钛合金动态本构模型参数敏感度分析及识别方法

为分析钛合金动态本构模型参数的敏感度,克服了传统单因素分析法的弊端,采用拉丁超立方抽样方法在整个参数空间中抽样,利用非参数统计方法中的Spearman秩相关分析法对本构参数随机输入样本集与其对应的目标函数输出结果集作相关性分析。建立了用Spearman秩相关系数等效求解参数敏感度的表达式,进而实现了参数敏感度的整体性分析,提高了参数敏感度分析结果的可靠性。基于参数敏感度分析结果,为减少本构模型参数识别的计算量,快速、精确、可靠地搜索最优解,本文建立了基于改进小生境算法、可疑峰值点判断策略和局域精确搜索技术的改进遗传算法。该方法克服了基本遗传算法存在的无法同时满足精度、可靠性和节省计算时间的缺陷,避免了容易产生早熟现象,增强了局部寻优能力。数值计算结果表明：本文提出的方法显著提高了遗传算法的全局搜索能力且计算精度高。本文提出的参数敏感度整体性分析方法和改进遗传算法不仅能很好地实现钛合金的动态本构参数识别,而且对其它工程材料本构参数的高精度识别具有重要参考价值。     

卷扬式擦窗机超速保护装置制动性能研究

超速保护装置是卷扬式擦窗机必备的后备安全保护装置。本文以卷扬式擦窗机超速保护装置常用的棘轮、棘爪式制动器为例,研究了棘轮、棘爪设计参数对超速保护装置制动性能的影响,并通过一算例验证了理论分析的可靠性,得出了有益的结论。     

冲击载荷下减振器安装位置的动力响应优化

针对一受冲击载荷作用的结构,以减振器的安装位置为优化变量,以结构姿态角为目标函数,应用遗传算法,实现了对该结构的动力响应优化。运用有限元法及Mooney-Rivlin模型,橡胶减振器被简化为非线性弹簧单元。基于该简化模型,运用包含小生境技术和惩罚处理的遗传算法,实现了对减振器的位置优化。通过将优化结果与原设计方案的比较,验证了本文算法的有效性。本文方法对其它结构的动力响应优化设计也有很好的参考价值。     

钛合金动态本构关系的研究及应用

经典的Johnson-Cook本构模型不能很好地描述钛合金在高应变率下的力学性能。作者引入S型曲线定量描述β与ε·之间的关系,对经典Johnson-Cook本构模型进行了修正,并采用遗传算法快速确定本构关系中的各个待定参数。最后以Ti-6Al-4V合金为例,采用应力增量法作出不同应变率、不同温度下的真应力-真应变曲线。数值模拟结果与文献[7]中的实验数据吻合得很好,表明修正的Johnson-Cook模型能够很好地描述Ti-6Al-4V合金在任意应变率、任意温度下的力学行为,这对预测材料在高应变率和高温下的力学行为具有重要工程意义。     

基于实验的钛合金优化动态本构模型与有限元模拟

为确定钛合金材料的Johnson-Cook模型中5个待定本构参数,克服传统单因素分析法的弊端并提高参数识别效率和精度,采用拉丁超立方抽样、Spearman秩相关分析的参数敏感度整体分析方法,并在参数敏感度分析结果和基本遗传算法的基础上,建立了一种基于改进小生境算法、可疑峰值点判断策略和局域精确搜索技术的改进遗传算法,基于实验数据建立了精细的钛合金Johnson-Cook本构模型。采用隐式应力积分法将该模型嵌入到ABAQUS用户材料子程序UMAT中,并通过隐函数求导方法推导出一致切线刚度矩阵。通过ABAQUS有限元软件对钛合金材料的动态响应进行数值模拟分析,计算结果与已有的实验数据吻合良好,UMAT子程序的准确性得到验证,可用于钛合金材料的动态响应预测分析中。     

基于内聚力模型的复合裂纹耦合扩展多尺度数值模拟研究与实验验证

在外载荷作用下,材料的破坏与失效问题是一个涵盖从微观到宏观、从时间到空间等多个尺度相互耦合与关联的系统性科学问题.本研究以α-Ti材料为例,首先运用微观观测实验手段分析了α-Ti的显微组织结构和相结构,采用蒙特卡洛方法对微结构(晶粒大小、形状及分布)进行随机抽样处理,确定了其微结构的分布规律.通过与实验测得的材料强度做对比分析,并结合图像处理的方法获得微结构的定量化信息,探明了微结构对材料宏细观性能的影响,为微观尺度的分子动力学模型提供了可靠的基础.然后建立了三组包含复合微观缺陷的α-Ti拉伸微观计算模型,分别获得了界面层粘结力与其上下表面的相对位移之间的定量关系(T-S曲线).由于T-S曲线中包含了与裂纹尖端演化相关的微观信息(如位错发射和运动、裂尖钝化、裂纹偏折、孔洞成核和长大、孪晶等),再将T-S曲线与曲线中关键转折点所对应的原子构型相结合,从原子尺度观察并解释了α-Ti材料中不同复合微观缺陷扩展的现象、规律和机理.最后,采用基于原子模拟的内聚力模型对单调拉伸条件下CT试件的裂纹扩展做多尺度分析,研究了不同微观缺陷对材料宏观断裂参数的影响程度.     

基于有限元及一阶优化方法实现擦窗机吊臂优化

在传统擦窗机等截面箱形吊臂的基础上,提出了变截面箱形吊臂模型,并以某臂长10m的台车式擦窗机吊臂为例,采用有限元及一阶优化方法对其进行了优化设计,得出变截面箱形吊臂的最优解。该结构不仅大大减少了吊臂的材料,而且提高了吊臂的强度。     

基于API579准则对弯管腐蚀数值模拟的分析

为定量描述高压回注管道弯管处由于流体速度与方向的改变而引起的物理冲刷腐蚀,本文以川西北气矿的高压回注水管道为例,利用Fluent软件建立了垂直弯管冲刷腐蚀模型,并利用API579准则对相应弯管处的剩余强度进行评价和研究。结果表明,腐蚀速率最大区域发生在弯管段外壁。同时,根据数值模拟计算对各控制参数根据遗传算法进行优化处理。针对管道内壁结垢无法测量准确数据的情况,建立了一套相对完整的评价优化分析系统。     

TiNi形状记忆合金动态力学性能测试

随着TiNi形状记忆合金的开发和应用,其力学性能越来越受到重视。为了研究TiNi合金的力学性能,利用MTS万能试验机测试得到了TiNi合金不同温度下静态拉伸应力应力应变曲线,并对曲线进行了详细的分析;利用分离式霍普金森压杆(简称SHPB)对TiNi合金进行了多种高应变率下的动态压缩实验,得到了相应的应力应变曲线;利用改进的SHPB测试系统对TiNi合金进行了动态三点弯曲实验,得到了TiNi合金的动态断裂韧度。研究结果表明,TiNi合金不同于一般的金属,它的静、动态应力应变曲线出现了两个屈服平台、两个弹性阶段和两个非弹性变形阶段,同时,TiNi合金是一种比较脆的金属,在动态冲击载荷下容易发生脆断。