双金属衬里复合管内衬弹塑性失稳有限元分析

采用数值模拟的方法建立了含初始缺陷的受限衬管失稳力学模型，重点研究了受限衬管的临界失稳载荷和后屈曲构型之间的相互作用行为，并讨论了临界失稳载荷的缺陷敏感性，最后通过试验验证了仿真结果的计算精度。结果表明，相对于衬管半径1%幅度的内衬不圆度缺陷会使内衬的临界失稳载荷下降约65%;在相同的初始椭圆度缺陷δ₀前提下，随着内衬径厚比的增大，其临界失稳载荷不断减小；复合管内衬临界失稳载荷的有限元计算结果与试验结果的相对误差为1.82%。建立的平面应变有限元力学模型不仅可以准确求解出受限内衬的临界失稳载荷，还能够大量节约试验成本。     

Ti55钛合金整体壁板电脉冲辅助压弯成形失稳研究

高温钛合金网格筋壁板相较于传统的铝合金筋壁板结构效率更高,但是室温下钛合金整体壁板难以成形。利用电流电致塑性效应和焦耳热效应能有效降低成形载荷、提高成形极限,并且能有效避免钛合金在加热中被严重氧化。本研究建立了Ti55整体壁板电脉冲辅助压弯成形的电-热-力耦合有限元模型,并对不同成形工艺参数和壁板几何参数进行模拟。结果表明:在壁板两端施加8 A/mm~2电流密度时,压弯成形温度区间比较合适。整体壁板随着筋条高度的增加,失稳屈曲程度越来越大,筋条失稳时所需的临界载荷越小,筋条的稳定性越差。腹板厚度主要影响筋条的温度从而影响筋条的失稳情况。整体壁板纵向筋条间距增大,筋条稳定性越差,筋条失稳屈曲也越严重。     

基于流固耦合的硬涂层整体叶盘振动特性研究

整体叶盘在复杂多变载荷的作用下易出现振动损伤和使用寿命缩短等问题。针对此问题,以整体叶盘简化模型为对象,对叶片的压力面涂敷NiCrAlY硬涂层并建立叶盘的流场模型;在Fluent软件中采用流固耦合方法分别对无硬涂层、有硬涂层整体叶盘进行叶盘表面气动载荷的模拟;最后,采用预应力模态分析法对无硬涂层、有硬涂层整体叶盘在气动载荷、离心载荷、气动和离心载荷共同作用下的振动响应、等效应力的分布进行求解,以及绘制叶盘的坎贝尔图。依据以上求解结果,对比研究了硬涂层和3种载荷方式对整体叶盘振动特性的影响程度。结果表明：硬涂层对整体叶盘的振动特性影响较小;相比离心载荷,离心和气动载荷共同作用时对整体叶盘振动特性影响更明显;硬涂层会降低整体叶盘的共振点数。     

变形温度对低镍奥氏体不锈钢高温拉伸失稳的影响

对两种低镍奥氏体不锈钢在温度950℃~1200℃进行拉伸试验和拉伸卸载试验,分析塑性材料在高温单轴拉伸过程中的几何失稳特性。结果表明,当载荷达到最大时,试样发生载荷失稳,此后再经历一段变形才发生几何失稳。载荷失稳之前,试样各处变形均匀;载荷失稳到几何失稳阶段,试样局部出现了不均匀变形,但这种局部不均匀并不立即发展为几何失稳。随着变形温度升高,载荷失稳真应变和加工硬化指数n均无明显变化,且大小相近,表明载荷失稳应变受n值控制;而几何失稳应变和应变速率敏感性系数m都随温度升高而增大,表明m值决定了载荷失稳到几何失稳阶段的应变,并且该应变是几何失稳应变的主要因素。     

离子聚合物金属复合材料制备过程中的耦合问题研究及数学模型验证

利用纯弯曲理论和不可逆热力学构建了离子聚合物金属复合材料表面处理中电场与力场的耦合模型,并对IPMC在力场与电场作用下的响应做了预测。结果表明,采用力学模型对表面处理后材料的力电耦合特性进行定量计算是可行的,其误差较小。     

精密定位平台柔性支撑杆屈曲分析

针对工程机械关键结构精密定位平台柔性支撑杆在结构设计上普遍存在屈曲失稳问题。首先基于瑞利-里兹能量变分法,建立计算精密定位平台柔性支撑杆屈曲临界载荷的数学模型并与有限元的Block Lanczos方法所求其前1阶屈曲载荷和屈曲模态进行对比,结果表明理论值与实验值偏差不大于0.26%,验证了基于瑞利-里兹能量变分法建模的准确性。最后对柔性支撑杆进行参数研究,发现长度比L/l与屈曲临界载荷呈反比例,直径比D/d小于1.5对屈曲临界载荷影响较大,倒角半径R与屈曲临界载荷正相关,为密定位平台柔性支撑杆的设计提供新的思路。     

基于热流固的热障涂层整体叶盘振动特性研究

为了研究复杂载荷对整体叶盘振动特性的影响,基于热流固耦合方法对热障涂层整体叶盘振动特性进行研究。简化整体叶盘模型,对叶片表面涂敷热障涂层并建立整体叶盘的流场模型;在Fluent中采用热流固耦合方法对整体叶盘的表面进行气动载荷和温度载荷的模拟;最后,采用预应力模态分析法分别对不同工况下整体叶盘的振动特性进行分析。结果表明:考虑离心载荷对整体叶盘的固有频率影响最大,温度的影响最小;对比不同工况下,考虑温度载荷对整体叶盘的共振点个数无影响,气动载荷增加整体叶盘的共振点个数。     

杆件顶镦失稳数学模型研究

杆件在平锻机和摩擦压力机上进行顶镦,若镦粗比选择不当,会使杆件失稳,使塑性变形无法正常进行:当镦粗力与轴心线不重合时出现偏心载荷,受力情况更复杂,更易产生失稳.对偏心载荷的受力情况进行了分析,建立了承受偏心载荷不发生失稳的数学模型和受力方程,对数学模型进行了分析,并提出了方程中各参数的关系,得出不同条件下的应用.其数据可作为判断检验偏心载荷不失稳的主要依据.     

冷轧带钢屈曲失稳限的计算方法研究

带钢屈曲失稳限的计算是建立冷轧板形控制目标的理论基础,本文通过能量法计算了各种典型浪形缺陷的屈曲临界载荷;利用ABAQUS有限元分析软件建立了带钢屈曲失稳仿真模型,计算了各种典型浪形下的屈曲临界载荷,将有限元仿真结果与解析结果进行了对比,验证了有限元模型的准确性;同时,通过设定不同的工况,得到了带钢屈曲临界条件与带钢宽厚比、张应力之间的关系。     

铜柱长径比对CuCGA互连结构轴向临界压应力的影响

借助有限元方法研究CuCGA互连结构轴向压力载荷下的力学行为. 结果表明，直径0.32 mm、长径比5～11.5范围的铜焊柱压曲失稳前会因性能薄弱的钎焊圆角局部区域存在超过钎料极限强度的拉伸应力而引发局部微裂纹；而长径比11.5～16.5范围的铜焊柱则会首先发生屈曲失稳；在综合考虑钎焊圆角局部微裂纹失效和焊柱压曲失稳失效前提下，建立了铜柱长径比和阵列铜焊柱互连结构轴向压力载荷下临界应力的关系方程；轴向临界压应力在长径比5～11.5范围内几乎保持恒定，而在长径比11.5～16.5范围内轴向临界压应力随铜柱长径比λ0增加而降低，规律与描述大柔度杆的欧拉公式相符合.     

燃料电池膜电极中铂担载量测试方法研究

膜电极(MEA)作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)的能量转换单元，在催化剂作用下将化学能转化为电能。铂基催化剂目前仍是商用PEMFC不可替代的催化剂，其中膜电极中铂担载量已成为PEMFC性能评价的一项重要指标。通过对现有PEMFC膜电极铂担载量测试国标方法进行了改进，并研究了PEMFC膜电极铂担载量测试的微波消解前处理方法。与国标方法相比，微波消解-ICP-MS法测定结果的准确性与标准方法相当，测试效率明显提高。     

加载方式对黏性介质外压缩径成形的影响

采用有限元方法分析了加载方式(即注入加载通道的直径和数量)对黏性介质外压缩径过程黏性介质压力场及坯料的失稳起皱过程中压应力变化的影响,并对有限元分析结果进行了验证。研究结果表明,注入黏性介质的加载通道直径较大、数量较多,有利于改善黏性介质压力场的分布,延缓坯料失稳的产生,提高褶皱可消除程度。     

Improved fatigue properties of ultrafine-grained copper under cyclic torsion loading

In this study, fatigue behaviors of pure copper with different grain sizes are investigated under cyclic tension–compression and torsion loadings. The fatigue responses of ultrafine-grained (UFG) Cu subjected to equal-channel angular pressing (ECAP) are compared and contrasted with those of coarse-grained (CG) and cold-rolled (CR) Cu. It is found from the S–N curves under the two different loading modes that, in the high-cycle fatigue (HCF) range, the fatigue strength of Cu does not exhibit strong dependence on the grain size under cyclic tension–compression loading, whereas the fatigue strength of UFG Cu is greatly improved over those of CG and CR Cu under cyclic torsion loading. Under cyclic tension–compression loading, the fatigue strength exponent decreases with the refinement of grain size; however, under cyclic torsion loading, with decreasing grain size, its fatigue strength exponent shows the opposite trend and goes up. To explain the phenomena above, the relations between the fatigue strength exponent and fatigue strength coefficient are discussed. Based on the two main stages of fatigue failure (crack initiation and propagation stages), the influences of grain size on fatigue strength exponent and fatigue strength in the HCF range under the two fatigue modes are comprehensively analyzed.     

剪切修正GTN模型在拉剪变路径加载问题中的适用性

为评估含剪切修正项GTN模型在非比例加载条件下的适用性,以一组缺口圆棒试样的拉剪变路径加载试验结果为依据,运用有限元软件ABAQUS/Explicit模块及用户子程序VUMAT进行平行仿真分析。研究结果表明:在大预变形下的拉剪变路径加载条件下,增长的预应变会加快后续拉伸过程中孔洞的增长率,导致材料提前断裂。同时,结合断口宏观与微观形貌分析,研究了非比例加载过程材料的损伤演化机理。AA2024铝合金在拉剪变路径加载条件下的断裂机制为拉-剪混合断裂,随着预扭作用的增强,剪切断裂逐渐取代拉伸断裂成为主导的断裂模式。     

Finite element simulation of aluminum alloy cross valve forming by multi-way loading

Deformation behavior, temperature evolution and coupled effects have a significant influence on forming process and quality of component formed, which are very complex in forming process of aluminum alloy 7075 cross valve under multi-way loading due to the complexity of loading path and the multiplicity of associated processing parameters. A model of the process was developed under DFEORM-3D environment based on the coupled thermo-mechanical finite element method. The comparison between two process models, the conventional isothermal process model and the non-isothermal process model developed in this study, was carried out, and the results indicate that the thermal events play an important role in the aluminum alloy forming process under multi-way loading. The distributions and evolutions of the temperature field and strain filed are obtained by non-isothermal process simulation. The plastic zone and its extension in forming process of cross valve were analyzed. The results may provide guidelines for the determination of multi-way loading forming scheme and loading conditions of the forming cross valve components.     

承载超声冲击下焊接接头疲劳性能的改善

采用承载超声冲击处理的方法对20号钢T形管接头进行处理,并与原始焊态、非承载冲击处理态试件进行了对比.结果表明,在高应力比R=0.75的加载条件下,与原始焊态接头相比,非承载超声冲击和承载超声冲击的疲劳强度分别提高了23%和70%,疲劳寿命分别延长了1.4倍和5.6～8.5倍.从超声冲击处理区域表层组织、接头焊趾区表层硬度、焊接接头残余应力等方面比较了承载和非承载超声冲击提高焊接接头疲劳性能的异同,并采用有限元软件ABAQUS模拟了两种超声冲击处理下焊接接头的应力分布,与非承载冲击处理试件相比,承载冲击处理试件表面压缩应力值大,压缩应力层深.     

舵机电动伺服加载控制系统的设计与研究

针对电动舵机加载要求,设计了以交流伺服电机做加载设备的舵机电动伺服加载实验台。此加载装置用于测试电动舵机在近似于真实工作环境下承受各种载荷时,电动舵机可能出现的状况。给出电动加载系统的整体结构及其工作原理,介绍所采用的抗电磁干扰措施。建立电机和力矩传感器的数学模型,给出加载实验台的静、动态性能测试结果。实验结果证实加载试验台可以满足设计要求。     

交变载荷作用下平面应力状态焊接接头焊趾处应力应变理论解的推导

基于弹塑性力学理论计算对接接头交变载荷作用下焊趾处应力和应变,以准确预测交变载荷作用下平面应力状态对接接头焊趾处的应力和应变值为目标,考察了不同加载情况下平面应力状态对接接头焊趾处应力和应变的理论计算方法,并给出了交变载荷作用下平面应力状态对接接头焊趾处应力和应变的理论解.结果表明,在材料参数、载荷大小以及焊趾应力集中系数已知的前提下,根据提出的理论解的计算式可获得相应载荷时接头焊趾处的应力应变,为焊接接头在交变载荷下的疲劳失效预测提供理论指导.     

两级加载下两焊点拉剪点焊接头的损伤

对带有两个焊点的拉剪点焊试样进行了两级变幅疲劳加载,应力幅和平均应力均不相等.结果表明,两级变幅加载下存在应力次序效应.在低—高加载时存在"锻炼效应",线性累积损伤的值大于1;在高—低加载时存在"过载效应",高—低加载下的线性累积损伤值也大于1.在高—低加载方式下,高水平应力作用后,低水平应力剩余疲劳寿命大于按线性疲劳累积损伤法则所估算的剩余寿命,低应力作用下的剩余寿命甚至大于低应力单独作用下的全寿命.高—低加载下的线性累积损伤结果表明,焊点边缘更象是一个缺口.