筒形桅杆有限元计算模型及无刚度奇点的消除方法研究

本文提出了一个用于消除空间杆梁结构有限元模型中的无刚度“奇点”的元素及相应的刚度矩阵计算公式。在无刚度“奇点”出现处以此元素替代拉压杆元,可使空间杆梁结构模型中的无刚度“奇点”消失,能够在不增加整个计算模型自由度的情况下提高计算结果的精度。在微型计算机上运用全部三维12自由度梁单元计算模型、拉压杆元——加弹性支座计算模型和本文提出的计算模型对某型军舰的桅杆结构进行了实例计算比较。计算结果表明:用本文方法得到的应力值、位移值与全部三维12自由度梁单元模型的计算结果符合良好。     

拉压异性材料厚壁圆筒和厚壁球壳的极限载荷分析

本文利用库仑屈服准则,研究了拉压异性材料厚壁圆筒和厚壁球壳的弹性极限载荷和塑性极限载荷,得出了新的结果和结论。计算结果表明,考虑了材料的拉压异性之后,厚壁圆筒和厚壁球壳的极限载荷均有明显提高。     

非线性弹性平面铰接杆系的应力应变分析

以指数函数近似表示非线性弹性材料的应力-应变关系,推导出了非线性弹性材料平面铰接杆系应力应变计算的普遍表达式,编制了通用计算程序。     

拉压异性材料具有圆孔的无限大薄板的极限分析

利用莫尔屈服准则,对拉压异性材料具有圆孔的无限大薄板进行了极限分析。计算结果表明,材料的拉压异性对结构的极限承载能力和弹塑性状态都有明显的影响。考虑了材料拉压异性的影响,分析结果更具一般性。     

拉压异性材料楔体的极限载荷分析

利用莫尔屈服准则,对一侧承受均布垂直载荷作用的拉压异性材料楔体进行了极限载荷分析。计算结果表明,考虑了材料的拉压异性影响,楔体承受的极限载荷有明显提高。     

变负载下超磁致伸缩作动器非线性动力特性分析

针对应用于混合隔振系统的超磁致伸缩作动器,建立了其耦合磁弹性的动力学方程。在磁致伸缩材料二次畴转模型和均质能量场磁滞模型基础上,分别分析了变应力对Terfenol-D材料饱和磁致伸缩、磁滞算子、矫顽场分布函数以及交互场密度分布函数的影响,并通过实验数据进行最小二乘参数识别和多项式拟合得到了考虑变应力的二次畴转模型和均质能量场磁滞模型,该模型可以有效地应用于变负载下Terfenol-D杆磁致伸缩的计算。通过对作动器耦合磁弹性动力学方程进行数值求解,得到不同频率及不同应力下外部激励磁场与作动器输出位移之间迟滞非线性关系。结果表明:相同频率下增大负载力,滞回环倾斜角度不变但其面积增加,作动器能量转换效率降低,同时负载力对作动器的幅频特性影响十分明显。     

岩石拉压特征的相似性

本文通过近年来岩石力学的试验结果,其中包括单轴拉压力和压应力作用不同岩石的完全应力－应变曲线,受拉强度和受压强度的载荷速度效应,以及蠕变寿命随蠕变应力水平的变化等,研究了岩石在拉应力和压应力作用下上述力学特征的相似性和规律性,并通过电子显微镜对岩石试件裂缝扩展过程的观察,以及破坏断面的显微分析,讨论了拉应力和压应力作用下岩石裂缝扩展和变形破坏的力学机制。     

分段计算方法在模拟爆炸应力波传播中的运用

针对爆炸加载下岩石响应的不同特点以及动力有限元和传统地震波模拟方法的局限性,提出了一种分段计算的数值模拟方法.该方法在空间上将所模拟的区域划分为非弹性段和弹性段,非弹性段内采用动力有限元计算方法,弹性段内采用传统的地震波方法,不同段之间以节点位移为边界条件.不同算法的数值模拟结果验证了分段计算方法用于模拟爆炸荷载产生地震波的有效性和正确性.     

陶瓷/金属梯度热障涂层的制备及性能评价

为了评价陶瓷/金属梯度热障涂层的性能,设计了4种涂层方案和2种基体材料(1Cr18Ni9Ti和2Cr13).利用单枪单送粉器成功地制备了线性梯度涂层.通过观察涂层的微观结构、测量涂层的抗热震性能和热残余应力来评价涂层的性能.利用扫描电镜对各种陶瓷涂层的微观结构进行了观察和分析,利用X射线能谱分析得到了陶瓷梯度涂层试样中的不同区域的衍射图.热震试验表明,梯度涂层比非梯度涂层具有更好的抗热震性能.采用钻孔法对不同涂层方案进行了残余应力的测量,结果表明,压应力出现在1Cr18Ni9Ti基体材料上,而拉应力出现在2Cr13基体材料上.     

921A钢在海水中腐蚀的力学化学效应

为了研究弹性应力和弹塑性应变对921A船体钢在模拟海水中腐蚀行为的影响,采用自制的载荷-电化学实验装置对921A钢在载荷与腐蚀介质协同作用时的开路电位、动电位极化曲线和电化学阻抗谱等电化学性能进行了测试,并由电化学阻抗谱拟合得到的电荷传递电阻定义载荷下的腐蚀速率修正因子,将实验得到的腐蚀速率修正因子与理论值进行了对比。结果表明:弹性拉应力与弹性压应力对力学化学效应的影响具有对称性。力学化学效应随着弹性应力的增大而增大,随着弹塑性应变的增大先增大后减小。弹塑性应变对力学化学效应的影响远远大于弹性应力的影响。在研究范围内,弹塑性应变引起的腐蚀电位负移量最大为62.6 mV,相应的腐蚀速率修正因子高达4.113,而弹性应力引起的腐蚀电位负移量最大为24.5 mV,相应的腐蚀速率修正因子为1.746。由此可见,应力应变对921A钢在海水中腐蚀行为的影响不容忽视。     

Numerical investigation of the failure mechanism of cubic concrete specimens in SHPB tests

Cylindrical specimens are commonly used in Split Hopkinson pressure bar (SHPB) tests to study the uniaxial dynamic properties of concrete-like materials.In recent years,true tri-axial SHPB equipment has also been developed or is under development to investigate the material dynamic properties under tri-axial impact loads.For such tests,cubic specimens are needed.It is well understood that static material strength obtained from cylinder and cube specimens are different.Conversion factors are obtained and adopted in some guidelines to convert the material strength obtained from the two types of specimens.Previous uniaxial impact tests have also demonstrated that the failure mode and the strain rate effect of cubic specimens are very different from that of cylindrical ones.However,the mechanical background of these findings is unclear.As an extension of the previous laboratory study,this study performs numerical SHPB tests of cubic and cylindrical concrete specimens subjected to uniaxial impact load with the validated numerical model.The stress states of cubic specimens in relation to its failure mode under different strain rates is analyzed and compared with cylindrical specimens.The detailed analyses of the numerical simulation results show that the lateral inertial confinement of the cylindrical specimen is higher than that of the cubic specimen under the same strain rates.For cubic specimen,the corners are more severely damaged because of the lower lateral confinement and the occurrence of the tensile radial stress which is not observed in cylindrical specimens.These results explain why the dynamic material strengths obtained from the two types of specimens are different and are strain rate dependent.Based on the simulation results,an empirical formula of conversion factor as a function of strain rate is proposed,which supplements the traditional conversion factor for quasi-static material strength.It can be used for transforming the dynamic compressive strength from cylinders to cubes obtained from impact tests at different strain rates.     

非线性系统参数识别的傅里叶级数展开法

采用电液伺服材料试验机加载方式,通过位移控制和傅里叶级数展开技巧,将含有滞迟环节系统的非线性参数识别问题转化为扩充参数的线性识别问题,为钢丝绳、金属橡胶构成的隔振系统的模型识别奠定了重要的理论基础。     

Mechanical behavior and failure mechanism of polyurea nanocomposites under quasi-static and dynamic compressive loading

Polyurea is an elastomeric material that can be applied to enhance the protection ability of structures under blast and impact loading.In order to study the compressive mechanical properties of SiC/polyurea nanocomposites under quasi-static and dynamic loading,a universal testing machine and split Hop-kinson pressure bar(SHPB)apparatus were used respectively.The stress-strain curves were obtained on polyurea and its composites at strain rates of 0.001-8000 s-1.The results of the experiment suggested that increase in the strain rates led to the rise of the flow stress,compressive strength,strain rate sensitivity and strain energy.This indicates that all of the presented materials were dependent on strain rate.Moreover,these mechanical characters were enhanced by incorporating a small amount of SiC into polyurea matrix.The relation between yield stress and strain rates were established using the power law functions.Finally,in order to investigate the fracture surfaces and inside information of failed specimens,scanning electron microscopy(SEM)and micro X-ray computed tomography(micro-CT)were used respectively.Multiple voids,crazes,micro-cracks and cracking were observed in fracture surfaces.On the other hand,the cracking propagation was found in the micro-CT slice images.It is essential to understand the deformation and failure mechanisms in all the polyurea materials.     

应急机场沥青道面高温稳定性试验研究

利用MTS～810型材料伺服试验机对应急机场道面沥青混凝土进行了高温条件下车辙试验和蠕变试验。试验结果表明：随应力的增大，沥青混凝土的弹性应变增大，塑性应力增大，破坏时间提前，应变的发展速度越来越快；得出了应急机场道面沥青混凝土的粘、弹性参数与应力的关系及本构模型；求出了不同机型的不同胎压作用下应急机场面层沥青混凝土的动稳定度；根据应急机场跑道上的飞机重复作用次数及车辙试验结果，计算了不同胎压作用下应急机场沥青混凝土面层的变形厚度，在允许寿命内面层沥青混凝土的动稳定度满足要求。     

基于应变测量法的几种典型悬臂梁的挠度测量

挠度变形是工程梁设计中的一项重要指标,为了更加准确地测量梁的挠度变形,提出了采用应变式传感器进行挠度测量的方法对几种典型的悬臂梁的挠度进行测量,该方法是利用挠度与外载荷(外力偶)、弯矩与应力、应力应变之间的关系,导出梁的挠度与应变之间的关系,从而由测得的应变得出悬臂梁在外载荷作用下的挠度。测量结果表明该测量方法测得的结果大大地提高了挠度测量精度。     

空间结构的动应变控制

针对一类航天器外伸结构的结构振动问题 ,提出了一种动应变控制方法。并以一梁式外伸结构为例 ,建立了结构振动的应变动力学方程 ,以及以动应变为状态变量的闭环反馈应变控制状态方程。进行了应变控制的数值仿真。结果表明 ,方法是有效的 ,对于解决大型外伸结构的振动控制问题具有十分重要的实际意义和应用价值。     

激光熔覆搭接过程残余应力应变的有限元计算

激光熔覆过程中产生的残余应力与应变对熔覆层的裂纹开裂倾向有重要影响。利用有限元法对激光多道搭接过程熔覆层的残余应力和应变进行计算,计算过程中主要考虑瞬时温度变化引起的热应力、σ-ε曲线、有限元网格、力学边界条件4个方面。热应力主要在温度场计算结果的基础上求得;σ-ε曲线采用的是线性强化材料的弹塑性曲线;有限元网格主要采用分区划分的形式进行。通过计算,得到了搭接后的熔覆层上关键点的残余应力和应变分别为1 400 MPa和2.2×10^-2。结果表明：搭接熔覆层交界处的点产生焊趾裂纹的倾向最大,第1道熔覆顶点处产生横向裂纹的倾向次之。     

铝合金板材相对均匀性的声-超声评价研究

基于Ritec-SNAP系统建立了声-超声技术实验系统,阐述了该实验系统的原理及应力波因子的定义,分析了在声-超声技术评价过程中用声信号的幅频特性及应力波因子表征材料相对均匀性的可行性。利用建立起来的实验系统,对铝板的相对均匀性进行了声-超声评价的实验研究。实验结果表明,用应力波因子评价铝合金板材的相对均匀性具有可行性。     

物理弱间断线上Ⅲ型斜交裂纹高阶渐近场

针对功能梯度材料层/均匀材料基体的物理弱间断线上斜交裂纹,通过分离变量和级数展开法构造位移函数,求得了裂纹尖端高阶渐近场。其界面裂纹尖端高阶渐近应力场具有与均匀材料相同的r-1/2的奇异性。由高阶项的表达式可知：材料非均匀性对应力场有显著影响。数学上,该解为此类问题的特征函数,能够描述此类材料各种含裂纹结构的整个应力场和位移场,当非均匀参数为零时,它可以退化到均匀材料反平面裂纹问题经典的W il-liam s解。     

脉冲电抗器结构应力测量

为了对高压脉冲放电时电抗器结构受力及电流密度分布规律进行分析,使用电阻应变片对电抗器铜带进行应力测量。利用厚壁筒受压模型对应力测量系统的结果进行计算,设计内置气囊增压法来等效铜带上的应力对测量系统进行标定,并对标定实验数据进行验证。使用半桥补偿电路、屏蔽线及电桥盒共地的方法来减小脉冲电磁干扰及测量回路中寄生电阻和电容带来的电气干扰。实验结果表明:同一测量点处的环向应变峰值比轴向应变峰值大,边缘处的应变大于中心处的,需要在电抗器铜带边缘处加强外包约束。根据应力测量结果推断:铜带边缘处电流密度约为中心处电流密度的1.2倍。