矩形截面毛坯挤压矩形工件的上限研究

应用上限法建立了由矩形毛坯正挤压矩形截面工件的等挤压比流动模型,推导出了三次多项式表示的流线方程,给出了变形区的动可容速度场、应变速率场及上限功率的表达式,获得了挤压力的上限数值解;分析了变形程度、工件截面形状等参数对挤压力的影响,并获得了相对挤压应力与截面形状系数之间的近似关系式.研究证明采用流线速度场进行上限分析比其他方法更符合实际情况,根据流线设计的凹模优于常规凹模,如平底模.     

一种新的予示三维流动的上限条法(UBST)

本文发展了上限元法(UBET)提出了一种新的予示金属变形过程三维流动的上限条法(upper bound strip technique)。单元内采用平行速度场,单元侧面速度均匀分布且为常数。并将它们作为优化参数,通过总变形功率极小化得出了最佳速度场。用该法予示了矩形截面条形工件的变形力,侧向宽度与纵向延伸,所得结果与文献的实验结果和有限元法计算结果进行了比较,吻合较好。     

计算盒形件反挤压变形力的通式

利用简化的金属流动模式确定动可容速度场。通过数值计算直接寻优,求出了满足最小功原理的变形区高度,导出了计算盒形件(矩形、椭圆形、方形和圆形)反挤压变形力的通式,分析了各种因素对变形区高度和单位变形力的影响。研究表明,由所得公式计算的变形力与测定值很接近。     

冲击载荷下炭素糊料的位移特性研究

针对炭素糊料冲击压实过程中位移特性研究的不足,以离散介质力学为基础建立了冲击载荷作用下糊料动力压实的离散元方程,分析了时间步长和阻尼参数的选取,并对糊料压实变形过程进行了数值模拟.通过离散元模拟糊料颗粒的相互作用,获得了在冲击载荷作用下粘性糊料的位移分布特征及其速度场、应力场的变化情况,计算结果与试验结果具有一致性.研究结果表明:在冲击载荷作用下,糊料的压实程度主要受其竖向位移对影响,压实作用集中在锤头下方的糊料体上.     

发动机泵体精密热模锻成形工艺研究

目的为了提高发动机泵体综合机械性能和降低制造成本,采用精密热模锻技术来实现泵体的精确成形。方法通过确定锻件分模面位置,建立了泵体精密热模锻几何实体模型;在此基础上,建立了泵体热模锻过程三维有限元模型和模拟参数,实现了精密热模锻过程有限元模拟模型。结果通过数值模拟,获得了成形过程中坯料的速度场、等效应变场和温度场及载荷-行程曲线,揭示了泵体热模锻过程中金属充填模具型腔的情况及其变形机理,获得了温度场应变分布以及载荷、打击能量随行程的变化规律,优化了预成形时拍方坯料长度等参数,为确定成形工艺参数提供了科学依据。结论经试验验证,新工艺成形的锻件非加工外形面尺寸精度达到了零件要求,数值模拟结果与实验结果一致。     

尖头弹侵彻延性金属靶板弹道极限的解析模型

现有的尖头弹侵彻金属靶板的弹道极限计算模型往往需要大量的试验数据和靶板材料的动态性能参数,且没有考虑侵彻速度对侵彻效果的影响,这给工程应用带来了很大的不便和误差。基于这一问题,考虑速度效应和靶板材料参数对侵彻的影响,结合流体动力学原理与动态空穴膨胀理论,分别提出了双模式和单模式侵彻模型。双模式侵彻模型的侵彻过程可分为两个阶段：流体动力变形阶段和塑性变形阶段,当侵彻速度小于靶材产生流体动力变形的临界速度时,侵彻进入塑性变形阶段,根据功能原理,建立了计算弹道极限的解析模型;单模式侵彻模型仅考虑塑性变形阶段。解析模型计算的弹道极限与弹道试验结果吻合的较好,且模型中不涉及弹道试验数据和靶板材料的动态性能参数,易于迅速求解,便于工程应用,可用于对延性金属靶板抗尖头弹侵彻能力的评估。     

楔形物垂向撞击船体板的简化解析法研究

船体板在受到楔形物撞击下会发生大的塑性变形甚至撕裂。对四周固支矩形板在楔形物垂向撞击下的塑性大变形响应进行了理论分析和试验研究;基于上限定理,提出了矩形板在线载荷或面载荷作用下发生大变形的抵抗力计算简化解析解,将理论计算结果用模型试验验证,表明所提解析方法有较好的计算精度。该解析公式对船体结构初期的耐撞性快速评估和设计具有指导意义。     

用三维有限元求解金属淬火过程的换热系数

在金属淬火过程的数值模拟中,换热系数的正确求解是工件温度场、应力/应变场模拟结果与实际相符合的先决条件.据此研究和分析了换热系数反求法的数学模型,分别采用一维和三维有限元法对该数学模型求解.研究表明:与采用一维有限差分的求解法相比较,计算过程由一维有限元法增加到三维有限元法,与实际情况更为接近;用有限元方法求解的换热系数曲线连续且平滑,结果可靠,且编程量小;用求得的换热系数计算金属淬火试件的中心温度场变化曲线,计算结果与实测数据相吻合.     

计算机模拟小变形的三维应变场及应力场

采用ANSYS结构分析软件,对重轨定径小变形进行了变形物理场分析.通过建立较好的三维重轨有限元模型,分析了在位移载荷下的弹塑性应力、应变和位移分布,结是表明用ANSYS计算分析的结果与实际定径实验的结果相符.     

新型等径角挤压工艺下的5052 铝合金变形行为的有限元模拟

目的采用新型复合大塑性变形技术正挤压-等径角挤压工艺(FE-ECAP),研究5052铝合金在室温条件下的变形行为。方法基于有限元分析软件DEFORM-3D,在FE-ECAP工艺下对5052铝合金进行有限元模拟,研究变形过程中挤压载荷、等效应变、金属流动速度等场量的分布规律。结果 5052铝合金在FE-ECAP变形过程中,挤压载荷曲线呈双峰形态分布,在挤压模口附近达到第一次峰值,第二次出现在转角处,挤压载荷值为347 k N,同时也是整个挤压过程的最大值;经过FE-ECAP变形后,等效应变大量累积,使得主要变形区达到了高度均匀的变形状态;坯料外转角处金属的流动速度值大于内转角处的流动速度值。结论根据以上结果分析,在FE-ECAP工艺下,为使变形坯料性能优越,应尽量提高坯料变形的均匀性。     

金属圆柱壳参数变化对缓冲吸能的影响

根据能量守恒以及角度增量叠缩法研究得到了圆柱壳在采用不同的材料以及不同几何参数时的冲击块的速度位移曲线、圆柱壳的载荷以及瞬时载荷位移历程曲线，计算结果说明改变圆柱壳的材料以及几何参数可以确定合理的平均载荷以及瞬时载荷位移历程曲线，还可以通过增加圆柱壳的数量减少圆柱壳在塑性变形叠缩过程中的垂直位移。     

基于SPH-FEM方法的水下近场爆炸数值模拟研究

针对结构水下近场爆炸载荷作用响应求解难点,通过改进的三维轴对称光滑粒子流体动力学方法(Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH)计算获得近场爆炸载荷后传输给非线性有限元软件ABAQUS,利用声固耦合模型对结构响应进行时域非线性计算,形成预报水下近场爆炸载荷对结构毁伤的SPH-FEM模型,实现从药包起爆、结构大幅变形、局部撕裂直至完全剪切破坏的全过程模拟,对载荷时历曲线进行试验验证。计算背空矩形钢板在近场爆炸载荷的响应表明,数值结果与试验值吻合良好。SPH-FEM模型计算效率高、可操作性强,易推广至大型复杂结构受水下近场爆炸毁伤的分析与评估。     

三维正交机织玻璃纤维/环氧树脂复合材料动态力学性能的实验和理论研究

通过实验系统研究了三维正交机织玻璃纤维/环氧树脂复合材料厚度方向和面内方向的动、 静态压缩力学性能。结果表明, 动、 静态压缩载荷作用下该材料响应表现出明显的各向异性、 非线性和应变率敏感性。针对三维正交机织玻璃纤维/环氧树脂复合材料高速变形过程中不同形式的内部缺陷和微损伤的演化, 提出了一个依赖应变、 应变率的宏观损伤量, 建立了一种含损伤的非线性黏弹性本构模型。采用数据处理方法拟合了其本构方程材料参数, 在加载过程中, 模型计算值与实验结果吻合较好。     

等周长屈服准则求解三维锻压力

目的 获得三维锻压力的解析解。方法 用线性的等周长屈服准则对三维锻压过程进行了力学分析,先建立了一个考虑变形外端影响的运动许可速度场,再利用等周长屈服准则对该速度场进行分析,依次求出了内部变形功率、剪切功率、摩擦功率以及总功率。最终,根据上界定理,导出了锻压力的解析解。同时,为验证解析解的正确性,将其理论值与相应的纯铅压缩试验结果进行了比较。结果 对比表明,计算出的理论锻压力比实测值高,但二者的相对误差小于15%。结论 基于EP屈服准则和所提出的速度场得到的理论锻压力是可行的。     

含体型缺陷管系结构的上限极限分析

管系结构通常承受内压、温度等载荷的共同作用，通过对其进行塑性极限分析，可以估计结构的承载能力。本文首先对工程中的一管系结构进行一维弹性分析，然后根据分析结果对管系中应力较大的位置进行三维极限分析，从而估计管系的整体承载能力。本文提出了一种直接迭代算法来求解三维结构的上限极限载荷。调查了四种不同类型的缺陷对管道上限极限载荷的影响，并研究了温度载荷作用下，不同类型缺陷对应的失效模式。     

准静态压缩载荷作用下U型折叠式夹层板芯层变形机理研究

折叠式夹层板具备优越的力学性能,可满足船舶设计的诸多要求,已开始应用于高端船舶的设计制造中。以U型折叠式夹层板为研究对象,从试验、仿真以及解析三方面,研究了面内准静态压缩载荷作用下U型折叠式夹层板的解析预报方法。通过设计开展准静态压缩试验以及相应的数值计算,分析得出了U型夹层板在准静态压缩载荷作用下结构变形的特征并对夹层板的变形过程进行归纳分类;在此基础上,提出了折叠式夹层板结构在准静态压缩载荷下的变形模式,建立了折叠式夹层板塑性变形的几何数学模型,并推导出夹层板结构变形抗力的解析计算公式,最后以试验和仿真结果为依据验证解析计算方法和公式的正确性。结果表明：解析结果与试验和仿真结果吻合较好,该研究的解析法对折叠式夹层板压皱性能设计及评估具有指导意义。     

水下爆炸气泡载荷在加筋板塑性变形中的作用

水下爆炸产生的冲击波载荷和气泡载荷都会对水中结构产生毁伤作用。为研究水下爆炸气泡载荷在加筋板塑性变形挠度中所占的比例,利用通用有限元软件Abaqus/Explicit对加筋板模型在水下爆炸载荷作用下的动态响应进行了一系列数值仿真。载荷计算采用了Geers-Hunter模型,材料本构采用了Johnson-Cook模型,将部分计算工况与试验结果比较,两者吻合较好。通过分析计算结果可以看出在气泡载荷在加筋板塑性变形中的比重主要受爆距影响,爆距越小,所起的作用越大。所以,在水下近场爆炸计算中,气泡载荷引起的塑性变形不容忽视。     

圆柱壳在水下爆炸载荷下的流-固耦合响应分析

研究了无限域流场中两端简支圆柱壳受球形炸药爆炸冲击载荷作用的响应特性。运用Hamilton变分原理,推导出了考虑流固耦合作用圆柱壳受水下爆炸冲击载荷作用的运动方程,并分别展开成Fourier级数的形式,最后在时域上差分离散,用Galerkin方法求解,得到了在水下爆炸冲击载荷下圆柱壳的响应分析。文章着重就圆柱壳在迎爆面和背爆面的不同位置的变形位移和变形速度进行了对比分析,同时还比较了流体动压力对结构响应的影响。并将分析结果与有限元计算软件MSC.DYTRAN计算结果比较,验证了算法的可靠性。     

船舶搁浅于台型礁石场景下双层底肋板骨材变形机理研究

以典型船舶双层底结构中肋板骨材为研究对象,用塑性力学理论及数值仿真讨论肋板骨材在船舶搁浅台型礁石场时的变形过程与破坏机理。用LS_DYNA仿真技术模拟获得结构变形模式及能量耗散结果。在研究变形模式基础上建立肋板骨材塑性变形数学模型。用上限定理及MATLAB编程数值方法求解纵桁骨材变形吸收的结构变形能及平均变形阻力;用数值仿真结果进行验证。研究获得纵桁骨材变形阻力及变形能解析计算公式,对船舶双层底耐撞性结构设计及性能评估具有一定指导意义。     

搁浅台型礁石场的船舶双层底肋板骨材变形机理研究

以典型船舶双层底结构中肋板骨材为研究对象,用塑性力学理论及数值仿真讨论肋板骨材在船舶搁浅台型礁石场时的变形过程与破坏机理。用LS_DYNA仿真技术模拟获得结构变形模式及能量耗散结果。在研究变形模式基础上建立肋板骨材塑性变形数学模型。用上限定理及MATLAB编程数值方法求解纵桁骨材变形吸收的结构变形能及平均变形阻力;用数值仿真结果进行验证。研究获得纵桁骨材变形阻力及变形能解析计算公式,对船舶双层底耐撞性结构设计及性能评估具有一定指导意义。