扩展有限元法在结构件疲劳寿命估算中的应用

为了高效、准确估算飞机典型结构件的疲劳扩展寿命,基于通用有限元分析软件ABAQUS的扩展有限元功能计算应力强度因子,采用NASGRO方程计算疲劳裂纹扩展速率。为了避免大量重复提交运算的繁琐过程,应用PYTHON语言开发了在ABAQUS疲劳裂纹扩展分析中反复调用扩展有限元结果和NASGRO方程的子程序,在指定的疲劳裂纹扩展路径上实现了对飞机连接件疲劳裂纹扩展速率与寿命的计算。结果表明,模拟的疲劳裂纹稳定扩展阶段的寿命曲线与实验结果吻合较好,疲劳寿命误差约为10%。

连续梯度的功能层对燃料电池在初始还原过程中曲率及残余应力的影响

连续梯度的电极由于其相对于多层梯度电极能更加有效地缓解电极和电解质的热失配及改善界面黏接而受到特别的关注.本文通过建立含连续梯度的阳极功能层的阳极支撑固体氧化物燃料电池的力学模型,研究了连续梯度的阳极功能层对阳极支撑固体氧化物燃料电池半电池在初始还原过程中曲率及残余应力的影响.结果表明电池的曲率在初始还原过程中随还原程度的增大而逐渐增大.连续梯度的阳极功能层的引入不能同时改善电池的曲率和残余应力,即连续梯度的阳极功能层在缓解应力的同时会导致曲率的增大,反之亦然.含有连续梯度的阳极功能层的电池在部分还原状态下,梯度层/阳极支撑界面处具有最大的拉应力容易导致电池受损,实际中应保证电池被完全还原.

X80管线钢焊接接头TEM观察下的断裂行为对比

对X80管线钢焊接接头3个区域的试样在透射电子显微镜(TEM)下进行原位拉伸试验,通过观察各个区域裂纹的萌生与扩展过程,对其微观断裂行为进行了研究和分析。结果表明:母材区中,裂纹萌生扩展主要以多裂纹起裂为主,表现为沿晶扩展的断裂形式,最后造成在切应力作用下的剪切脆性断裂;热影响区内,主裂纹首先在切应力作用下以45°方向起裂,整个扩展过程是主裂纹钝化、位错发射、主裂纹前方无位错区形成、微裂纹形核、主裂纹与微裂纹连接扩展这一多尺度过程不断重复的过程,最后导致准解理穿晶断裂;焊缝区中,从主裂纹分支出多条裂纹,裂纹均以与拉伸轴成45°的方向起裂,表现为沿晶与穿晶混合的断裂模式,最后造成穿晶脆性解理断裂。

集流体塑性变形对锂离子电池双层电极中锂扩散和应力的影响

针对锂离子电池双层电极结构,建立了综合考虑锂扩散、应力、浓度影响的材料属性及集流体弹塑性变形的理论模型.基于所建立的模型,主要研究了在充电过程中集流体可能发生的塑性变形对电极中锂扩散及应力的影响.数值结果表明集流体的塑性变形会减弱其对活性层的约束,这不仅使得集流体和活性层中的应力得到明显缓解,而且还促进了锂在活性层中的扩散,提高了活性层的有效容量.与此同时,研究了集流体的屈服强度和塑性模量这两个参数的影响,结果表明,较小的屈服强度和较小的塑性模量能进一步弱化约束,松弛电极活性层中的应力,并增加其有效充电容量.研究结果为分层电极的结构设计和性能优化提供了一定的参考.

表面效应对纳米线电极屈曲失稳的影响

纳米线电极在充/放电过程中引起电极的屈曲失稳行为可能会对结构造成力学损伤.本文针对纳米线电极结构,建立了包含锂扩散、应力、浓度影响弹性模量的多场耦合理论模型.基于构建的模型,研究了表面效应对纳米线电极屈曲失稳的影响.结果表明表面效应能够提高纳米线电极的抗屈曲性,延迟纳米线电极的临界屈曲时间.同时,表面效应的影响表现出半径尺寸和长细比的依赖性,即随着电极半径尺寸的增大而减小,而随着电极长细比的增大而增大.此外,模型还显示,在有表面效应的条件下,相对于弹性硬化属性的纳米线电极,具有弹性软化属性的电极因为具有更好的抗失稳性而更适宜作为电极材料.研究结果为纳米线电极的力学可靠性设计提供了一定的帮助.

连续梯度阳极功能层的引入对阳极支撑固体氧化物燃料电池的力学性能影响

通过建立含连续梯度的阳极功能层的阳极支撑固体氧化燃料电池力学模型,研究了连续梯度的阳极功能层的引入对阳极支撑固体氧化物燃料电池的力学性能影响。结果表明,阳极层应力随着梯度层厚度的增加而增大,而电解质层和阴极层应力随之减小;同时,梯度指数也影响电池曲率的变化,电池曲率随着梯度指数的增大而减小;此外,本文也探讨了通过引入韦伯统计来预测电池阳极的失效概率。

表面能梯度驱动下纳米水滴在不同微结构表面上的运动

近年来,微观尺度下水滴在能量梯度表面上的运动情况受到了广泛关注,然而通过实验进行研究尚存在困难.本文利用分子动力学方法研究了不同微结构表面上纳米水滴在表面能梯度驱动下的运动情况.结果表明:槽状和柱状微结构可以明显提升纳米水滴在微结构表面上的运动效率,钉状微结构会降低纳米水滴的运动效率,尽管它具有稳定的疏水性;结合槽状和钉状结构的混合状微结构兼具二者的优点,不但可以有效地提高纳米水滴在粗糙表面上的运动效率,而且具有比较高的疏水稳定性.此外,表面能的微小改变会明显影响水滴的运动效率.