基于多薄壁圆管套装假设的圆轴扭转切应力-变形量分析

针对材料力学、工程力学等教材中圆轴扭转章节的切应力-变形量公式,提出了一种基于多个薄壁圆管套装假设的新推理方法,导出了厚壁圆管及实心圆轴的切应力公式、单位长度扭转角公式等.提出用薄壁圆管扭转实验测量切应变和切应力参数,并验证两者之间的正比例关系即剪切胡克定律的正确性,从而测量材料切变模量G.提出用受扭薄壁圆管实例辅助证明切应力互等定理.研究结果有助于提高教学质量.

薄壁圆管成形方管工艺分析及模具设计

以薄壁圆管成形方管为研究对象,基于数值模拟的方法,对其成形过程进行了有限元分析,仿真结果表明,在无填充支撑物的情况下,当间隙超过一定值时无法成形。在管料中填充支撑物后,管料在自动化成形过程中出现管料卷曲、成形尺寸超差、模具使用寿命短等问题,通过调整小端夹紧的宽度尺寸、合模时模具零件间隙、更改模具结构及在模具零件表面镀TiN涂层,解决了这些问题。

膨胀薄壁圆管吸能特性研究

薄壁圆管的变形模式包括膨胀、撕裂、渐进压溃、欧拉屈曲等多种形式,文章通过ls-dyna软件对膨胀薄壁圆管的吸能特性进行了数值模拟。以建立的膨胀薄壁圆管有限元模型为研究对象,得到了在压模角度为30°、下压速度为5 m/s时,压模直径与膨胀薄壁圆管吸能特性之间的关系,得出当吸能特性最好时压模直径与膨胀薄壁圆管直径之间的比值D_(d)/D_(0)。通过相同尺寸的薄壁圆管在渐进压溃与膨胀2种变形模式下的吸能量对比,得到当D_(d)/D_(0)=1.22时,2种变形模式下圆管的吸能量基本相同;当1.22<D_(d)/D_(0)<1.3时,膨胀圆管的吸能效果优于渐进压溃圆管;当D_(d)/D_(0)>1.3时,膨胀圆管出现压溃、撕裂等不稳定变形模式,吸能量开始下降。

纤维铺层角度对复合材料薄壁圆管轴向压溃吸能特性影响研究

研究T700/3234复合材料薄壁圆管轴向压溃吸能特性受纤维铺层角度变化的影响规律。开展复合材料力学性能试验和薄壁圆管轴向准静态压溃试验。通过对比圆管轴向压溃峰值载荷及比吸能等指标的试验结果,验证建立的复合材料圆管有限元模型和分析方法。基于验证的有限元分析方法,探讨了复合材料纤维铺层角度的变化对薄壁圆管轴向压溃吸能特性的影响规律。结果表明,在准静态轴向压缩载荷下,随着纤维铺层角度的增大,比吸能先增大后减小;纤维角度为±45°时,初始峰值载荷最低,载荷效率最高,圆管易于进入渐进破坏吸能阶段。研究结果可为复合材料纤维铺层角度设计及复合材料薄壁结构有限元建模提供参考。

薄壁圆管绕弯芯棒参数的数值模拟和实验研究

外侧壁厚减薄和横截面发生畸变是薄壁管材弯曲过程中的主要缺陷,严重影响弯管的成形质量。薄壁管绕弯成形过程中芯棒对弯管的成形质量影响非常大。采用动态有限元平台ABAQUS/Explicit建立与实际相符的薄壁圆管绕弯模型,分析芯棒种类、芯棒的直径、芯棒的伸出量和芯棒与管材内部摩擦对管材弯曲成形质量的影响,结果表明:万向芯棒在控制管材截面椭圆畸变率方面比圆柱芯棒有较大的优势;为保证管材的成形质量,芯棒的直径和伸出量都应控制在一定范围内;芯棒与管材内部的摩擦应越小越好。并且在全自动数控弯管机DW18CNC上做了大量的实验,实验结果与分析结果相吻合,为实际生产中芯棒参数的选择提供了理论依据。

泡沫铝填充薄壁圆管的三点弯曲实验的数值模拟

泡沫金属填充薄壁结构的应用日趋广泛,建立合理的数值计算模型对结构设计和工程应用非常重要.该文通过对泡沫铝填充薄壁铝合金圆管的三点弯曲实验的数值模拟,研究了它的力学行为.采用ABAQUS软件,建立了空管和泡沫铝全填充管的有限元模型,并对这两种结构在三点弯曲下的力学行为进行了数值模拟,所得结果与实验结果符合得较好.通过数值模拟分析了结构的承载机理和不同压头直径对结构承载能力的影响.此外,还研究了泡沫铝部分填充圆管的三点弯曲行为,分析了不同填充长度对结构承载能力的影响.

不同材料薄壁圆管准静态轴压变形特性

材料选取是缓冲吸能结构耐撞性及轻量化设计的重要环节,该文采用LS-DYAN软件对低碳钢、铝合金和不锈钢等不同材料薄壁圆管的变形模式、比载荷、平均比载荷及比吸能等轴压变形特性进行数值模拟分析。研究结果显示,几组圆管试样均发生了轴向渐进叠缩变形,分别形成了周向折叠凸角数目不同的非轴对称和轴对称变形模式,其中铝合金圆管发生了较为特殊的横截面呈"椭圆形"的非轴对称变形模式,对比研究发现,铝合金的比吸能远高于不锈钢和低碳钢,更适用于缓冲吸能结构的轻量化设计。

金属泡沫填充薄壁圆管的轴压载荷-位移关系

将泡沫填充圆管的能量吸收视为泡沫与圆管两者之和,基于包含偏心率效应的直链塑性铰模型和Reddy等对Alexander模型的改进结果,对圆管的变形模式进行了更改,以此来反映管壁与金属泡沫之间的相互作用效应,导出了金属泡沫填充圆管的静、动态轴向平均压溃力的表达式.通过理论预测与实验的对比,发现理论预测偏低,但与实验曲线的趋势保持一致,比空管与金属泡沫的平均载荷之和略高一些.此外,泡沫填充圆管的平均压溃力随填充泡沫平台应力的增大而呈线性增加,与已有研究结果及实际情况一致,由此表明了模型的合理性.

辐射换热条件下空间薄壁圆管结构瞬态温度场、热变形有限元分析

对航天结构中常见的辐射换热条件下的空间薄壁圆管结构 ,构造了一种用于非线性瞬态温度场计算的傅立叶 -有限单元。圆管温度沿杆长用有限元离散 ,沿周向分布展成三角函数。圆管温度单元每个结点包含平均温度、余弦和正弦分布温度幅三个自由度 ,并且在每个时间步内实现了平均温度增量与沿截面温差增量的解耦。在结构热变形分析时圆管单元节点上既承受温度轴力 ,又承受截面温差导致的热弯矩。采用这种单元对非线性换热条件下的复杂空间结构进行离散可以较准确地反映结构的温度场与热变形。经与前人的解析解和三维有限元结果的验证 ,证明该单元是可靠的。对太阳能帆板梁与空间抛物面天线的热

形状记忆合金驱动薄壁圆管扭转变形分析及试验研究

将预拉伸的形状记忆合金 (Shapememoryalloy ,简称SMA)丝作为驱动器 ,缠绕并粘贴在薄壁圆管表面。加热SMA ,当其发生相变时 ,会产生很大的恢复力 ,驱动圆管发生扭转变形。建立了粘有SMA丝应变驱动器的薄壁圆管的力学模型 ,分析了一个温度循环中 ,薄壁圆管受SMA驱动发生的压扭复合变形 ,给出了薄壁圆管扭转角与激励温度之间的关系。

薄壁圆管侧向冲击动力响应的仿真分析

对两端固支薄壁圆管经受楔形锤体侧向冲击的动力响应进行了实验研究和计算机仿真 ,获得了不同冲击能量下两端固支薄壁圆管的整体变形模态和冲击点附近局部压溃模态的发展过程 ,计算机仿真结果与实验结果的一致性令人满意。实验研究和计算机仿真结果表明 ,局部变形和整体变形的耦合与径厚比 (D/h)和跨径比 (2L/D)等因素有关。当圆管的总体位移 (Wf)达到和圆管的直径同一量阶时 ,伴随圆管轴线伸长而产生的轴力不可忽略 。

带有圆弧形凹槽金属薄壁圆管抗撞性优化设计

在金属薄壁圆管的基础上,引入圆弧形凹槽诱导结构并以其为研究对象,建立以凹槽数量及其半径为优化参数,以比吸能和压溃力效率为评价指标的多目标优化模型。分析研究均布设置诱导凹槽对结构吸能、最大峰值压溃力及压溃力曲线平稳性的影响。采用有限元软件LS-DYNA得到不同几何参数模型的碰撞响应,结合径向基函数法构造近似函数,并采用理想点法进行优化设计,得出使结构最优时的凹槽数量和半径,从而得到了理想的诱导凹槽优化结构。

低速冲击下泡沫金属填充薄壁圆管的弯曲行为

采用实验方法研究了低速冲击下泡沫金属填充薄壁圆管的弯曲行为,详细说明了实验方法和原理。通过与准静态实验结果的比较发现,冲击加载使泡沫金属填充圆管跨中截面的局部压入变形增大,跨中截面高度变小,结构下缘拉裂破坏延迟。由于结构的惯性效应,锤头总冲击力高于准静态加载时的对应值。

含诱导缺陷薄壁圆管耐撞性优化设计

运用移动最小二乘曲面拟合技术和遗传算法优化技术,建立一套完整的结构耐撞性优化设计技术。设计了一个具有高效吸能能力的薄壁圆管结构——含诱导缺陷薄壁圆管结构,给出了含缺陷薄壁圆管结构耐撞性优化设计结果。结果显示,设计的薄壁圆管结构具有好的吸能效果,该结构设计简单,便于在结构设计中使用。

薄壁圆管绕弯壁厚减薄数值模拟研究

薄壁圆管绕弯管材外部受拉应力作用使管材外侧壁厚减薄,影响弯管的强度和刚度.为确定管材弯曲过程中壁厚减薄的主要因素,采用有限元分析软件ABAQUS建立与实际相符的薄壁圆管绕弯模型,对不同的相对弯曲半径、壁厚以及管材与各个模具之间的间隙、摩擦系数进行分析.结果表明:随着相对弯曲半径、壁厚的增大弯管壁厚减薄率减小;弯管与各个模具之间的间隙越大,弯管外部壁厚减薄率越小;管材与模具之间的摩擦系数对弯管壁厚减薄率影响较小.

径向惯性对薄壁圆管中弹塑性复合应力波传播的影响

弹塑性压扭复合应力波在薄壁管中的传播特性 ,已得到较为深入的研究 ,但为得到简单波解 ,大部分研究忽略了薄壁圆管中与径向惯性有关的周向应力σθ 的影响 .该文采用便于动态数值方法应用的增量型弹塑性本构关系 ,应用有限差分数值方法 ,计算了考虑径向惯性效应的弹塑性薄壁管中复合应力波的演化规律和传播特性 ,并与无径向惯性效应的计算结果作了对比 .

薄壁圆管缩口变形机理的研究

根据塑性成形理论 ,简述了轴向加载时薄壁缩口变形的特点 ,导出了缩口力的表达式 ,求出了缩口变形的最佳凹模半锥角 ,分析了影响最佳凹模半锥角的主要因素 ,并进行了实验验证。

薄壁圆管外圆车削加工专用夹具设计

针对薄壁圆管工件外圆车削加工时容易出现较大变形而导致加工精度难以保证的问题,通过对掘进机上某薄壁圆管工件的车削工艺分析,设计了一种薄壁圆管外圆车削加工专用夹具,包括夹具体、弧形支护板、主活塞、推杆等部件,改善了薄壁圆管工件的车削工艺性,提高了加工的精度和效率。

空间薄壁圆管瞬态温度场有限元分析

利用MARC有限元软件对哈勃太空望远镜太阳能帆板主梁在进出地球阴影过程中温度变化的过程进行了模拟分析,计算得到了帆板主梁升温、降温及一个循环周期内温度随时间的变化规律。结果表明:温度沿管截面呈正弦分布,当升温过程约1000 s时,管截面温度达到稳态,而降温约150 s时,管截面温度也将趋于稳定。

受冲薄壁圆管动态渐进屈曲的非线性有限元分析

采用非线性有限元方法 ,在经典刚塑性理论的基础上 ,考虑了材料非线性、大变形效应和应变率敏感性 ,对薄壁圆管的动态渐进屈曲过程进行了数值仿真。研究表明 ,利用非线性有限元数值仿真方法 ,可以对薄壁圆管动态渐进屈曲这一复杂的力学过程进行真实有效的模拟再现。