颗粒增强复合材料热机疲劳性能的模拟分析

针对颗粒增强复合材料，基于杂交应力元的基本原理，推导考虑塑性应变、热应变和蠕变应变的Voronoi单元。利用新单元模拟分析机械疲劳载荷和热疲劳载荷的相位关系及夹杂的拓扑结构对结构的热机疲劳迟滞回线影响。     

非线性弹性材料在多层圆柱结构中接触预紧作用的模拟

利用非线性弹性材料对多层圆柱结构进行接触预紧，涉及到几何非线性和材料非线性以及接触面上摩擦力的影响。当材料间刚度差别较大时，刚度低的材料呈现大变形特征，加大了几何非线性的程度。结构内部预紧力的大小和分布与结构的整体刚度、结合部位的局部刚度、过盈配合程度、接触面积等因素有关。本文对以橡胶作为预紧垫层的双层金属柱体的预紧过程进行了力学实验和数值模拟。预紧后的模型受中心集中力的作用，以得到橡胶垫层在复杂载荷作用下的状况。在数值模拟模型中，接触面采用直接约束模型，摩擦力的模拟选用库仑摩擦模型，预紧力的施加与力学实验模型相同，利用两个金属半圆环逐步压紧橡胶材料。数值模拟结果和实验数据吻合较好，表明结构非线性大变形接触预紧模拟的数值模型是合理的。     

纤维增强金属基复合材料热机械循环加载力学模型

着重论述考虑涂层效应的纤维增强金属基复合材料的热机械加载细观力学模型.在假设基底金属为粘塑性材料,纤维与涂层为横观各向同性弹性材料的前提下,从复合材料内部组分的细观力学关系入手,利用平均应力应变的概念,分析材料在热机械载荷作用下的应力应变关系.针对金属基底的粘塑性特性,选择Bodner-Partom模型作为金属的基本本构关系,并进一步将主要问题归纳为可以数值求解的以时间为自变量的一阶常微分方程组的初值问题.     

P20钢电火花成形加工表层的组织结构和性能

在不同脉冲电流条件下对模具钢P20进行电火花成形加工,研究了脉冲电流对试样表层的微观组织结构的影响,以及微观组织结构对表面性能的影响。结果表明,电火花成形加工后试样的表面分为烧蚀层、熔化凝固层和热影响层。随着脉冲电流的增大,熔化凝固层和热影响层的厚度增大;在加工过程中元素的扩散和迁移使熔化凝固层外侧碳元素和氧元素的浓度较高。电火花成形加工过程相当于热处理过程,从熔化凝固层到热影响层、基体,显微硬度快速降低。有限元模拟计算表明,在熔化凝固层内的垂直与界面微裂纹主要是加工放热过程中的残余应力引起的。     

爆破震动时频分布的小波包分析

应用小波包分析研究了短时非平稳爆破震动时频分布规律。首先 ,简要介绍了小波包分析的原理和特点 ;其次 ,给出了一个爆破震动实验的测试结果 ,并应用小波包分析计算了其振动分量的时频分布情况 ;最后 ,对计算结果进行了分析和讨论。研究结果表明 ,爆破震动能量分布处于非常宽的频率范围 ,具有比较确定的多阶固有振动频率 ,同时 ,振动能量随时间的发展表现出剧烈的波动变化。     

洞室围岩三种破坏形式的试验研究

 为探讨洞室围岩的破坏过程和机制,进行拉断裂和远场断裂破坏、V型坑破坏及分区破裂化3种破坏形式的试验研究。试验中采用平面和空间加载方式对预制洞室模型进行加载,通过白光散斑数字相关方法和声发射对模型洞室围岩的破坏过程进行监测,进而对3种破坏形式的形成机制进行分析。拉断裂和远场断裂破坏试验表明：远场断裂产生的力学机制主要是以拉应变集中,即拉断裂为主,拉压联合作用的结果;V型坑破坏试验表明：洞室围岩从局部破坏发展形成V型断裂区,后续断裂从V型断裂区尖端形成,向洞室围岩深部扩展;分区破裂化试验表明：洞室围岩深部的环向断裂是从洞室边界的局部破坏区尖端开始,向洞室围岩深部扩展,并在洞室边界与围岩深部环向断裂之间形成完整的没有破坏的区域。     

压杆法研究厚度对小圆片试样断裂韧性的影响

采用SP压杆实验方法,在常温下对六种不同厚度的小圆薄片的断裂韧性进行测试。实验结果表明,随着厚度的增加,断裂变形能和断裂韧性增加,断裂部分的外表面表现出微突起,微突起四周存在微小裂纹明显的特征。考虑弹塑性变形能,通过SP冲压断裂变形能计算得到断裂韧性,进而得到临界断裂变形能密度。采用塑性断裂应变作为裂纹起裂判据,临界断裂变形能密度作为裂纹扩展判据的断裂模型,对SP压杆实验进行模拟,得到与实验结果比较相符的模拟结果。采用GTN模型研究厚度对空洞增长的影响,得到厚度增加导致微突起明显的空洞率增加。     

表面再结晶晶粒对涡轮叶片DZ4合金疲劳性能的影响

目的 了解表面再结晶晶粒影响涡轮叶片DZ4合金疲劳失效的机制,从而找出提高疲劳寿命的途径.方法 采用我国自主研发的涡轮叶片用定向凝固合金DZ4.对合金表面采用不同压力(0.1、0.3、0.5 MPa)进行喷丸处理,随后进行1220℃的热处理,合金表面塑性变形层发生再结晶形成再结晶晶粒.通过扫描电子显微镜等对不同条件下获得的再结晶微观组织进行观察分析.对于含表面再结晶层的DZ4试样和原始DZ4试样分别开展低周疲劳测试,以获得其循环变形行为和低周疲劳寿命.结果 在较低的喷丸压力下(如0.1 MPa),表层再结晶组织以离散的再结晶晶粒出现.在较高喷丸压力下(0.3 MPa和0.5 MPa),获得了完全的表面再结晶层,而且随喷丸压力的增大,再结晶层厚度增加.疲劳试验结果 显示,在较低喷丸压力(0.1 MPa)下获得的再结晶试样,其疲劳寿命比原始DZ4合金的明显降低;在0.5 MPa下获得的含再结晶层的DZ4试样,具有比原始DZ4合金更高的疲劳寿命.结论 定向凝固合金DZ4表面的再结晶层并不一定会降低其疲劳寿命.在较低喷丸压力(如0.1 MPa)及退火条件下形成的离散状再结晶晶粒对疲劳性能有害,疲劳寿命降低明显.在较高喷丸压力(如0.5 MPa)和退火条件下形成的致密细晶再结晶层,可提高DZ4合金的低周疲劳性能.晶体塑性模型有助于理解和预测再结晶层对疲劳性能的影响.     

承压热冲击对核压力容器强度的影响

主要研究核压力容器承压热冲击（PTS）的瞬态过程,对热应力和机械应力产生的耦合效应进行分析,评价承压热冲击事件对容器强度的影响。利用有限元方法,建立合理的三维计算模型,模拟核压力容器进出口水管附近的承压热冲击的过程和特性。承压热冲击的历程大体在几百秒量级。热冲击产生的应力大压力变化产生的应力,最大应力出现在接管和容器的接口附近,在这些区域产生局部塑性区。     

高温合金材料时间相关热机械疲劳寿命预测技术

本文在变温非线性运动强化规律所描述的高温合金材料热机械疲劳应力－应变循环特性的基础上,重点讨论了应变控制的时间相关热机械疲劳寿命预测技术。对于温度循环的影响,采用由应变能密度表示的损伤参数,并且引入了温度损伤系数。对于循环时间的影响,引入了蠕变─疲劳相互作用的损伤机制,采用韧性耗散损伤模型。在确定模型的一些参数时,采用等温力学试验和疲劳试验的数据,把等温疲劳研究成果推广到变温疲劳分析领域。