旋转圆柱材料的刃型位错

材料在加工、制造过程中难免出现位错、裂纹、空洞等微观缺陷,机械工程中的材料又经常处于运动之中.运动材料的速度、加速度对其内部位错的行为产生显著的影响.分析了具有角速度和角加速度的旋转圆柱材料中刃型位错的行为,旨在探讨材料的运动对位错行为的影响.运用复变函数理论,获得了复势函数和应力场的精确解,导出了作用于刃型位错的像力表达式,并讨论了旋转圆盘角速度和角加速度对位错力的影响.数值结果表明,旋转角速度使得x轴上的位错受到y方向的作用力,这个作用力随旋转角速度的增大而增大;而位错受到的x方向的作用力随旋转角加速度的增大而增大,旋转角加速度为负值时,存在一个位错的不稳定平衡位置,位错在此位置受到的合力为零.     

基于星点图像的小像差复原

提出了一种基于星点图像的小像差光学系统像差复原方法.应用标量衍射理论和Bessel级数,推导了以波像差的Zernike系数为参量的小像差光学系统点扩散函数的解析计算公式,利用该公式给出了基于星点图像的小像差复原问题的目标函数及梯度函数的表达式,并采用最优化方法进行求解.分别在理想情况和噪声情况下数值模拟了光学系统的像差复原,验证了本文提出的像差复原方法的有效性,并分析了星点目标尺寸对复原效果的影响.该方法以波像差的Zernike系数为优化变量,并利用推导得到的解析表达式计算目标函数及其梯度值,避免了常用像差复原算法中所需的傅里叶变换和有限差分等数值运算,提高了复原算法的运算速度.     

核一级管道温度梯度计算与分析

温度梯度求解是对核一级管道进行RCC-MA级准则分析的重要步骤.采用RCC-M规范中的简化分析法和ANSYS 15.0软件,详细研究了几何参数、瞬态工况参数对核一级管道温度梯度影响的一般性规律.研究结果表明:温度梯度参数在一定范围内随瞬态工况的温度变化速率、温度变化幅度、流量和管径的增大而增大;升温过程温度梯度参数的最...     

位错在金刚石—硅复合材料中引起的应力场

研究中利用镜像法建立物理模型。将复合材料转化为两个无限大体结构,并在界面位置上分布相应的位错密度函数。基于Stroh formalism得到各向异性场中的控制方程。通过构造解的形式,求得封闭的位错密度函数的解,最终得到应力场理论解。通过检验边界条件验证所得结果的正确性。讨论位错位置、位错混合度和晶向方向对界面上应力σ12、σ22和σ23的影响,同时给出解偶和耦合情况下位错产生的应力分布。所得结果通用于该类型各向异性复合材料,也可用于研究相关的位错动力学问题。     

重型铝合金结构裂纹振动红外热像检测的建模和分析

为了实现重型铝合金承力结构裂纹的振动红外热像无损检测,优化检测条件,提出振动热像检测的数学模型,用解析法研究金属裂纹振动热像检测的检测条件和影响因素。用试验说明振动热像法的有效性,用强迫振动理论和瞬态传热理论对振动热像法进行数学建模和解析计算,得出裂纹区表面温升与裂纹阻尼、激振力幅值、激振频率、激振时间、裂纹深度等力学参数的函数关系。结果表明,理论计算结果与试验现象相吻合,所提出的解析模型可以精确地描述多种主要力学参数对振动热像的影响规律。以建模和解析法研究振动热像法的振动发热规律对揭示其内在规律和建立标准操作参数窗口具有普遍意义     

激光冲击强化TC4双相钛合金过程中β相的细化机理

采用激光冲击强化(LSP)技术对TC4双相钛合金进行表面强化处理(冲击0～3次),研究了β相晶粒细化机理以及强化前后残余应力、表面硬度及疲劳强度的变化.结果表明:激光冲击强化过程中,β相晶粒内的位错首先通过滑移形成位错线,随着塑性变形加剧,位错不断堆积形成位错壁和位错胞,位错进一步运动后形成亚晶界,并通过动态再结晶实现...     

纯铝表面机械研磨纳米化后的显微组织和硬度

对纯铝进行表面机械研磨处理形成纳米层,用XRD、TEM对表面纳米层进行了表征,并对沿深度方向的硬度变化进行分析.结果表明:晶粒细化后的主要微观特征是在原始晶粒内形成位错缠结、位错胞和高密度位错墙;随着应变的增加,这些位错组态逐渐演变成位错胞、亚晶、位错墙-显微带结构和层状胞块结构;随着应变和应变速率的进一步增加,晶粒细化遵循逐渐细分原则,逐渐在表面形成随机取向的纳米晶;与试样心部硬度相比,其表面硬度明显提高.     

基于自由曲面的空间光学系统偏振像差分析

针对含有自由曲面的空间光学系统中偏振像差对探测精度和成像质量的影响,基于琼斯表示法,提出以条纹泽尼克多项式为表征函数的自由曲面离轴光学系统偏振像差分析方法,构建了自由曲面反射光学系统偏振像差解析模型,分析了条纹泽尼克多项式低阶系数对视场离轴光学系统偏振像差分布的影响;通过全视场偏振光线追迹仿真及系统引入自由曲面前后的对比,揭示了自由曲面对离轴光学系统相位像差、相位延迟和二向衰减3种偏振像差的作用规律;最后,设计了含有自由曲面的大视场离轴三反偏振成像光学系统,并分析了系统全视场的偏振像差.分析结果表明:相位像差分布与自由曲面面形矢高分布一致,自由曲面引起的二向衰减和相位延迟占系统总体二向衰减和相位延迟的52.5％.掌握这种偏振特性变化对于设计深空天文望远镜等甚高精度的光学系统具有重要意义.     

压电材料中螺型位错和偶极子与半椭圆槽表面裂纹的干涉效应

运用弹性复势方法,研究纵向剪切和面内电场共同作用下无限半平面压电材料中螺型位错和偶极子与半椭圆槽表面裂纹的电弹干涉效应,得到该问题复势函数的封闭形式解答,并由此导出广义应力场、裂纹尖端的广义应力强度因子以及作用在螺型位错上的位错力.算例结果表明:增大材料压电常数会相应增大位错力、位错对裂纹尖端的屏蔽和反屏蔽效应;增大位错离裂纹尖端的距离,位错力会相应减小;变化φ(偶极子臂与x轴正半轴夹角)值会出现一个改变位错偶极子对应力强度因子作用方向的临界值.     

铁素体珠光体钢的疲劳位错结构

应用高压透射电镜研究40Mn钢的疲劳位错结构随加载周数的变化。略高于和略低于疲劳极限的循环应力作用下,铁素体珠光体钢中自由铁素体和珠光体的铁素体所形成的疲劳位错结构的主要特征为位错偶极子和位错圈。但高于疲劳极限的加载,使钢中位错分布出现不均匀现象,形成位错缠结并出现高密度位错纠集区。钢中珠光体的渗碳体随着应力周数的增加也出现位错亚结构。铁素体珠光体钢疲劳塑性变形阶段的位错结构特征随周数的变化可分为三个时期。第Ⅰ期——不规则的位错钢,第Ⅱ期——位错偶极子和位错圈,以及第Ⅲ期——位错缠结和初期位错胞。     

A piezoelectric screw dislocation interacting with an elliptical inclusion containing electrically conductive interfacial rigid lines

The problem of the electroelastic interaction between a piezoelectric screw dislocation and an elliptical inclusion with electrically conductive interfacial rigid lines under antiplane shear and inplane electrical loads is dealt with. The screw dislocation (antiplane singularity) is located inside either the elliptical inclusion or the infinite matrix. An efficient complex variable method for multiply connected regions is developed, in terms of which explicit series solutions for the electroelastic fields in the matrix and the inclusion regions are derived. The image force acting on the piezoelectric screw dislocation is then calculated by using the generalized Peach–Koehler formula. The influence of the aspect ratio of the ellipse, rigid line geometry and material electroelastic dissimilarity on the image force is discussed. It is shown that the effect of the interfacial rigid line on the equilibrium position of the dislocation near an elliptical inclusion is significant. A stable equilibrium position of the screw dislocation in the matrix can exist when the dislocation near the soft elliptical inclusion and the interfacial rigid line. An important founding is that there exists a same critical value of the interfacial rigid line angle to change the direction of the image force acting on the dislocation regardless of the shape of the inclusion as the area of the elliptical inclusion taking a constant.     

考虑热效应的柔性多体系统的动力学分析

机械系统因热膨胀和热弯曲引起的热误差是工程研究的一个重要问题。为了研究热效应对柔性多体系统动力学特性的影响,本文首先从虚功原理出发,用假设模态法对平面梁进行离散,在温度变化和y方向的温度梯度已知的情况下,建立了单个柔性梁的动力学变分方程,然后根据各柔性体之间的运动学约束关系,引入拉格朗日乘子,建立了柔性多体系统的第一类拉格朗日动力学方程,并推导了约束力的计算公式。曲柄滑块机构的数值仿真表明:温度变化对系统动力学特性的影响不仅与温度变化率和系统惯量有关,还取决于几何位置。当运动机构趋近于奇异位置时,热效应最为显著。进一步研究表明,温度梯度引起横向变形和横向约束力平均值的变化。     

机床丝杠进给系统热误差测点优化及实验

针对丝杠进给系统热误差监测点多,且测点之间存在复共线性影响热误差建模精度的问题,提出了一种综合测点优化的方法。首先利用Pearson相关性分析筛选出相关性较高的点,其次利用灰色关联法求出各温度变量间的灰色关联度并由此建立模糊相似矩阵,再采用模糊聚类和F分布统计确定最优测点组合后,由偏相关性分析剔除弱相关变量并建立热误差线性回归模型。在某龙门加工中心进行实验验证,结果表明温度测点由12个减小到3个,丝杠热误差由13μm减小到10μm。     

一种新型PZT压薄膜应力传感器的设计仿真

针对目前应力传感器不能兼顾柔性、动态测量及无法测量曲面接触应力特征信息等难题,设计了一种新型的PZT压电薄膜柔性应力传感器。主要有由PZT压电薄膜、导线、特殊的压敏涂层等构成。传感器的受力信息可以通过检测PZT压电薄膜传感器的电荷变化来获取,可应用于测量各种接触面之间的应力。为研究测量轮胎路面等具有复杂曲面接触结构的应力分布提供了新的思路和方法,分析了压电传式感器的工作原理,压电薄膜的传感特性,建立有限元分析模型,进行仿真分析,结果表明该传感器结构简单、体积小,相对于传统测量方法更加可靠,适用于曲面应力的测量。     

新型压电式测力仪多功能静态标定平台的研制

为了解决压电测力仪的静态标定,文中介绍了自行研制的高精度、高刚性静态标定平台原理与结构。该标定台垂直力、水平力均采用螺旋加载方式,力值大小由三级标准测力环直接读取;而扭矩的加载采用"力×力臂"法,通过平移两个水平加载机构形成力臂,同时产生大小相等、方向相反的两个力来实现。对该标定台进行精度和刚度实测,结果表明相关指标均达到了CIRP-STCC标准。无疑,利用该标定平台可完成单向、双向力传感器、三向压电式测力仪以及钻削测力仪的静态灵敏度、线性、重复性、滞后以及横向干扰标定。     

一种新型大推力直线压电作动器

设计了一种新型大推力直线压电作动器,采用螺旋箝位的方式实现对压电叠堆微小位移的累积输出,实现了大推力和长行程。对该种作动器的驱动机理和作动器设计过程中的关键技术问题进行了详细的分析,包括力矩电机的转速设计、上下柔性联轴器的扭转刚度设计、螺母和丝杠之间相关机械参数的设计以及对所选压电叠堆进行性能测试并选择其最佳工作频段。原理样机长为140 mm,最大直径为45mm,重量为0.7 kg,行程为40 mm。在力矩电机转速为300 r／min,压电堆驱动频率为100 Hz时,作动器的最大输出力可达130 N。     

Stewart结构六维力传感器各向同性的解析分析与优化设计

各向同性是反映六维力传感器结构性能优劣的重要指标,各向同性性能分析是Stewart结构六维力传感器结构设计中的关键性问题。为了获得最优的各向同性性能,应用螺旋理论建立Stewart结构六维力传感器的静态数学模型,系统研究传感器的各向同性性能指标。利用数学解析的方法,对传感器的正向和逆向各向同性进行分析,推导出同时满足正向力和力矩各向同性时结构参数之间的关系表达式,证明了该类传感器不能同时满足逆向力和力矩各向同性,并得到了各向同性度性能指标之间存在的制约关系。权衡各向同性的四个性能指标,通过求解综合性能目标函数的极值,得到了综合性能指标的最优值,并推导出综合性能指标最优时结构参数之间所满足的关系表达式。研究内容为Stewart结构六维力传感器的结构性能优劣评价及结构优化设计奠定了基础。     

Anti-plane analysis of functionally graded materials weakened by several moving cracks

This paper considers several finite moving cracks in a non-homogeneous material. The shear modulus and mass density of the plane are considered for a class of functional forms for which equilibrium equation has analytical solutions. The distributed dislocation technique is used to carry out stress analysis in a non-homogeneous plane containing moving cracks under anti-plane loading. The solution of a moving screw dislocation is obtained in a non-homogeneous plane by means of Fourier transform method. The stress components reveal the familiar Cauchy singularity at the location of dislocation. The solution is employed to derive integral equations for a plane weakened by moving cracks. Finally several examples are solved to show the effects of the material non-homogeneity and speed of cracks on the stress intensity factors.     

Analysis of three collinear antiplane interfacial cracks in dissimilar piezoelectric materials under non-self equilibrated electromechanical loadings on a center crack

The problem of three collinear interfacial cracks between two dissimilar transversely isotropic piezoelectric materials is considered under electromechanical loadings. The crack surfaces are assumed to be impermeable to the electric field. A single antiplane mechanical and inplane electrical loads are applied at a point on centred crack surface. The problem is formulated by the complex function method, and reduced to the vector Hilbert problem. By solving the problem, a closed form solution for the stress intensity and electric displacement intensity factor is obtained. This solution can be used as a Green’s function for different loading conditions.