应变硬化薄板夹持型滚弯成形过程分析

现存文献对薄板的连续滚弯成形过程的数学模拟多限于讨论三辊轮角锥型弯板过程,且基于较多的假定和板的小变形情况。而开发有更多的功能和更高的生产效率的四辊轮连续弯板机需研究夹持型滚弯成形过程。本文将[1]的工作,理想塑性材料平面应变薄板的夹持型连续滚弯成形过程的弹塑性大变形弯曲的力学分析,推广至一般应变硬化材料的情形。得出了控制微分方程的解析解。采用固支边界条件模拟刚度很大的夹持系统对板的夹持。通过对线性硬化薄板的数值计算,获得了将板连续滚弯成形为预期曲率的生产过程所需的几何和物理数据,并研究了材料的应变硬化性能对成形过程的影响。

正交异性板三维高阶渐近分析的圣维南原理表述和应力边界条件

提出正交异性板的三维高阶渐近分析,其内部区域各阶渐近解为各级精度的二维板理论解,首项与著名的Kirchhoff板理论一致;而其边界层解则分解为半无限板条的平面应变和扭转变形解,因而也缩减为二维边值问题的分析。由Laplace变换方法对边界层半无限板条的分析建立了指数型衰减解的应力边界数据应满足的充分必要条件,此即圣维南原理在板渐近理论研究中的列式或表述。由此导出高阶板理论的应力边界条件,首项时与Kirchhoff板理论缩减的力边界条件一致。

正交异性半无限固支板条的弹性解

正交异性半无限固支板条在表面为应力自由和在无穷远处受载时的弹性解的控制微分方程为φ,yyyy+(2+δ_0)φ,yyzz+φ,zzzz=0(δ_0>-4).基于文献[10]对δ_0>0情形的工作,本文完成对各向同性材料δ_0=0和正交异性材料0>δ_0>-4情形的讨论.上述问题的解在边界位移数据给定情形的板理论的边界条件的合理提法方面有重要应用.

正交异性板条的渐近分析

本文阐明由三维薄弹性体的渐近分析导出各级精度板壳理论的基本方法。将多尺度分析用于板的内部区域和边界层区域导出应力,应变和位移等物理量的不同的无量纲小厚度参数ε的渐近展开式。与工程的方法不同,推导仅基于ε→0的渐近分析,对板的变形不做任何假定。给出正交异性板的平面应变渐近展开的具体列式,仅有一些常数待定。结果表明,内域解渐近级数的首项正是熟知的Kirchhoff板理论解。本文为内域解和边界层解的渐近匹配,从而正确表述圣维南原理并用以建立各级渐近解的边界条件进而求解的研究做好了准备。

Al薄膜纳米压痕过程的多尺度模拟

采用多尺度准连续介质法分别模拟无缺陷和具有初始缺陷两种状态下,单晶Al薄膜纳米压痕初始塑性变形过程,得到载荷-位移响应曲线和应变能-位移变化曲线.研究了初始缺陷对纳米压痕过程中位错形核与发射、Peierls应力以及位错发射.临界载荷的影响.结果表明,在整个纳米压痕过程中出现了多次位错形核与发射现象,初始缺陷对第1和第3对位错的形核与发射影响较小,而对第2对位错的形核与发射具有明显的推迟作用,并伴随有裂纹扩展现象;由于初始缺陷引起薄膜材料内部严重的晶格畸变,导致系统应变能和位错运动的Peierls应力增加;裂纹扩展前,发射第2对位错需要的临界载荷增加,裂纹失稳后,位错发射需要的临界载荷下降.模拟获得的纳米硬度和Peierls应力与实验结果吻合.

基于应力投影的油气管道螺旋裂纹评估方法

目前国内外还没有针对管道螺旋裂纹的相关评估方法。为此,借鉴标准BS 7910中管道轴向裂纹和环向裂纹的评估方法,基于无限大平板斜裂纹将应力分解到裂纹方向及其垂直方向的求解思路,结合有限元模拟,提出了管道螺旋裂纹的评估方法:将螺旋裂纹的计算归结为轴向裂纹和环向裂纹的计算,根据无限大平板斜裂纹轴向裂纹和环向裂纹的复合计算公式,推导出管道螺旋裂纹应力强度因子的近似计算公式,并进行了静水压爆破验证试验。结果表明:该评估方法准确可靠,最大误差为5.62%,可以用于管道螺旋裂纹的工程评估。

混凝土靶体计及压实效应的球腔动态膨胀模型和侵彻计算

建立了一混凝土靶体的球腔动态膨胀的侵彻模型。靶体的静水压力-体积应变关系考虑了不同的密实混凝土模型。也研究了混凝土作为多孔材料在高压下的压实效应。混凝土有拉伸强度极限值,其剪切强度与压力相关为Mohr-Coulomb定律。球腔动态膨胀模型考虑球对称空腔在无限介质里从零半径开始以常速度膨胀,产生一塑性区和一弹性区。当膨胀速度足够小时,由于介质的低拉伸强度,塑性区和弹性区之间可存在一径向裂纹区。可由解析方法获得空腔表面压力和弹塑性区界面传播速度随空腔表面扩张速度变化的曲线,再由球腔动态膨胀模型所得的空腔表面压力分布用于计算混凝土靶体的刚性杆弹侵彻深度。本文模型的计算结果与经验公式,不可压缩和线性可压缩混凝土模型的进行了比较。

管道螺旋焊缝缺陷的初级失效评估

阐述了焊缝缺陷的评估原理和分级方法,参考英国标准BS 7910的1A级断裂评估准则,提出了螺旋焊缝缺陷失效的初级评价方法,并针对庆铁老线林源至新庙段管道的超声检测数据进行了应用性计算。对螺旋焊缝缺陷的断裂失效和塑性破坏失效的评估结果表明,部分缺陷在内压大于4.5MPa下不安全。研究认为,在实现较高级评估之前,初级失效评价结果可以为螺旋焊缝的检测、完整性评价和缺陷修复等完整性决策提供参考和指导。

正交异性板的三维渐近方程

从正交异性薄弹性体的三维弹性方程出发,应用在板的内部区域展开为无量纲厚度参数ε的渐近级数的方法,系统地推导出由板中面位移表示的二维高阶板方程,包含了体积力和板表面力的作用效应.进一步在边界层区域将三维的边值问题分解成二维的平面应变和扭转问题.与工程的方法不同,推导过程仅基于ε→0的渐近分析,对板的变形不作任何假定.结果表明,板内域解渐近级数的首项正是熟知的K irchhoff假定或直法线假定下的板理论解.

四辊轮多次弯板成形过程的刚性夹持模型

在对板材夹持型滚弯成形过程分析的基础上,系统地研究了一般应变硬化板材的夹持型多次滚弯成形过程的弯曲模式,导出了指数律应变硬化材料在每次成形过程的加卸载弯矩 曲率显式关系.对已知机械功率的弯板机,为获得预定曲率的板材,建立了相应的方程以计算所需滚弯成形过程的最小次数和每次的残余曲率.对板材的每次边缘弯曲模式,建立了板材弹塑性大变形的控制微分方程,并将问题解析地归结为对一代数方程的数值求解.研究了与多次滚弯成形的边缘弯曲模式生产过程相关的物理量并以图示出.

弹性圆板在轴对称边缘条件下的解及其应用

在不采用任何近似的板理论的条件下，给出一种解横观各向同性圆板在表面应力自由、边缘承受轴对称分布应力和（或）位移时的线弹性边值问题的半解析数值方法，并且说明某些典范问题的解在圆板的位移、应力混合型边界条件的圣维南原理的表述中的应用．

大鼠气管软骨和肌肉残余应变研究

提出两次性剪开方法,即沿着垂直于气管软骨切线方向剪开软骨和肌肉的两个连接点,由此分别得到气管软骨和肌肉的零应力状态,并定义了表征零应力状态的软骨和肌肉张开角.通过检测得到的气管软骨和肌肉无载荷和零应力状态的几何信息,计算软骨和肌肉内、外壁残余应变,以及相应的张开角.结果表明软骨外壁处存在拉伸残余应变,内壁处存在压缩残余应变;肌肉外壁处存在拉伸残余应变,靠近气管杈的气管环肌肉内壁处存在压缩残余应变,其余气管环肌肉的内壁处存在拉伸残余应变,这和血管等组织不同.结果还表明,软骨的残余应变要比肌肉的小很多,往往只是肌肉的十分之一左右;软骨张开角和肌肉残余应变呈正相关关系;无论是残余应变的绝对值还是张开角,都随着气管环轴向位置的下移而减小.所得结果不仅表明气管是一周向和轴向极为非均匀的生物材料,而且显示气管的残余应变情况与血管、食管等组织不同,是深入研究气管重建的基础.

可塌陷气管的弹性薄壳模型分析

建立气管的一个弹性薄壳数学模型.气管的软骨部分为薄圆柱壳的弹性小变形薄膜和弯曲变形状态,而肌肉部分为大应变薄膜应力状态.软骨为Hooke弹性材料而肌肉采用二参数指数型本构关系.由拟合气管p-V关系的实验数据和计算结果得到了肌肉的材料参数.在均匀分布外压力载荷和平面应变变形条件下,求得了软骨和肌肉的耦合变形解析解,图示了软骨内力和位移,以及气管在外压逐渐增大时的肌肉塌陷变形过程.