两点弯曲下柔性玻璃变形和疲劳行为研究

基于两点弯曲法加载方式及原理,分析了柔性玻璃的弯曲变形及疲劳行为,推导了弯曲曲率半径、弯曲应力与板间距之间的定量关系,基于高周疲劳理论,建立了柔性玻璃的应力-寿命(S-N_f)模型。结果表明,两点弯曲作用下,柔性玻璃试样的厚度不会改变其弯曲挠曲线轨迹,通过调节板间距,可获得试验所需的试样弯曲曲率半径。忽略柔性玻璃厚度的影响,试样的弯曲曲率半径与板间距呈线性关系,弯曲最大拉应力与弯曲曲率半径成反比。选择的最小弯曲曲率半径R_(min)越大,试样疲劳寿命越高,最大弯曲曲率半径R_(max)值的增大并不会显著影响试样的弯曲疲劳次数。Basquin模型能够有效预测不同交变应力或不同弯曲曲率半径作用下柔性玻璃的弯曲疲劳寿命。

铝合金型材挤压弯曲一体化成形技术研究进展

相比于直型材,铝合金弯曲型材更适用于日益复杂的部件形状并能更好地满足轻量化需求,具有提升部件结构强度和刚度、节约空间及增加工业设计自由度等优点,在汽车、高铁和航空航天等领域具有广泛用途。相较于传统冷弯成形技术,挤压弯曲一体化成形技术在生产弯曲型材方面具有流程短、精度高、缺陷少等优点,因而受到广泛关注。重点综述了基于外部弯曲装置和材料差速流动的挤压弯曲一体化成形技术的研究进展,分析并总结了不同挤压弯曲一体化成形技术的原理及发展现状,对比了不同挤压弯曲一体化成形技术的优缺点,最后展望未来发展趋势及其研究方向。

碳纤维含量对碳纤维增强聚醚醚酮复合材料弯曲性能和失效行为的影响

基于渐进损伤的VUMAT子程序,并引入了Johnson-Cook模型,通过Matlab生成了不同碳纤维占比的碳纤维增强聚醚醚酮(CFRP)复合材料,建立了三点弯曲有限元模型。通过分析应力—应变分布、载荷—位移曲线和吸收能—位移曲线得出以下结论:添加碳纤维有效改善了基体聚醚醚酮(PEEK)内部的应力—应变分布,显著提升了材料的力学性能、刚度和抗断裂性能。CFRP复合材料在三点弯曲过程中表现出更好的性能,能够承受明显的塑性变形,且有效避免裂纹扩展。此外,在相同位移载荷条件下,随着碳纤维含量增加,CFRP复合材料的位移逐渐减小。特别是在碳纤维质量分数为10%和20%的复合材料中,上表面和下表面的最大位移呈现出曲折的特点。结合应力—应变场的分布情况,这表明碳纤维的添加能有效提高材料的刚度和抗弯性能。

高温后HVFA-SHCC材料弯曲性能试验研究

采用100 mm×100 mm×13 mm的板状试件,研究了HVFA-SHCC材料高温后的弯曲性能,探讨不同温度和不同冷却方式对其破坏模式、残余弯曲强度、弯曲应力挠度曲线和弯曲韧性的影响。采用扫描电镜观察HVFA-SHCC材料的微观结构,揭示其破坏机理。结果表明:当温度为100℃时,温度对HVFA-SHCC试件的弯曲性能及质量损失影响较小。随着温度的升高,HVFA-SHCC试件内部微结构不断劣化,质量损失率逐渐增大,破坏模式由延性破坏转变为脆性破坏,残余弯曲性能劣化严重。尤其是800℃时,试件的质量损失率达15.5%,残余弯曲强度仅为常温状态的30%,弯曲耗能为常温状态的0.74%;浸水冷却试件的残余弯曲强度和弯曲韧性有一定程度的提高。

弯曲状态电沉积波纹管疲劳寿命影响因素分析

为了研究弯曲状态下电沉积波纹管疲劳寿命的影响因素,文中使用弯曲测试工装,开展了相应的旋转弯曲疲劳实验,对实验结果进行了分析。结果表明:在弯曲疲劳实验中,电沉积波纹管断裂位置出现在波谷处,且均为韧性断裂;随着电沉积波纹管壁厚减小、波高增加,疲劳寿命提高;与弯曲极限角度相比,电沉积波纹管在正常工况角度时,疲劳寿命增大6.8倍。实验表明:壁厚为0.03 mm、波高为2.3 mm、工作弯曲角度为110°的多层电沉积波纹管的疲劳性能最优。

钢纤维混凝土弯曲韧性的试验研究及有限元模拟

为研究钢纤维混凝土的弯曲韧性,采用不同体积掺量的铣削型钢纤维制备钢纤维混凝土,通过试验研究了掺量对钢纤维混凝土梁式试件的荷载-挠度曲线、弯曲韧性指数和弯曲韧性比的影响,再采用有限元软件ABAQUS模拟分析了与试验同条件下的荷载-挠度曲线、裂缝扩展过程等。结果表明:大体积掺量的钢纤维混凝土在加载后期的增韧阻裂效果更好,钢纤维体积掺量为1.5%的弯曲韧性最好,同时结合荷载-挠度曲线和应力云图分析了钢纤维混凝土的破坏过程和破坏特征,为钢纤维混凝土应用于工程提供参考。

PE纤维与细橡胶颗粒对泡沫混凝土弯曲韧性的影响

研究了聚乙烯(PE)纤维及其与细橡胶颗粒复掺对泡沫混凝土弯曲破坏模式、峰值强度、能量吸收特性和弯曲韧性的影响,并结合孔结构分析和微观形貌观察探究了其作用机理.结果表明:PE纤维使泡沫混凝土出现多缝开裂模式,显著提升了其峰值强度、能量吸收能力和弯曲韧性;复掺细橡胶颗粒可以进一步提升泡沫混凝土试件的比能量吸收和弯曲韧性;掺入PE纤维可以降低泡沫混凝土的平均孔径;复掺细橡胶颗粒导致泡沫混凝土试件的平均孔径增大,联通孔增多,对其峰值强度有不利影响;PE纤维及细橡胶颗粒提升泡沫混凝土弯曲韧性的主要原因在于其削弱了裂纹尖端的应力集中,同时增强了能量耗散作用.

金属薄壁导管弯曲过程中的应力分析与优化

本文研究在探究金属薄壁导管在弯曲过程中的应力分布与优化方法。采用ICr18Ni9Ti-G管材,利用数控弯管机进行弯曲操作。通过矢量激光测量仪,获取不同弯曲半径、压膜压力、弯曲速度、压膜助推压力下金属薄壁导管的矢量数据,并计算导管弯曲过程中的应力值。实验结果表明,弯曲半径、压膜压力、弯曲速度、压膜助推压力对金属薄壁导管弯曲过程中的应力具有显著影响。优化后的参数组合为:弯曲半径140mm,压膜压力1900N,弯曲速度0.95mm/s,压膜助推压力1800N。在此参数下,金属薄壁导管弯曲过程中的应力最小,从而提高了导管弯曲的质量。因此,建议在实际生产中采用上述优化参数,以确保金属薄壁导管的质量和安全性。

多尺度聚丙烯纤维混凝土弯曲疲劳寿命试验及数值模拟

为研究多尺度聚丙烯纤维混凝土的弯曲疲劳性能,开展基准混凝土、聚丙烯粗纤维混凝土及多尺度聚丙烯纤维混凝土的静载试验及不同应力水平(0.75、0.80、0.85)下的弯曲疲劳试验,建立弯曲疲劳寿命方程,并结合ABAQUS与FE-SAFE软件建立纤维混凝土梁的三点弯曲疲劳有限元模型。结果表明:聚丙烯纤维的掺入,尤其是多尺度聚丙烯纤维混掺显著增强了混凝土基体的抗折、抗疲劳性能。双对数lgS-lgN疲劳方程能够较好地描述多尺度聚丙烯纤维混凝土的应力水平与疲劳寿命的相关性,使用lgS-lgN疲劳方程计算得到200万次循环荷载作用下多尺度聚丙烯纤维混凝土的疲劳强度最高,为3.91 MPa。三组试件疲劳寿命的数值模型预测值均介于实测疲劳寿命的最大值与最小值之间,并接近于疲劳寿命平均值,该模型为多尺度聚丙烯纤维混凝土的疲劳寿命预测提供了理论依据。

工艺参数对汽车EGR管件三维弯曲成形质量的影响分析

为减少汽车废气再循环(Exhaust Gas Recirculation,EGR)管件三维弯曲缺陷,提高成品率,本文建立了304不锈钢本构模型,采用数值仿真与实验相结合方法对模型成形参数中相对壁厚、相对半径对管材的最大主应变、最大壁厚减薄率等影响因素进行探索,分析相对壁厚、相对弯曲半径对管材弯曲过程中成形质量的影响.结果表明,管材在弯曲成形过程中,相对壁厚越小,相对弯曲半径越小,则管材越容易产生裂纹以及失稳起皱等缺陷;随着弯曲角度的增大,管材弯曲最大壁厚减薄率值的增大趋于平缓.对于易发生塑性变形的金属材料,其相对壁厚及相对弯曲半径的取值是否合适是减少其裂纹产生的关键因素.故研究结果可为获得高质量的管件提供理论支撑.

弯曲载荷下双金属机械复合管内衬层屈曲失效机理

双金属机械复合管是油气田集输管线防腐控制的主要措施之一,而内衬层的失效是制约复合管工程应用的关键难题。为研究双金属机械复合管内衬层屈曲失效机理,建立弯曲载荷下复合管力学模型,研究成型压力、工作内压及复合管结构参数对内衬层失效模式的影响规律。结果表明:增加成型后的残余接触压力有助于提高内衬层的抗屈曲能力;较高的工作内压能够延缓内衬层屈曲时间,减小其褶皱幅值;成型前复合管层间初始间隙减小有利于提高内衬层抗屈曲能力;随着外基管壁厚、内衬管壁厚、复合管内径的增加,内衬管的抗屈曲能力增强。

弯曲回弹逆解公式及其在焊管预弯机组设计中的应用

根据小曲率弯曲成形的特点,考虑了板料弯曲的纯弹性变形部分对回弹的影响,推导出根据板料强度、厚度和最终成形半径直接计算弯曲半径的回弹逆解公式,并应用于大口径UOE焊管预弯成形的设计上。根据计算公式给出了B～X100钢级板料UOE焊管预弯成形的预弯辊半径优化设计诺谟图。

沥青混合料弯曲疲劳损伤强度的多尺度研究

目的为了验证多尺度数值试验模拟方法在预测沥青混合料半圆弯曲试验疲劳损伤过程中弯拉强度参数变化规律的有效性问题。方法基于多尺度算法思想和半圆弯曲试验,通过对沥青混合料试件进行细观结构分析,得到内部集料颗粒的几何特征分布规律;在此基础上,对沥青混合料划分5个微观区域尺度,并构建相应尺度下半圆弯曲试件的有限元(FEM)数值模型,结合多尺度迭代运算来预测各级沥青混合料计算在0%Nf,20%Nf,50%Nf,65%Nf,80%Nf(Nf为疲劳寿命)不同半圆弯拉疲劳损伤程度下的弯拉强度。将室内半圆弯曲试验获得不同粒径的沥青混合料的弯拉强度参数作为宏观验证试验,与通过多尺度算法数值模拟试验所得的弯拉强度进行对比分析研究。结果结果表明:在沥青混合料的疲劳损伤过程中,前期材料的抗弯拉强度衰减速率较为缓慢,当在中后期时,抗弯拉强度进入了急剧衰减阶段,多尺度数值模拟试验与室内试验得到的衰减规律相吻合,且弯拉强度相对误差的绝对值控制在8%以内。结论多尺度数值模拟用于预测疲劳过程中沥青混合料的抗弯拉强度参数是有效的,该算法可以为类似的实际工程提供一定的参考意义。

帽形弯曲变形分析及力能参数的计算

分析了帽形弯曲过程中的弯曲与反弯曲现象，给出了产生弯曲与反弯曲变形所满足的条件，用能量法导出了弯曲力的计算式．

基于POA-BP的TP2管材自由弯曲成形结果预测

将壁厚减薄率和椭圆率作为管材自由弯曲成形结果的评价指标,选取弯曲模与管材间隙值、弯曲模圆角半径值、管材弯曲变形区长度、导向机构圆角半径值、导向机构与管材间隙值作为影响因子。利用数值模拟方法对管材自由弯曲成形结果的评价指标和影响因子建立样本库,并随机选取6组作为测试样本,其余的作为训练样本,结合BP神经网络和鹈鹕优化算法对预测模型进行训练,构建POA-BP神经网络预测模型对管材自由弯曲成形结果进行预测。结果表明,POA-BP预测模型的壁厚减薄率和椭圆率的最大预测误差不超过2%,故POA-BP预测模型能够有效预测管材成形结果。

Zr_(61)Ti_(2)Cu_(25)Al_(12)非晶态合金在四点弯曲加载模式下的弯曲弹性极限

按照当前金属材料弯曲性能测试标准中推荐的跨厚比设计Zr_(61)Ti_(2)Cu_(25)Al_(12)非晶态合金的弯曲试验,试样将发生大挠度弹性变形。经过推导证明,弯曲试样不发生大挠度弹性变形的跨厚比上限取决于材料的弹性应变极限,锆基非晶态合金的弹性应变极限为2%,在四点1/4弯曲模式下不发生大挠度弹性变形的跨厚比上限值为22。在保证小挠度变形的前提下,通过四点弯曲循环加载-卸载试验,Zr_(61)Ti_(2)Cu_(25)Al_(12)合金试样最外表层发生初始剪切变形所对应的弯曲屈服应力约为1760 MPa,产生0.01%残余应变所对应的弯曲弹性极限σ_(p0.01)为2040 MPa。

树干横力弯曲中性轴的数值模拟

【目的】为了评估树木的风载安全性,研究树木在风力作用下的横力弯曲,确定树干横截面形状、树轮、缺陷等因素对树干弯曲中性轴的影响。【方法】采用欧拉–伯努利梁假设,推导了通用弯曲中性轴倾斜角计算公式。随后设计了树干模型,模型包括3种外轮廓(圆形、椭圆形、随机形状)和两种内部结构(多层同心、圆形缺陷),并采用不同的弹性模量模拟材料属性的变化。最后进行数值模拟,采用随机森林算法分析、预测数值模拟的结果,确定各个因素的重要性。【结果】在树轮模型中,质形偏心距<4 mm的比例超过97%,各因素影响质形偏心距的重要性为早晚材弹性模量比>树轮数量>偏心距与基圆半径之比>截面圆度;偏转角(实际弯曲中性轴倾斜角相对均匀截面弯曲中性轴倾斜角的偏转角)均<0.5°,且<0.08°的比例高于97%,影响树干弯曲中性轴倾斜角的重要性为载荷方位角>截面圆度>偏心距与基圆半径之比>树轮数量>早晚材弹性模量比。在缺陷模型中,质形偏心距<5 mm的数量约占总数的80%,在5~15 mm之间的约为15%,>15 mm的约为5%,各因素影响质形偏心距的重要性为缺陷半径>缺陷树干与正常树干弹性模量之比>偏心距与基圆半径之比>截面圆度;偏转角<1°的比例超过90%,但在极限情况下偏转角也可达到50°,影响弯曲中性轴倾斜角的重要性为载荷方位角>截面圆度>偏心距与基圆半径之比>缺陷半径>缺陷树干与正常树干弹性模量之比。【结论】树轮对树干弯曲中性轴的影响很小,横截面轮廓形状、缺陷对其影响较大。在进行树干受力检测计算时,可忽略树轮的影响,但要考虑树干横截面形状和缺陷的影响。

脆性梁弯曲断裂所激发的弯曲波

脆性细长结构在弯曲载荷作用下突然断裂,可能导致断裂点附近出现二次断裂。传统的Euler-Bernoulli梁理论难以描述突加载荷或突卸载荷所导致的波动现象,而Timoshenko梁中的弯曲波速度为有限值,具有一个内禀特征时间,因此基于Timoshenko梁理论来分析弹性梁的弯曲断裂问题。使用Timoshenko梁理论,结合一个包含断裂能的脆性内聚力弯曲断裂模型,建立一维弯曲波传播问题的初边值问题,采用特征线方法求解3种边界条件下半无限长梁中卸载弯曲波的传播问题;进一步分析了断裂能对断裂时间以及峰值弯矩的影响,然后通过数值计算给出这3种情况下梁的动力学响应过程。研究结果表明:处于纯弯曲状态的梁一旦发生瞬时断裂,二次断裂发生点距离初次断裂点的最短距离为梁截面回转半径的5倍,因为该距离以内的弯矩不会出现过冲;最有可能发生二次断裂的位置与无量纲断裂能和无量纲开裂角度有关,在距离初始断裂点17.7个特征长度的位置会产生幅值达到1.67倍初始弯矩的峰值弯矩;较大的断裂能将延长断裂时间,导致弯矩峰值点位置偏远,相应的峰值载荷也降低。

甘青隧道斜井通风管弯曲特性对局部阻力的影响研究

为提高高寒地区特长隧道施工过程中的通风效率,依托甘青隧道3号斜井工程,通过对以往国内外大量通风资料调研,基于流体力学原理,采用数值模拟的方法,对隧道内不同风管弯曲角度θ以及弯曲半径r下局部阻力和通风效果的变化情况进行分析,得出最优风管弯曲参数。研究结果表明:在相同的初始风速条件下,当风管弯曲角度为146°时,风管整体导流现象较为显著,风流稳定后速度最大,局部损失系数以及经过弯管时能量损失最小,对应的通风效率最高;当弯曲半径r为6 m时,射流风在弯折处的冲击力下降,可有效减小弯折处以及下游段的涡流区,使风流场分布更均匀,有效减少弯折处的局部损失,此时通风效果最优;同时,为保证高海拔隧道施工过程中的通风效果,应对风机风压进行修正。

3种镍钛锉预备弯曲根管时抗循环疲劳性能的体外研究

目的探究不同角度的弯曲根管模型中,不同尖端直径的Woride KS(WKS)、Protaper Gold(PTG)及Hyflex CM(HCM)机用镍钛器械抗循环疲劳性能的差异,为临床上预备弯曲根管时有针对性地选用合适的镍钛器械提供参考。方法选取不同尖端直径20#、25#(0.20 mm、0.25 mm)的3种全新镍钛锉,WKS(20/0.06)、WKS(25/0.06)、PTG(20/0.07)、PTG(25/0.08)、HCM(20/0.06)、HCM(25/0.06)各20支。根据推荐设置马达的转速和扭矩,于30°和60°的不锈钢根管模型中测试镍钛锉的抗循环疲劳性能,用摄像机及计时器记录镍钛锉从开始旋转到疲劳折断的时间(time from ratation to fatigue fracture,TTF),用游标卡尺测量并记录折断碎片的长度(fragment length,FL)。结果同种锉的TTF比较,①WKS:尖端同直径锉在30°弯曲根管中的TTF均长于60°(P<0.05),同角度弯曲根管中25#锉的TTF均长于20#锉(P<0.05);②PTG:20#锉在30°弯曲根管中的TTF长于60°(P<0.05),25#锉在30°弯曲根管中的TTF与60°无统计学差异(P>0.05),在30°弯曲根管中的20#锉TTF长于25#锉(P<0.05),在60°弯曲根管中20#锉的TTF与25#锉无统计学差异(P>0.05);③HCM:尖端同直径锉在30°弯曲根管中的TTF均长于60°(P<0.05),同角度弯曲根管中20#锉的TTF均长于25#锉。不同锉的TTF比较:在30°弯曲根管中,3种20#锉的TTF无统计学差异(P>0.05),25#WKS的TTF长于其他锉(P<0.05);在60°弯曲根管中,20#HCM的TTF长于尖端同直径的其他锉(P<0.05),25#WKS的TTF长于尖端同直径的HCM(P<0.05)。20#PTG、25#PTG、20#HCM在30°的弯曲根管模型中FL均分别显著长于60°(P<0.05),20#WKS、25#WKS、25#HCM在30°及60°的弯曲根管模型中FL无统计学差异。结论WKS镍钛锉的抗循环疲劳性能在30°模拟弯曲根管内较PTG及HCM镍钛锉有明显优势;而在60°模拟弯曲根管内,20#镍钛锉中HCM镍钛锉的抗循环疲劳性能较其他锉有明显优势,25#镍钛锉中仅WKS镍钛锉的抗循环疲劳性能较HCM镍钛锉有明显优势。