螺旋锥齿轮热处理和磨削残余应力有限元分析

为了对螺旋锥齿轮加工过程中表面残余应力进行分析和控制,应用DEFORM和ABAQUS软件建立螺旋锥齿轮热处理和磨削仿真模型,研究热处理和磨削过程残余应力提取与叠加方法,分析磨削速度、磨削切深、进给速度对残余应力的影响规律。通过磨削加工试验,验证有限元仿真的可信性,为齿轮热处理和磨削工艺参数的确定提供理论指导。     

压缩预应力对复合材料层板抗冲击损伤性能的影响

为确定压缩预应力对复合材料层板抗冲击损伤性能的影响,首先对不同压缩预应力下的碳纤维/双马树脂CCF300/5428层板进行了低速冲击和准静态压痕试验,然后通过热揭层和冲击后压缩试验分别得到了层板分层面积和剩余强度。结果表明:压缩预应力会大幅降低层板的接触刚度和弯曲刚度,从而导致相同冲击能量下层板凹坑深度和背部基体开裂长度增大;对于准静态压痕过程和相同冲击能量下的冲击过程,分层起始载荷和峰值载荷均随压缩预应力的增大而减小;在相同冲击能量下,随着压缩预应力的增大,层板内部分层总面积及冲击能量吸收比不断增大,剩余压缩强度不断降低。因此,压缩预应力会降低复合材料层板的冲击损伤阻抗,对损伤容限性能不利,在对承受压缩载荷结构的试验验证过程中应考虑压缩预应力对抗冲击损伤性能的影响。      

GLARE层板挤压渐进损伤分析

对GLARE36/5层板进行挤压性能试验研究,采用超声C扫描、断口微距拍摄和扫描电子显微镜等方法观测GLARE层板挤压渐进损伤过程和最终破坏模式。结果表明:GLARE层板挤压起始损伤为铝合金塑性变形;损伤扩展阶段,0°纤维主要承受挤压正应力,铝合金塑性变形增大,铺层间分层起始并扩展;0°纤维屈曲折断后层内纤维基体损伤和分层损伤急剧扩展,层板最终发生挤压破坏。将GLARE层板挤压失效分为层内失效和层间失效,采用应变描述的Hashin准则和界面单元方法并引入金属塑性建立GLARE层板挤压渐进损伤数值模型,数值模型对层板损伤起始位置、分层产生位置、损伤演化过程、最终破坏模式及破坏载荷进行了预测,计算结果与试验结果吻合较好,说明该计算方法能够有效模拟GLARE层板挤压渐进损伤性能。      

复合材料T型加筋板筋条冲击损伤及冲击后压缩行为试验

本文研究了复合材料加筋板的筋条冲击损伤及冲击损伤对加筋板轴向压缩（CAI）行为的影响。针对T型单筋加筋板,通过落锤法从面板一侧对筋条进行5种能量水平的低速冲击。试验结果表明：冲击筋条产生的面板凹坑不易观察;当冲击能量低于筋条损伤门槛能量时,加筋板筋条无损伤出现,筋条-面板也不会发生脱粘;一旦冲击能量超过筋条损伤门槛能量,筋条的腹板会在弯曲拉伸应力作用下损伤,同时筋条-面板之间会出现严重脱粘。分别对完好和损伤试验件进行压缩试验,试验结果显示：低于门槛能量的冲击对加筋板的压缩屈曲载荷影响不大,同时只会略微降低失效载荷;而冲击造成筋条损伤后,筋条在压缩过程中会由于损伤扩展出现卸载;卸载后的筋条会对面板失去支撑,使面板的屈曲载荷降低,从而大幅地削弱加筋板的承载能力。     

复合材料开孔层板压缩渐进损伤试验

为研究碳纤维增强树脂基复合材料开孔层板在压缩加载过程中的损伤起始、演化方式和损伤特点,采用微距拍摄、逐级加载超声C扫描、X光扫描和扫描电子显微镜观测4种观测手段对国产CCF300/5228A[45/0/-45/90]4s、[452/02/-452/902]2s、[454/04/-454/904]s3种铺层方式的开孔层板进行了压缩试验研究。对压缩载荷作用下开孔层板的损伤起始和损伤演化进行了观察和对比。对试验中观测到的纤维微屈曲、纤维挤出、孔边开裂和分层扩展等现象之间的关系进行了分析和说明。试验结果表明:压缩载荷下45°和90°铺层相邻位置为层板易分层位置,含45°和90°铺层相邻位置的开孔层板渐进损伤过程较为明显:开孔层板在压缩载荷下较早出现损伤,损伤的起始和演化缓解了孔边应力集中,促使压缩应变能在孔边逐步释放,推迟开孔层板压缩破坏的发生,提高层板压缩承载能力。研究结果可为材料结构损伤容限设计提供依据。     

基于磨削特征参数的18CrNi4A钢磨削热数值计算模型

磨削工序是零件成型的重要环节，磨削过程中的磨削热一直是人们关注的重点，产生的热量过大会导致磨削烧伤等问题，必须控制好磨削参数。基于磨削理论，提出了零件表面磨削接触宽度、磨削接触长度、磨削力等参数的表征方法，建立了一种磨削热的数值计算方法。通过磨削热数值计算模型，得到了磨削过程零件的表面温度。并通过18CrNi4A材料磨削加工试验，验证了磨削热计算模型的可信性，能够对18CrNi4A及其他高强钢材料磨削加工工艺参数的确定提供一定的理论指导。