius of the plastic zone at the crack tip is determined in the cases of a plane stress state and plane deformation.     

小模数塑料齿轮轮齿弯曲变形的有限元分析

建立了计算小模数塑料齿轮轮齿变形的合理模型，并利用ＳＡＰ５程序探讨了有限元法分析时需解决的几个基本问题：边界范围的选择、边界约束条件的选择、单元型式的选择、单元总数的确定及单元的合理分割。得出了计算小模数齿轮变形的合理的边界范围、单元型式及单元总数。     

小子样产品可靠性一次抽样方法研究

根据抽样理论和小子样产品的可靠性特点,对小子样产品可靠性一次抽样的子样确定方法进行了修正,提出了更加合理的小子样产品可靠性一次抽样的子样确定方法,从而完善了有关小子样产品的一次抽样方案。结果表明,本文给出的抽样方案,不仅较好地反映批产品的质量水平,而且充分考虑了生产方和使用方的风险,具有一定的工程价值。     

碳纤维复合材料小孔加工的试验研究

针对碳纤维复合材料小孔加工比常规尺寸的孔加工更困难,制孔质量和尺寸精度难易保证的问题,采用硬质合金麻花钻进行碳纤维增强树脂基复合材料直径3mm小孔的钻削试验,研究工艺参数、刀具磨损对切削力和制孔质量的影响。结果表明:转速和进给速度对制孔轴向力和孔径误差均有显著影响;回归分析得到了轴向力与转速和进给速度之间的关系式;转速对孔径误差的影响大于进给速度的影响;硬质合金麻花钻加工碳纤维复合材料的合格孔数为30个,孔径误差随刀具磨损量的增大而增大。研究结果可以对碳纤维复合材料小孔加工的切削力进行预测,为加工参数和刀具寿命的合理选择提供试验依据。     

内压支撑下薄壁管弯曲变形力学分析

管件内压弯曲又称为管件充液弯曲,具有减小截面畸变,延缓薄壁管内侧失稳起皱,提高弯曲成形极限等优点。支撑内压在其中起到了关键性的作用,对于环向和轴向的应力应变分量具有重要影响。采用塑性理论,对内压和弯矩共同作用下的薄壁管弯曲变形进行理论分析。考虑内压对微元平衡方程的影响,建立一个新的理论分析模型,通过求解非线性方程组,得到薄壁管应力应变的分布规律,定量分析内压对薄壁管应力应变的影响趋势。同时通过将有限元分析得到的应力应变分量的信息,与理论解进行对比发现,理论预测和模拟结果相符合,验证所建立的理论分析模型的可靠性。结果表明,轴向和环向应力随内压升高均大大提高,环向应变随内压升高线性递增,而厚向应变线性减小。     

两自由度小型直升机动力学建模与控制的分析

基于相似性理论设计了具有两自由度的直升机飞行模拟试验平台，以该试验平台为研究对象，利用拉格朗日一欧拉方程与等效力矩相结合的方法推导出系统的动力学模型，预估了试验平台的物理参数；通过试验获得在固定总距角情况下直升机的升力随转速的变化关系。根据动力学方程，设计了具有鲁棒性的PID修正前馈控制算法，运用MATLAB仿真验证了控制器的快速收敛性和有效性。