功能梯度热障涂层热应力的有限体积法研究

为了研究功能梯度热障涂层(TBC)热应力问题,改进了交错格点型有限体积方法(SCV-FVM)。运用交错网格技术,待解变量定义在单元节点上,物性参数定义在单元中心上。计算功能梯度圆盘的应力场,结果与理论解吻合良好,验证方法的正确性。通过与有限元结果及高阶功能梯度理论(HOTFGM)结果对比发现,SCV-FVM可以有效避免物性参数变化引起的人工数值不连续。研究功能梯度TBC热应力问题,分析涂层厚度变化对热应力场的影响,通过与ANSYS计算结果对比验证数值模拟的正确性。     

温度与压力场作用下枪管耦合场分析

枪管工作时需要考虑热高温、高压作用下温度和应力场分布规律。通过有限元软件,计算在热和膛压载荷作用时,单发和连续射击情况下枪管的温度和应力场变化规律。结果表明,枪管铬层温度高于钢层温度,铬层最高温度超过900K,应力超过1000MPa;温度和应力变化最大的区域位于铬层表面;相关文献验证了数值模拟结果的正确性,对枪管的设计、寿命预测及提高枪管使用年限有重要意义,为枪管设计提供参考。     

考虑残余应力的焊接节点疲劳寿命有限元分析

为研究残余应力对焊接结构疲劳性能的影响,基于热力耦合计算方法建立了热弹塑性有限元模型,模拟T型节点焊接全过程及焊后热处理的温度场与应力场。基于扩展有限元法建立T型焊接节点断裂力学数值模型,将焊接应力场作为初始条件引入模型并分析其对疲劳裂纹动态扩展行为的影响。结果表明,未考虑残余应力时,焊接节点疲劳裂纹向焊缝两端均匀发展,裂纹扩展形式与试验结果不符;焊后热处理可以显著降低焊接产生的高拉伸应力和压缩应力,但对疲劳寿命的增幅较小,仅为6.1%;考虑残余应力后疲劳裂纹扩展路径与试验更为接近,焊接结构有限元模拟应考虑焊接残余应力对疲劳裂纹扩展路径的影响。     

喷管温度与应力场的数值研究

为了使喷管能安全可靠的工作,在喷管设计中必须考虑热防护问题从而避免喷管内部的严重烧蚀.文中考虑了喷管的几何特性和热分析过程中的主要因素,建立起轴对称的有限元计算模型,在给定的热边界条件下计算了喉衬组件与扩张段结构的瞬态温度场.在喷管轴对称模型瞬态热分析的基础上研究了轴对称载荷下热-结构耦合场的应力分析.应力场的计算采用以位移为未知变量的有限元法,并考虑了耐烧蚀层材料的物性参数随温度的变化.计算结果与分析表明在材料的交接面处应力较大,喷管各层材料间的膨胀系数差异对应力的影响较大.该研究结果可供火箭发动机喷管设计参考.     

铸钢件凝固过程热应力场数值模拟研究

用数值模拟方法研究了铸钢件凝固过程的热应力场,并计算了标准应力框的应力和位移,应力框变形模拟结果与实际情况基本一致,为进一步研究热裂提供了依据．     

铸钢件凝固过程热应力场数值模拟研究

用数值模拟方法研究了铸钢件凝固过程的热应力场,并计算了标准应力框的应力和位移,应力框变形模拟结果与实际情况基本一致,为进一步研究热裂提供了依据。     

7A04铝合金锥形壳体三维淬火残余应力场的建模

为了建立7A04铝合金锥形壳体三维淬火残余应力场的预测模型,采用ABAQUS 6.5有限元软件模拟了7A04铝合金锥形壳体的淬火过程.首先,基于随温度变化的材料物性参数以及材料表面与淬火介质的换热系数,进行了淬火过程的非线性热传导分析;其次,根据已求得的瞬态温度场,进行淬火过程的热力耦合分析;最后,采用X射线应力方法测定了锥形壳体表面若干点的残余应力,其测定结果与模拟数值比较吻合.笔者的研究对于分析锥形壳体内部残余应力对尺寸不稳定性的影响具有重要意义.     

模拟准脆性材料热开裂的热力耦合格构离散单元法

针对准脆性材料的热传导与热开裂问题,基于格构离散单元法（LDEM）提出新的热力耦合数值模型. 通过格构离散体系与连续体传热过程的等效换算,结合格构单元的线膨胀公式,在LDEM中实现温度传导与裂纹扩展的数值模拟. 以平板的热传导与热弹性应力问题、由温度梯度与热失配引起的开裂问题为例,验证所提模型. 将所提模型应用于细观混凝土温度?应力试验的数值模拟中. 结果表明,LDEM热力耦合模型能够有效模拟准脆性材料的热传导过程、在温度影响下的裂纹萌生与扩展,是研究准脆性材料热开裂过程与机理的有力工具.     

厚壁圆筒热套工艺有限元数值模拟

针对多层压力容器热套工艺控制难、技术要求高等不足,基于线弹性热力耦合有限元理论,建立了某双层圆筒热套工艺的有限元数值模型,并对热套工艺整个动态过程进行了模拟,计算得到的预紧压应力与理论计算结果基本吻合,验证了所开发的有限元模型具有较好的准确性.该研究为多层厚壁容器热套工艺提供了一种新的研究思路和技术手段.     

轧辊表面激光强化应力场的分布规律

针对轧辊激光强化过程中的应力场求解困难的问题,根据该应力场与辊面瞬变温度场的耦合作用,将温度场计算结果作为初始条件,建立了应力场仿真的有限元模型.综合考虑了材料的热弹塑性能,获得了轧辊激光强化过程中不同位置、不同时刻的应力分布曲线.结果表明,垂直扫描方向上的应力变化最剧烈,在不考虑相变应力的前提下,扫描后该向应力由压应力转变为拉应力状态,从而影响裂纹生成.此外,主应力方向基本与有限元模型的几何坐标相对应,只是随着应力数值的交错变化而发生改变.     

基于有限元法活塞杆应力集中的研究

针对机械振打器活塞杆易于断裂的情况,利用有限元方法对气化炉机械振打器活塞杆的断裂进行了研究,得出了活塞杆Von-mises应力云图以及几何突变处不同的倒角半径对应的最大应力值.结果表明：活塞杆的最大应力发生在截面的几何突变处,且最大应力值随着倒角半径的增加而减小.其结果有助于对危险部位失效进行可行性预测,此预测对活塞杆的结构设计具有重要意义.     

热障涂层对活塞温度场影响的三维分析

为提高内燃机的工作效率和使用寿命,以表面涂覆热障涂层的发动机活塞为主要研究对象,综合分析热障涂层对活塞温度场的影响.建立了热障涂层活塞的三维模型,运用有限元软件对其进行了温度场分析计算,考察了不同涂层材料和涂层厚度对活塞温度场的影响情况.研究结果表明:0.4mm厚的ZrO2陶瓷涂层可使活塞的隔热效果提升约8.8%,并且隔热效果明显优于Al2O3、Si3N4和SiC;ZrO2涂层厚度每增加0.5mm,活塞金属基体顶面的最高温度下降约3.2℃,陶瓷涂层顶面的最高温度上升约8.3℃.     

钢筋混凝土结构裂纹扩展数值模拟

通过FRANC 2D软件模拟裂纹扩展,得出了应力和应力强度因子.对应力的影响因素研究发现：相对保护层厚度对钢筋周围混凝土的最大拉应力影响较大.通过应力和应力强度因子可以确定裂纹起始点,从而进行钢筋混凝土裂纹扩展模拟,以对实际结构中裂纹的扩展提供参考.     

关于基体曲率的热障涂层残余应力分析

采用空心和实心四相同心圆模型,导出了轴对称温度应力状态下的位移公式,分析了基体曲率对热障涂层残余应力的影响。结果表明:热障涂层结构中各层内既有环向应力,又有径向应力,应力大小与温降成线性关系;当陶瓷层在外层时,在氧化层/陶瓷层和粘结层/氧化层界面上产生垂直界面的拉应力,且实心模型的拉应力远大于空心模型的拉应力;当陶瓷层在里层时,空心模型中相应界面上的应力为压应力。     

Free vibration analysis of a pre-twisted sandwich blade with thermal barrier coatings layers

A rotating cantilever sandwich-plate model with a pre-twisted and pre-set angle has been developed to investigate the vibrational behavior of an aero-engine turbine blade with thermal barrier coating(TBC) layers. The classic von Karman plate theory and the first-order shear deformation theory are applied to derive the energy equations of the rotating TBC blade, in which the geometric shapes, the work ambient temperature, and the TBC material properties are considered. The Chebyshev-Ritz method is used to obtain the nature frequency of the rotating TBC blade. For static frequency and modal analysis, the finite-element method(FEM)is also applied to compare and validate the results from the Chebyshev-Ritz method. A good agreement is found among these kinds of methods. For dynamic frequency, the results are analyzed in detail concerning the influence of system parameters such as the thickness of the TBC layer, the working temperature, and the pre-twisted and pre-set angle. Finally, the Campbell diagram is demonstrated to analyze the resonance property of the cantilever sandwich TBC blade model.     

汽车发动机活塞受力有限元分析

作为发动机重要零部件的活塞,经常受到多种载荷的作用,对其进行强度、结构和使用材料等分析有着非常重要的意义。本文通过对活塞受力分析,建模与网络划分,选取最大压力工况下,进行载荷、边界条件以及预紧力的施加,利用ansys的计算模块对模型进行计算,并通过ansys的后处理器将结果以应力分布云图和位移变化云图的形式显示出来。并在此基础上对活塞进行结构、力学分析,找到模型中所受应力最大节点的相关数据。根据结果分析,提出在结构和材料上的改进方案,为活塞的结构分析与设计提供重要参考依据。     

钢筋混凝土框架结构的性能化抗震设计指标及设计方法

层间位移角是钢筋混凝土框架结构抗震设计的性能指标,进行性能化抗震设计研究具有重要的理论和实践价值.综述了国内外规范对钢筋混凝土框架结构对性能目标的规定以及相关试验研究成果,建立了在不同性能水平时的量化指标.阐述了基于位移角的抗震性能评估方法,通过阻尼比折减法和R折减系数法,给出两个能力谱的实现路径,引用SAP2000完成了算例验算.研究表明：钢筋混凝土框架结构层间屈服最大位移角为1/300～1/150,顶点位移角为1/400～1/200;层间极限最大位移角为1/50～1/30,顶点极限位移角为1/100～1/50.阻尼比折减法和R折减系数法获得性能点基本一致,Vidic-Fajfar-Fischinger折减系数法比阻尼比折减法的计算结果略小,两种方法均可作为性能化抗震设计的实用技术.     

三轴移动载荷对半刚性路面性能影响分析

为研究多轴车辆移动载荷对半刚性路面性能影响规律,针对半刚性路面的特点,依据弹性层状体系理论,将半刚性路面的沥青层、半刚性基层、半刚性底基层及土基层按线弹性考虑,建立了半刚性路面的三维有限元分析模型,分析了车辆三轴移动载荷对半刚性路面性能影响。结果表明,3轴载荷作用下路面应力变化与车辆轴数有关,当车桥依次驶过路面时,路面应力出现3次突变,沥青层三向压应力、半刚性基层和底基层的垂直压应力、横向拉应力和水平拉应力均增大,最大拉应力出现在半刚性基层和底基层结合处;前轴驶过时轮迹带中心区域各层的横向剪应力最大,后轴驶过时轮迹带边缘区域各层的横向剪应力最大,最大值出现在沥青层底部;中轴驶过时路面各层的水平剪应力最大,最大值也出现在沥青层底部。因此,设计路面结构时,半刚性基层和半刚性底基层应选取抗弯和抗拉强度较高的材料,并应加强沥青面层的抗剪强度。     

沥青稳定碎石应力依赖模型的柔性路面结构分析

为建立沥青稳定碎石的非线性应力依赖本构模型,并将该模型应用于路面结构力学分析,提高路面结构分析的准确性.采用动三轴试验模拟不同应力状态,测试沥青稳定碎石的回弹模量,建立材料的非线性应力依赖本构模型;采用Abaqus有限元软件中的UMAT子程序编程并定义沥青稳定碎石的本构模型,进行基于沥青稳定碎石非线性应力依赖本构模型的路面结构数值模拟.结果表明:沥青稳定碎石的回弹模量有着较强的应力依赖特性,在研究所涵盖的应力状态下,其模量最大值为最小值的175%.通过有限元路面结构分析可知,与非线性分析相比,传统的弹性分析低估了沥青稳定碎石基层底部拉应变约10%,低估级配碎石顶部最大压应力约5%.沥青稳定碎石的非线性应力依赖特性显著影响路面分析结果,应在路面结构设计时考虑该特性.     

直蚌线发动机活塞疲劳分析

采用三维软件建立发动机活塞的几何模型.利用ANSYS有限元软件对活塞进行静力学分析,找到应力最大部位,运用ANSYS W orkbench疲劳分析功能对应力最大部位进行疲劳分析,得到疲劳寿命,为活塞的进一步改进设计提供理论依据.