基于金属磁记忆的弯曲工字钢梁的力-磁效应

目前,基于金属磁记忆检测技术的受力状态表征及损伤评估应用广泛,但在受弯构件的检测中,弯曲长度及荷载作用位置对检测结果的影响尚不明确。为研究受弯构件的力-磁效应,本工作基于四点弯曲工字钢梁的磁记忆检测,采用考虑初始平面外弯曲和应力与磁化作用角度的力-磁耦合方法,通过COMSOL多物理场仿真软件进行了数值模拟研究,并结合有效场理论分析了钢梁弯曲长度对磁信号的影响,提出了表征损伤及荷载作用位置的磁特征参数。结果表明:检测线磁信号峰-峰值S在钢梁接近屈服状态时显著增大,并在钢梁处于承载能力极限状态时达到最大值;腹板检测线磁信号峰-峰值S_(w)在钢梁屈服和达到最大承载能力时分别随有效段长度的增加呈线性减小和以二次函数的规律减小,而下翼缘检测线磁信号峰-峰值S_(f)在钢梁屈服和达到最大承载能力时均随有效段长度的增加以二次函数的规律减小;根据磁特征参数S_(w)和S_(f)定义了磁损伤指数D和荷载作用系数S_(r),当钢梁所受外加荷载超过其最大承载能力的80%时,可根据D>0.5的特征对钢梁不安全的受力状态进行预警;荷载作用系数S_(r)与钢梁的剪跨比λ近似线性相关,可以表征荷载的作用位置。

压缩载荷下非对称变厚度复合材料层合板性能研究

对非对称结构形式的变厚度复合材料层合板在准静态压缩载荷下的失效机理进行了试验和数值研究。在ABAQUS/Explicit中建立全新的三维有限元模型(Finite element model, FEM),其中Hashin准则用于复合材料层合板渐进失效分析,内聚力建模用于模拟分层的萌生和扩展。根据试验得到的应变数据分析,不连续的中性轴使层合板中产生弯矩,这些弯矩与轴向压缩载荷相互耦合,共同作用在层合板上。有限元结果表明,在薄段和变厚度段的交界处存在明显的应力集中,且薄段的应力大于厚段的应力。在交界处,发生了分层以及纤维和基体的压缩损伤,这与试验的结果一致。FEM预测的极限荷载比试验测得的平均极限荷载小10.7%,证明了模型的可行性和合理性。

三维机织碳纤维/环氧树脂复合材料热氧老化的强度降解机制

三维机织复合材料热氧老化强度降解机制对复合材料的安全性和耐久性设计至关重要。采用“基体收缩”二步法结合高速摄影记录冲击压缩变形过程和micro-CT表征冲击内部损伤形态,研究三维角联锁机织复合材料老化前后的冲击压缩行为,揭示热氧老化的强度降解机制。研究发现,老化复合材料表面产生的界面裂纹随老化时间增加持续变宽。老化复合材料的冲击压缩性能随老化时间增加逐渐下降,其压缩模量在老化32 d后下降了16.6%,老化复合材料中树脂基体热氧降解和界面脱粘共同作用阻碍了应力波从树脂到纱线的传递导致纱线断裂时间提前,破坏形态更严重。同时,老化裂纹会影响剪切裂纹的扩展路径导致剪切带更宽、损伤更严重,使老化复合材料的冲击压缩性能严重下降,但不会改变冲击压缩45°剪切破坏模式。研究结果为复合材料在热氧环境长期服役的冲击工程制造提供了理论依据。

复合材料铺层板低速冲击作用下损伤的有限元分析

建立了分析纤维增强树脂基复合材料层合板在横向低速冲击作用下损伤和变形行为的有限元模型.针对铺层板的层内损伤,在采用应变描述的Hashin失效准则的基础上,建立了单层板的逐渐累积损伤本构模型;针对铺层板的层间脱层损伤,使用界面单元模拟层间粘接区域,在采用力与相对位移表示的材料模型的基础上,建立了各向同性脱层损伤模型,通过结合传统的应力失效准则和断裂力学中的能量释放率准则定义界面损伤演化规律.计算模型通过有限元软件ABAQUS/Explicit的材料模型用户子程序实现.使用该计算模型对铺层方式为(04,904)S的碳纤维增强环氧树脂基复合材料层合板在不同横向低速冲击作用下的损伤和变形行为进行预测分析,并将数值仿真结果与试验结果进行了比较,验证了所提出模型的正确性.

铆钉连接件细节应力分析及疲劳裂纹形成寿命预估

首先建立简化的力学模型模拟复杂的铆钉连接件结构,并用有限元软件对所建立的模型进行细节应力分析。然后利用损伤力学守恒积分原理得到计及损伤耦合效应的集中应力表达式。在此基础上,根据由热力学原理导出的以损伤驱动力表示的损伤演化方程,给出裂纹形成寿命与载荷关系的解析表达式。进一步,按照某种材料的部分标准试件的中值疲劳曲线拟合损伤演化方程中的材质参量,并利用同类材料的其他标准试件的中值疲劳曲线进行寿命预估方法验证。最后,给出了国产某型客机危险部位具有不同存活率的疲劳裂纹形成寿命。

损伤模型接触面单元在有限元计算分析中的应用

简要介绍了接触面损伤模型 ,推导了接触面单元的有限元格式 ,编制了平面和轴对称问题有限元计算程序 ,对土与结构相互作用问题进行了有限元分析。对单个接触面单元进行了有限元计算 ,与损伤模型理论解比较 ,验证了计算程序的正确性。对不同边界约束条件的土工织物拉拔试验和桩土相互作用问题进行有限元计算 ,对接触面非线性模型和损伤模型的计算结果进行比较。计算结果表明 ,损伤模型能够反映土与结构物接触面剪切过程中的应变软化和剪胀特性 ,较非线性弹性模型接触面单元有显著的优越性 ;土体与结构物刚度、边界约束等条件对土与结构相互作用有明显的影响 ,这些影响在桩基础、加筋土与周围土体相互作用等问题的研究中必须加以考虑。

考虑接触面损伤及连续脱开的堵头稳定计算

基于3维弹塑性损伤有限元,提出了在高内水压下考虑接触面损伤及连续脱开的堵头稳定计算方法。在堵头潜在滑动面上模拟接触面单元,以接触面单元为基础,计算高水头作用下堵头接触面单元损伤程度。在损伤严重部位将会发生接触脱离,对于与内水接触的脱离部位,内水将入侵其中,从而导致接触面持续脱开。最终得到堵头抗滑过程中,堵头与外部接触的有效作用面及接触面单元损伤程度,按损伤程度对接触面单元的凝聚力进行一定程度的折减,从而计算出堵头的整体安全系数,为工程实践提供较准确的理论依据。将此算法应用于毛儿盖导流洞堵头稳定校核中,取得了良好的效果,说明了考虑接触面损伤及连续脱开的有限元计算堵头稳定方法是合理而有效的。

两种简易可行的砖墙托换梁

介绍了两种承重砖墙托换梁,并给出了相关的设计计算方法,这两种托换梁具有受力明确、构造简单、便于施工等优点。

潜孔钻头复合片球齿的抗冲击性能

利用CEAST 9340落锤式冲击试验机,通过高周期疲劳方式加载,测试冲击功、球表面积、WC-Co硬质合金球齿衬底厚度及聚晶金刚石层(PCD)层厚度对复合片球齿抗冲击性能的影响;利用ANSYS软件对PCD层厚度对球齿抗冲击性能的影响进行有限元分析;利用JSM-6360LV型扫描电子显微镜对样品断口形貌进行观察。研究结果表明:球齿的冲击破碎率随冲击功的增大而升高,随WC-Co硬质合金球齿衬底厚度增加及PCD层厚度减小而下降;在相同冲击功条件下,增大球齿球表面积则导致冲击破碎率下降;球齿抗冲击性能随WC-Co硬质合金球齿衬底厚度减小及PCD层厚度增加而下降。直径为14 mm和16 mm球齿部分可满足低风压抗冲击性要求但无法满足高风压抗冲击性能要求。

TiN/WC-Co涂层刀具划痕损伤的三维有限元分析

对TiN/WC-Co涂层刀具的划痕试验的损伤过程进行仿真计算得到临界载荷并且与划痕试验结果进行比较来确定涂层与基体之间的界面结合强度。得出以下结论:对TiN这样的硬质涂层,其主要损伤破坏形式是:位于压头后方的涂层表面受到拉应力的作用先发生破坏,并逐渐扩展,导致涂层表面横向裂纹的产生,最终涂层断裂。而基体靠近界面处先发生破坏,并逐渐扩展,最终导致基体破坏;涂层的最大拉应力是导致涂层断裂破坏的主要因素,而界面剪应力是导致界面脱开和基体破坏的主要因素。在考虑涂层/基体界面破坏、涂层、基体的损伤情况下,可以有效进行划痕试验的数值模拟,并可获得涂层界面结合强度、损伤的发生发展、涂层失效方式等重要参数。

基于USDFLD二次开发的复合材料层压板损伤分析研究

为了对复合材料层压板损伤扩展进行分析研究,基于大型商用有限元软件ABAQUS及二次开发模块USDFLD,采用Hashin准则和最大应力准则,对复合材料层压板损伤扩展进行数值仿真.通过比较仿真结果和已有的实验结果,发现基于二次开发的复合材料层压板模型能够较好地模拟材料的损伤扩展过程.在验证仿真结果有效性的基础上,进一步综合分析了铺层顺序和铺层角度对层压板损伤扩展的影响.结果表明:复合材料层压板损伤扩展的方向与铺层角度和铺层顺序密切相关,铺层角度对层压板的拉压性能有较大影响;但是铺层顺序和铺层角度对单元发生损伤的时间几乎没有影响.

两种立式封装板蓄冷装置实验与模拟

为了综合评价封装板蓄冰设备的蓄冷性能,进行了将有限元分析法应用于两种蓄冰槽实验装置的研究.在实验测量的基础上,分别对蓄冷过程中蓄冰装置的不同通程内蓄冰板的温度场变化进行有限元模拟研究,并对实验与模拟结果进行了对比分析.在蓄冰槽内沿载冷剂流动方向,越靠前的通程蓄冷过程越快,相界面的推进速度也越快,方形蓄冰槽要比圆形蓄冰罐的蓄冰速率快得多.新型立式封装板蓄冰设备蓄冷性能稳定,能够保证在波谷电价时间段内完成蓄冰过程,相对于水平式蓄冰设备其适用范围更广.

含圆形夹杂两相材料界面变形与损伤特性的数值模拟

为模拟复合材料界面行为,利用界面破坏单元和有限元程序,对金属基复合材料Al基体含Al2O3圆形夹杂的界面破坏行为进行一系列的数值模拟,分别采用切向和法向耦合的界面弹簧单元SPRINGA和由自编的非实体四节点界面单元等模型;比较各种界面模型的差别。由计算结果可知,考虑界面层的计算模型比不考虑界面层时合理;采用破坏型界面层即在界面处加入破坏弹簧或非实体破坏单元的计算模型比仅加入一层实体界面层的计算模型合理;加入破坏型界面层时,界面层力学性质的描述与参数值的给定对计算结果有重要的影响。

中小跨径混凝土连续梁桥徐变效应分析

对于中小跨径的混凝土连续梁桥,工程界在设计与施工中一般很少考虑混凝土徐变效应的影响,本文从混凝土徐变效应的计算理论与方法出发,对于唐万大桥采用考虑混凝土徐变效应的有限元分析,并得出较有意义的结论,可供广大工程技术人员参考。

螺栓预紧力对螺栓结合面特性参数的影响规律研究

高精度空气静压轴承中螺栓结合面的特性受组成结合面的构件的材料、接触面的形貌、接触面的几何精度、接触面的接触形式等因素的影响,其中影响最为显著的是螺栓预紧力。通过有限元仿真和实验模态分析方法辨识了螺栓结合面的特性参数,并研究了螺栓预紧力对螺栓结合面特性参数的影响规律。发现,随着螺栓预紧力的增加,螺栓结合面特征频率随之增加;当螺栓预紧力增加到一定数值时,螺栓结合面在有限元仿真时可以定义为绑定接触。

高性能航空复合材料低速冲击损伤分析

针对复合材料层合板冲击损伤模拟问题,基于各向异性材料连续介质损伤力学分析法,采用基于应变描述的失效判据来判断损伤,引入材料损伤状态变量对复合材料损伤情况进行描述;并考虑材料的剪切非线性,建立了复合材料层合板在低速冲击作用下的3D非线性连续损伤有限元模型。通过编写VUMAT材料用户子程序可以实现层内各类损伤的判断和演化。使用界面单元模拟层间区域,结合传统的应力失效判据和断裂力学中的能量释放率准则来判断分层损伤的起始和演化规律。为了更准确模拟试验中层合板的动态响应,有限元模型较为真实地反映了实际的试验条件。有限元模拟结果与试验结果吻合较好,证明了基于该方法建立的有限元模型的有效性。

二维颗粒堆力传递模型在颚式破碎机设计分析集成系统中的应用

为缩短颚式破碎机的设计周期和满足智能化生产对颚式破碎机不同应用场合的要求,根据颚式破碎机的机构特点,开发了基于SolidWorks和ANSYS联合二次开发的颚式破碎机设计分析集成系统。应用圣维南原理建立了二维颗粒堆力传递模型,以确定不同破碎颗粒大小下颚板应力分布情况。对颚板进行静力学分析,并运用APDL进行参数化建模优化设计。结果表明,该模型可有效提高颚式破碎机设计分析集成系统对不同破碎颗粒的适应性,大大提高颚式破碎机设计准确度和效率。

非连续变形计算力学模型的粘弹性分析方法Ⅰ:基本理论

基于粘弹性广义有限单元和接触力元,发展了适用于多体相互作用系统非连续变形分析的粘弹性数值分析方法,通过虚功原理,给出了其分区参变量最小势能原理,从而阐明了其理论基础。粘弹性广义有限单元的本构关系可由粘弹性退化为弹性或刚性,因此本文所提出的方法可对由刚体、弹性体和粘弹性体所构成的复杂多体系统在外荷载作用下的力学行为进行数值模拟,同时能够比本文精确地直接得到多体之间的接触应力。

空心板梁桥铰缝损伤对横向传力的影响研究

为研究空心板梁桥铰缝损伤对桥梁整体横向传力效应的影响,运用有限元分析软件ANSYS建立空心板梁及铰缝实体单元模型,分析铰缝不同损伤程度对应的空心板梁桥控制截面的挠度和应力分布情况。研究结果表明:铰缝损伤后,空心板梁底板应力传递发生明显变化;随损伤程度增加,底板应力传递向外逐渐减小,横向传力能力逐级削弱,并且铰缝损伤处会出现应力集中现象,有损害进一步扩张的趋势。分析结果可以为空心板梁桥的铰缝损伤情况研究提供参考,并给出既有空心板梁桥在工程实践中的维护管理重点。

非连续梁地下室墙柱裂缝有限元分析

为研究某项目的地梁滞后施工时地下室墙柱开裂的原因,运用ABAQUS软件,采用土侧压力作用下非连续梁地下室墙柱混凝土损伤塑性模型,进行有限元分析。结果表明:由于地梁滞后施工,缺乏支撑作用,地下室外墙梁在土侧压力作用下,钢筋达到屈服,混凝土产生过大变形损伤而开裂,有限元分析中的裂缝开展位置、裂缝形式、裂缝宽度等情况与实际检测结果吻合度较好。表明CDP模型参数取值可靠,有限元分析结论合理,研究可为具体的加固处理实践提供一定理论依据。