机械载荷作用下单边裂纹电热止裂的实验研究

采用实验分析和数值分析的方法,研究分析了在等值拉伸机械载荷作用下的、对带有单边裂纹导电薄板进行电热止裂的止裂效果.并且与文献[1]给出的通电瞬间由温度产生的应力场与机械载荷产生的应力场叠加的理论计算结果进行了比较.通过算例比较,表明了理论分析、数值计算和实验研究结果有较好的一致性.     

含半埋藏空间裂纹的Cr12冷冲凹模电磁热止裂分析

对内表面含有半埋藏半椭圆裂纹的Cr12冷冲凹模进行了电磁热止裂研究。采用数值分析的方法,对放电瞬间的耦合场进行了分析,给出了半埋藏半椭圆裂纹尖端附近温度场的分布状态;通过ZL-2型放电装置实现了半椭圆裂纹切片试样的止裂实验研究。研究结果表明：脉冲电流放电瞬间,围绕裂纹尖端的金属熔化,钝化了裂尖,得到了超细化的金属组织,提高了裂纹尖端的机械性能,阻止了干线裂纹源的开裂趋势,达到了止裂的目的。在数值模拟研究过程中采用热-电耦合的分析方法,综合考虑了材料非线性、状态变化非线性和几何非线性,数值模拟结果与实验结果比较相符。     

半埋藏裂纹金属构件脉冲放电相变应力分析

对含半埋藏裂纹的45钢金属构件进行脉冲放电电磁热止裂强化实验,得出脉冲放电电压与止裂强化效果之间的关系,并对止裂强化前后裂尖形貌及显微硬度进行了对比分析,电磁热止裂强化后,裂尖周围显微硬度得到了大幅度的提高;应用Eshelby等效夹杂原理对脉冲放电止裂后裂纹尖端发生组织转变的相变应力进行了理论计算,结果表明,相变应力为压应力,阻止了裂纹的扩展。研究结果为电磁热止裂技术的实际应用奠定了理论基础。     

纤维金属层板接缝局部起裂准则研究

从金属层接缝界面端应力场分析出发,确定热-机耦合载荷作用下纤维金属层板接缝局部起裂控制参数,并据此建立界面端起裂准则。基于有限元特征分析法获得界面端奇异性应力场特征解,同时采用界面连续条件和自由边应力条件获得常数应力项,最后采用有限元方法结合最小二乘曲线拟合法获得热-机载荷下的应力强度系数。通过与实验结果对比发现:热-机耦合载荷作用下的应力强度系数可以作为接缝起裂控制参数;通过机械载荷作用下的应力强度系数,可以预测纤维金属层板接缝局部起裂载荷;应力强度系数准则具有很好的通用性,可以预测不同接缝宽度和纤维层厚度情况下的临界起裂载荷。     

纤维金属层板接缝局部起裂准则研究

从金属层接缝界面端应力场分析出发,确定热-机耦合载荷作用下纤维金属层板接缝局部起裂控制参数,并据此建立界面端起裂准则。基于有限元特征分析法获得界面端奇异性应力场特征解,同时采用界面连续条件和自由边应力条件获得常数应力项,最后采用有限元方法结合最小二乘曲线拟合法获得热-机载荷下的应力强度系数。通过与实验结果对比发现:热-机耦合载荷作用下的应力强度系数可以作为接缝起裂控制参数;通过机械载荷作用下的应力强度系数,可以预测纤维金属层板接缝局部起裂载荷;应力强度系数准则具有很好的通用性,可以预测不同接缝宽度和纤维层厚度情况下的临界起裂载荷。     

车轮辐板机械应力场的两种数值模拟方法对比研究

研究了铁路机车车辆运行过程中车轮辐板机械应力场的两种数值计算方法,将机械力进行傅立叶级数展开构建二维模型,通过对比二维轴对称模型和三维实体模型的计算结果,验证了二维轴对称模型的可行性。分析了车轮在运行过程中三种典型工况下辐板中机械应力场的分布情况及变化规律,通过对比车轮辐板的Von-Mises等效应力和径向应力,发现轮毂内圆角区域最为薄弱,承受较大的交变载荷。     

铁路救援300t伸缩臂起重机载荷传递分配技术

针对铁路救援300 t伸缩臂起重机的工作载荷,提出了一种新的载荷传递分配方法,开展了基于液压缸串通的机械-液压耦合方案载荷传递分配技术的探索性研究和攻关,采用数值模拟、理论分析相结合的手段对救援过程载荷传递分配进行数值仿真,并采用参数选取优化分析的方法对系统结构中的重要参数进行分析。仿真结果表明,数值方法计算结果与理论分析的一致性较好,验证了液压缸串通原理的正确性和方案的可行性。     

2Cr13焊接构件埋藏裂纹电磁热止裂及力学性能强化

选择2Cr13材料,通过对接焊方法在焊接接头处预制埋藏裂纹,采用超声波无损检测对埋藏裂纹位置及尺寸进行标定;采用热—电耦合焦耳热问题的数值分析方法,计算出放电瞬间焊接接头内圆形埋藏裂纹的温度场,并求得止裂后焊接接头内的残余应力场。通过ZL-2型超强脉冲放电装置对焊接接头进行电磁热止裂强化试验,对止裂前后埋藏裂纹裂尖附近微观组织进行分析,对比测试止裂前后试件的抗弯、拉伸等力学性能。研究结果表明:止裂瞬间,焊接接头中埋藏裂纹裂尖处温升超过金属熔点,裂尖熔化、钝化,达到阻止裂纹扩展的目的;同时,止裂后裂尖附近微观组织明显细化,出现强韧性均好的白亮组织,进一步阻止了裂纹的扩展;止裂后焊接接头抗弯强度提高18.0%,抗拉强度提高11.7%,断后伸长率提高34.6%。研究证实,脉冲放电实现了2Cr13焊接接头内埋藏裂纹止裂,并提高了焊接接头的力学性能。     

油泵用机械密封摩擦副界面热-结构耦合分析

以热-结构耦合数值计算理论为基础,同时施加温度和力载荷边界条件,对处于高速、高压等高参数极端工况热油泵用波纹管机械密封装置摩擦副界面进行了热-结构耦合数值建模与计算分析。研究了密封环摩擦副界面的温度场特点及温度、热应力分布规律,分析了密封环在温度载荷和力载荷耦合作用下密封环的变形情况。结果表明:最高温度产生在摩擦副内径处,最大热变形在摩擦副外径处;动静环配对材料的导热系数越大,产生的最高温度就越小;在摩擦副的外径侧产生的变形有利于形成收敛型间隙。     

带有裂纹的金属薄板构件裂尖处电热应力的数值分析

讨论了带有裂纹的金属构件通入脉冲电流瞬间，裂纹尖端附近电流、温度和热应力的耦合关系。分析采用了有限元法，通过热－电耦合（焦耳热问题）和热－机械耦合两个过程来实现。通过数值解析模型，模拟了脉冲放电瞬间的电流－温度－热应力的演变过程，求解了脉冲放电瞬间裂纹前缘的热压应力场。温度场、应力场数值计算结果同理论分析有很好的吻合。     

双台阶钻柱螺纹联接弹塑性接触特性数值仿真

建立了双台阶钻柱螺纹接头有限元模型，采用弹塑性接触有限元混合法开发了钻柱螺纹接触特性分析程序，并对双台阶钻柱联接螺纹进行了应力应变分析，求得联接状态下由预紧力以及轴向力、内外压力、弯矩和扭矩所引起的螺纹联接部位的位移场和应力场，为评价其承载性能及密封性能提供了一种数值方法。     

含埋藏椭圆型裂纹的构件脉冲放电瞬间的耦合场分析

采用数值分析的方法,对含三维埋藏椭圆型裂纹的构件放电瞬间的耦合场进行分析。计算脉冲放电瞬间椭圆形裂纹尖端附近的温度场和等效应力场的分布状态;并通过改变模型尺寸的模拟分析影响放电参数的主要因素。计算结果表明,由于电流绕流产生的焦耳热源的作用,裂纹尖端处温度瞬时急剧升高,但沿椭圆形裂纹尖端的温度值并不相同,最大值发生在长轴附近,只要放电电流的强度足够大,可以使椭圆环形裂尖均熔化形成焊口,并围绕环形裂纹尖端附近产生很大的热压应力场,可有效地遏制裂纹的扩展;在相同放电电流强度下,对椭圆裂纹尖端温度影响较大的是裂纹的绝对尺寸和椭圆长短轴的相对尺寸。在研究过程中分成热一电耦合和热一应力耦合两个过程,综合考虑材料非线性、状态变化非线性和几何非线性,结果比较符合实际。     

多工况下离心压缩机叶片承载的流固耦合效应分析

针对国内某大型离心压缩机叶轮叶片利用流固耦合技术,通过求解流体和固体的耦合方程,对冬季和设计工况下的叶轮叶片的应力应变分别进行了计算分析。理论分析表明,叶轮叶片的应力主要由离心力引起的拉应力和气动载荷引起的叶片弯应力构成。数值计算表明：对所研究的离心叶轮而言,离心力产生的拉应力是构成叶片应力的主要因素,而气动载荷引起的叶片应力相对较小;但单独进行力学分析其危险工作面的位置会发生变化,计算结果显示应力应变异常区域与实际叶片发生断裂的部位相一致。本文研究结果为实际运行发生事故的原因分析提供一定的依据。     

Shakedown Criterion Employing Actual Residual Stress Field and Its Application in Numerical Shakedown Analysis

Construction of the static admissible residual stress field and searching the optimal field are key tasks in the shakedown analysis methods applying the static theorem. These methods always meet dimension obstacles when dealing with complex problems. In this paper, a novel shakedown criterion is proposed employing actual residual stress field based on the static shakedown theorem. The actual residual stress field used here is produced under a specified load path, which is a sequence of proportional loading and unloading from zero to all the vertices of the given load domain. This ensures that the shakedown behavior in the whole load domain can be determined based on the theorem proposed by K?nig. The shakedown criterion is then implemented in numerical shakedown analysis. The actual residual stress fields are calculated by incremental finite element elastic-plastic analysis technique for finite deformation under the specified load path with different load levels. The shakedown behavior and the shakedown limit load are determined according to the proposed criterion. The validation of the criterion is performed by a benchmark shakedown example, which is a square plate with a central hole under biaxial loading. The results are consistent with existing results in the literatures and are validated by full cyclic elastic-plastic finite element analysis. The numerical shakedown analysis applying the proposed criterion avoids processing dimension obstacles and performing full cyclic elastic-plastic analysis under arbitrary load paths which should be accounted for appearing. The effect of material model and geometric changes on shakedown behavior can be considered conveniently.     

锥齿轮冷挤压成形加工数值模拟研究

为了解决人工设计锥齿轮冷挤压模具过度依赖经验的问题,将数值模拟应用到锥齿轮模具设计中。设计了一套用于冷挤压加工锥齿轮的三层组合凹模,制定了相应的工艺措施,利用Deform-3D软件对锥齿轮的冷挤压加工过程进行了数值模拟,分析了加工过程中的载荷曲线、速度场、应力场和温度场,获得了有关锥齿轮变形规律的基本情况。研究结果表明,通过改善润滑条件、优化模具几何参数可以提高冷挤压加工锥齿轮的成形质量,并对锥齿轮冷挤压加工工艺流程定制、模具设计具有一定的指导意义。     

圆柱体(H/D>1)在普通平板间镦粗时应力场的定量物理模拟

用光塑性法定量计算了普通平板间镦粗圆柱体 (原始高径比 H0 /D0 =2 )内部应力场 ,其结果与定性物理模拟、数值模拟及刚塑性力学模型的拉应力理论相吻合。同时 ,证明了用光塑性法定量模拟热锻件内部应力场的可行性 ,为解决复杂的 3维问题奠定了基础     

三维复杂槽型铣刀片耦合场的数值模拟

为研究三维复杂槽型铣刀片的切削性能和失效机理,运用数值模拟技术对三维复杂槽型铣刀片和平前刀面铣刀片进行了热应力场、热应力与机械应力的耦合场分析。通过有限元分析,得到了两种铣刀片的应力集中区和危险区,经与试验结果对比,证明了有限元分析结果的正确性,说明三维槽型铣刀片具有优于平前刀面铣刀片的切削性能,从而预测在铣刀片上开出合理的槽型能有效地改善切削性能。     

小孔节流静压支承轴承力学性能的数值建模

为了讨论小孔节流空气静压支承轴承的节流器尺寸,气膜厚度与供气压等轴承参数对轴承力学性能的影响。针对圆柱腔小孔节流静压支承止推轴承,首先进行了轴承间隙流场的数值仿真与分析,其中以小孔尺寸,气腔尺寸,供气压及气膜厚为设计变量,利用正交实验设计的基本原理构造正交表,通过对轴承间隙流场的数值计算进行采样以获取轴承的承载力与刚度;其次在设计变量范围内基于径向基神经网络模型建立承载力与刚度的分析数学模型,在该分析模型中全面考虑了各轴承参数的作用,同时考虑了轴承间隙的流场结构对力学性能的影响,得到的模型经过拟合校验以证明具有足够的精度;最后基于该分析模型讨论了小孔与气腔尺寸对轴承承载力与刚度的影响,为工程设计提供了参考。     

镦粗工艺理论与技术的研究进展

综述了在镦粗工艺新理论与新技术方面的研究进展,完善与发展了塑性力学镦粗工艺理论,提出圆柱体平板间镦粗时的刚塑性力学模型的拉应力理论和静水应力力学模型的切应力理论,并经定性物理模拟,光塑试验及数值模拟证明,提出广义滑移线法,将经典滑移线理论拓展到能求解所有2维问题和轴对称塑性变形问题,发展了主应力法,提出力学分块法。     

基于显式动力学的某齿轮轴冲击应力分析

在恒定转速下对某航空发动机附件机匣齿轮轴施加冲击扭矩的测试中出现齿轮根部折断的现象,为了分析其原因,利用有限元隐式和显式动力学方法,对齿轮轴在冲击扭矩下考虑旋转离心应力的静、动应力响应进行了计算分析,仿真结果与测试结果一致.根据分析结果对齿轮轴失效部位参数化建模,以齿轮轴质量最小为优化目标,利用APDL进行了失效部位的结构优化.优化结果表明,改进后的设计满足齿轮轴的功能要求,冲击载荷下产生的动应力水平与静态下冲击载荷产生的静应力比较,动应力有较大幅度的增加,在设计过程中应对齿轮轴在较短时间内的冲击载荷下产生的动应力加以考虑,以保证齿轮轴的强度有足够的安全裕度.