振动切削微观应力波机理分析与有限元仿真

振动切削的加载特定性决定了切削中应力波的产生,应力波传播对振动切削的微观机理产生重大影响。以振动切削中应力波产生及在切削区的传播为切入点,对内反射波,反射断裂及动态应力强度因子加以分析,并进行有限元仿真,解释了振动切削的能量作用集中,剪切角增大的实质。

基于Maxwell模型的线性粘弹性波传播问题的质量集中杂交应力有限元法

在用有限元方法解偏微分方程时我们往往需要对质量矩阵求逆.我们对质量矩阵进行质量集中可以将得到的矩阵对角化,大大提高计算效率.本文针对一类求解二维线性粘弹性固体介质波传播问题的全离散杂交应力四边形有限元方法研究其质量集中格式,并利用位移插值节点为求积节点的Gauss-Lobatto数值积分方法来实现质量矩阵的对角化.数值算例验证了该方法的有效性.

应力波在变截面杆中传播的数值分析

利用ＨＯＮＤＯ有限元程序对应力波在变截面杆中的传播进行了分析。根据分析结果提出采用有台阶的锥形调制器取代现有调制器可以解决手提式铆枪过重的问题。有台阶的调制器对应力透射波的放大效果不会有明显变化，但可减轻重量５０％以上。同时利用该程序对应力波在不同几何构形的调制器中的传播进行了对比分析，根据输出波形的质量对应力波调制器的几何尺寸进行了优化设计，提出了锥体的底角和直径范围。

液饱和多孔介质中三维应力波的传播

为了深入研究液饱和多孔介质中应力波的传播,提出了三维两相细观计算模型。基于此模型,应用Galerkin余量法并计及流-固耦合界面的耦合效应,利用直接耦合的技术,开发了三维流-固混合显式动力有限元计算程序。在此基础上对冲击载荷作用下液饱和多孔介质中三维应力波的传播现象进行了数值模拟,并详细讨论了孔隙率,孔隙形状等因素对应力波传播主导波形的影响。

平面应变各向异性本构关系及在应力波传播模拟中的应用

为了研究平面应变条件下各向异性材料中应力波传播的特点,利用各向异性弹性Hooke定律、Tsai-Hill屈服准则、经典塑性流动理论,引入修正的物态方程计及高压下的体积压缩非线性,建立了平面应变条件下正交各向异性复合材料的弹塑性本构关系,并且分析了二维问题中材料变形引起的主轴旋转及客观应力率修正问题。最后采用动态显式有限元方法自行编写程序模拟某种纤维增强复合材料碰撞过程中平面应力波的传播,模拟结果显示,在平面应变条件下应力波在该材料的传播过程中表现出明显的二维效应、各向异性特点及弹塑性特点。

应力波传播对振动切削微观机理的影响研究

从振动切削所产生的应力波在切削加工主变形区的传播入手,结合理论分析与有限元分析的方法,力图阐明振动切削应力波微观机理的新进展,促进振动切削技术的完善。

基于应力波的钢轨焊缝损伤检测方法研究

为实现对钢轨焊缝处损伤的检测,对应力波在钢轨中的传播特性进行研究。通过频散曲线得知在5 000 Hz内钢轨纵向模态导波为非频散波。使用ABAQUS有限元软件建立仿真模型,模拟轨头、轨腰、轨底处损伤,在纵向激励下对比正常工况及损伤工况应力波的传播规律。结果显示,损伤前后0.15 m内测点处峰值较正常工况明显减小,应力波在损伤前后会发生反射和衍射现象。据此,建立了一种钢轨焊缝损伤指标,沿钢轨横截面布设测点,能够检测钢轨焊缝处损伤及损伤程度。

基于数值仿真的防波板焊接结构圆弧过渡分析

为提升路面洗扫机械的水箱在服役过程中的可靠性,针对水箱中防波板焊接结构在水流冲击载荷下出现疲劳裂纹失效问题,在立板根部采用圆弧过渡的结构优化方案,以降低焊接结构的应力集中程度,从而提升防波板的使用寿命。采用有限元仿真系统地分析了过渡圆弧位置和半径对应力分布的影响规律。仿真结果表明,焊接结构应力集中导致防波板抗疲劳性能弱化,而圆弧过渡结构对应力集中效应具有明显的缓解作用,其缓解程度与圆弧位置和半径有显著的关联。随着圆弧与焊道距离的减小或者圆弧半径的增加,防波板应力集中降低,载荷由低周疲劳向高周疲劳的转变越明显。

地外天体采样器冲击机构应力波传递特性研究

利用有限元数值计算方法仿真并分析了地外天体采样器冲击机构在冲击钻进过程中应力波的产生、传递及其钻进碎岩效果。采用一种新的有限元前处理方法建立冲击系统激振块、钻杆和钻头的三维模型和岩石材料模型。模拟分析了采样器在冲击钻进时应力波在钻杆中的传播过程及钻具对底部岩石材料的破碎效果。仿真结果表明,在冲击碰撞发生时,冲击能量以应力波的形式产生,沿着钻杆向底部传播并不断衰减,当其传递到最底端时发生反射。应力波的形貌、能量随时间的变化情况和钻具对岩石材料的破碎侵入情况均与实际情况和理论分析一致,验证了理论分析的正确性和这种建模仿真方法的有效性,为航天采样器冲击机构的设计和优化提供了一定的依据。

电力变压器油箱内部故障压力特征建模及仿真

鉴于变压器内部故障后压力升高可能导致油箱开裂、起火及爆炸等事故,长期以来,电力变压器一般装有瓦斯继电器和压力释放阀用于故障切除及油箱过压力释放。但由于业界对其深入研究不足,且鲜有理论创新和性能改进,目前广泛使用的瓦斯继电器存在速动性不足、可靠性较低及阈值难以整定等缺陷。通过分析变压器内部故障造成油箱内压力升高的瞬态物理过程,建立了变压器油箱内部故障压力震源及其波传播的数学模型,有限元仿真变压器内部故障后油箱内压力升高变化情况,得到不同时刻下油箱内部压力分布云图及不同位置压强升高曲线。仿真计算结果揭示了变压器电气网络故障与油箱内非电气量表象之间的关系,为研究基于故障压力特征的数字式瓦斯保护提供理论基础和仿真平台。此外,通过与电力变压器油箱内电弧故障压强升高试验结果的比较,验证了所建模型及仿真手段的正确性。

非均质变截面杆中弹性波的反射和透射

基于一维弹性波理论，本文对应力波在非均质变截面杆中传播问题进行了一维简单波分析，并把分析结果与二维轴对称有限元分析结果进行了比较，表明一维简单波分析是非常有效和实用的。利用一维简单波分析方法，本文还揭示了应力波在非均质变截面杆中的传播规律，特别对含有内部交界面的非均质变截面杆（带有连接段）进行了一维等效简化分析，研究了连接段对应力波传播的影响。

球形弹丸超高速斜撞击薄板的碎片云和侵彻特征仿真分析

低地球轨道航天器易受到微流星体及空间碎片的超高速撞击。相较于正撞击,斜撞击现象更加普遍、更具研究价值。文章采用Autodyn-3D数值模拟软件,利用光滑粒子流体动力学(smooth particle hydrodynamics,SPH)方法,模拟Al2017-T4球形弹丸超高速斜撞击Al2A12薄板的过程,开展弹丸撞击速度为3~6 km/s、撞击角度为0°~60°时的撞击特征仿真分析。结果表明:撞击角度对碎片云形貌与几何尺寸,以及穿孔大小和形状特征有显著影响;当撞击角度为30°~45°时会发生滑弹反溅现象,造成弹丸侵彻能力下降。研究结果可为超高速撞击防护结构的设计和改进提供支持。

沥青混凝土中超声波传导衰减规律的研究

介绍了沥青混凝土传导超声波的基本特性,骨料含量、入射频率,与超声波能量衰减间的影响关系。以仿真模拟实验和波场应力云有限元分析的方法,分析超声波在细观沥青混凝土中传导的衰减特性,探究了骨料含量与超声波能量衰减间的影响关系。

无碴轨列车引起的竖向振动在土体中的传播研究

城市轨道交通和高速铁路的发展,加剧了列车运行引起的环境振动。该文对CRTSI型板式无碴轨列车运行引起的竖向振动进行了研究,基于有限元模型分析了竖向振动在土体中传播规律。竖向振动的频率集中在10～120Hz之间,它和主频、振级都随着距离振源距离的增大不断减小,并且随振动的不断传播,高频成分迅速衰减;竖向加速度峰值随着深度的增加有减小的趋势,加速度峰值衰减的幅度在距离轨道较近时更加明显。

高过载下环氧树脂保护作用分析

为了研究环氧树脂在高过载环境下对弹体内关键零部件的保护作用,使用Ls-dyna有限元软件对同等外径下三种高度的灌封体在三种不同速度下的九种工况进行冲击过载仿真,用以确定应力波在高度范围内的传递衰减特性,选择所受应力最小的高度范围作为放置线路板的最佳高度。在最佳高度范围内加入线路板对整体灌封组进行冲击过载仿真实验,分析线路板周围应力分布及灌封胶对线路板的保护作用;之后通过冲击试验台对灌封组件进行了冲击过载试验,检测结果表明线路板遭受高过载后功能性完好。

多接触形态高速冷打材料动态力学行为机理研究

根据高速冷打实验平台建立了有限元计算模型,进行了高速冷打块状金属实验的模拟仿真,分析了成形工具与试件间的相互作用关系;研究了平面接触和曲面接触形态下试件同一横截面和同一长度方向各单元的真实应力、真实应变曲线特征,分析了各曲线间产生差异的原因及平面和曲面两种接触形态下的材料动态力学行为,反映了由圆头冲击杆径向惯性引起的几何弥散效应造成应力沿试件非均匀分布,应力波峰值随着传播时间的增加而衰减,应力波上升时随着传播时间的增加应变率降低等现象。

加速发展岩石动力学

本文是为纪念中国科学院武汉岩土力学研究所建所30周年而作。简要地概括了我所30年来,在岩石动力学领域中研究工作的发展情况和所取得的成绩。同时,对我所岩石动力学的今后发展作了展望,提出了笔者的一些看法和应重点研究的课题。

岩石动力学简介

岩石动力学主要研究岩石(体)在动载荷(如爆炸、冲击、地震、振动等)作用下,其动态力学性质与本构关系,破岩效应与机理、岩石(体)中应力波传播与衰减规律,岩石工程的安全与防护,岩石(体)动态特性的数值计算与数字仿真,有很强的工程应用背景。