球面S^n(1)中的Mius极小曲面

应用Mobius几何的基本理论,研究了球面Sn(1)中的Mobius极小曲面,得到了这些曲面的一些几何特征。

基于断裂力学的腐蚀钢丝疲劳S-N曲线研究

高强冷拔钢丝因其优异的力学性能被广泛应用于缆索承重结构,服役过程中钢丝腐蚀与断裂威胁着结构安全。钢丝腐蚀后表面的蚀坑因应力集中效应易产生疲劳裂纹,因此腐蚀钢丝剩余疲劳寿命主要取决于裂纹的扩展阶段,且裂纹扩展受到腐蚀程度(初始损伤)的显著影响。精确表征腐蚀程度并准确评估服役期钢丝腐蚀后的剩余寿命,仍是亟待解决的维修难题。首先采用蚀坑最大深度表征钢丝腐蚀程度,以应力强度因子幅作为裂纹扩展驱动力指标,基于断裂力学的Paris公式建立受拉钢丝裂纹扩展理论模型,进而推导腐蚀钢丝的疲劳S-N曲线。大量既有的腐蚀钢丝疲劳试验结果与理论预测值的比较验证了所提理论模型及疲劳S-N曲线的合理性和有效性。含多个蚀坑的钢丝裂纹扩展有限元模拟表明,等效单裂纹适用于多腐蚀坑钢丝疲劳寿命的简化分析。参数分析表明,蚀坑深度和腐蚀环境是腐蚀钢丝疲劳强度的关键影响因素,而应力比和疲劳加载频率影响较小,所提出的S-N曲线在钢丝常规服役条件下适用于评估其剩余寿命,可得到合理的预测结果。基于断裂力学所提的理论方法和疲劳S-N曲线可为腐蚀钢丝的疲劳强度和寿命评估提供参考。

高压管汇材料疲劳性能测试及P-S-N模型曲线的拟合

高压管汇作为压裂设备中的主要易损件之一,其失效危害较大。它的失效原因主要是疲劳、冲蚀、腐蚀或者材料缺陷引起的刺漏和爆裂,其中尤以疲劳失效最不可预估。目前,对于高压管汇材料的疲劳性能研究不够深入,为解决高压管汇材料疲劳寿命的准确描述问题,以某国产高压管汇材料为例,进行了一系列疲劳试验,并基于试验数据,采用多种分布模型和不同S-N模型进行拟合分析,得出综合评价拟合能力最强的P-S-N模型。结果表明,该材料在中长疲劳寿命区,Weibull三参数模型在7级应力水平下综合评价能力最好;在存活率分别为50%、90%、99%、99.9%时,指数S-N模型的拟合系数均大于0.98,拟合能力最好。得出的P-S-N模型曲线可以为高压管汇的疲劳寿命以及安全设计提供依据。

船用钢/铝爆炸焊过渡接头的疲劳试验

为了测试船用钢/铝爆炸焊过渡接头的疲劳性能,基于有限元方法,以钢/铝过渡接头为研究对象,重点研究过渡接头结合界面的疲劳强度,设计由3种材料组成的爆炸焊过渡接头试样,并结合数值仿真,对过渡接头试样在试验载荷下的受力进行分析,得到应力集中和容易疲劳失效的位置。结合试验研究,开展不同应力等级下过渡接头的疲劳试验,获取试样疲劳断裂数据,结合数值仿真和试验研究得到爆炸复合过渡接头整体应力分布和失效部位。通过疲劳试验发现试样断裂面均出现在铝合金和纯铝的界面处;通过试样疲劳循环次数拟合得到了名义应力的S-N曲线。该研究成果可用于指导船用爆炸复合结构的疲劳寿命预报,为船舶轻量化设计提供参考。

猪传染性胃肠炎病毒S、N基因DNA疫苗载体构建及其免疫原性

【目的】构建猪传染性胃肠炎病毒(transmissible gastroenteritis virus,TGEV)S、N基因的DNA疫苗载体,并进行免疫原性试验,为猪传染性胃肠炎(transmissible gastroenteritis,TGE)的防控和DNA疫苗研究提供技术支撑和基础数据。【方法】扩增S基因的A位点、D位点和N基因,并将N基因(单独)、A位点和D位点(融合)克隆至pCDNA3.1-His-C构建重组疫苗载体,运用生物信息学软件预测分析S(A-D)蛋白、N蛋白二级结构组成、三级构像、亚细胞定位和优势B细胞抗原表位。将构建成功的重组载体分别转染至PK-15细胞进行间接免疫荧光试验,运用共聚焦检测重组蛋白的表达分布情况。将重组疫苗载体单独或联合免疫小鼠,运用间接ELISA检测IgG抗体水平。【结果】扩增出S基因的A位点、D位点和N基因,大小分别为498、606、1149 bp。构建了A位点与D位点(融合)、N基因(单独)的DNA疫苗重组载体p-S(A-D)-His和p-N-His。生物信息学软件预测分析发现TGEV感染宿主细胞时N蛋白主要定位于细胞核和线粒体,S(A-D)蛋白主要定位于细胞质和线粒体,S(A-D)蛋白具有7个优势B细胞抗原表位,N蛋白具有8个优势B细胞抗原表位。重组载体p-S(A-D)-His和p-N-His均在PK-15细胞内成功表达,且S(A-D)-His和N-His在PK-15细胞核和细胞质中均有分布。重组疫苗载体免疫小鼠后,免疫效果由高至低依次为p-N-His>p-S(A-D)-His+p-N-His>p-S(A-D)-His。【结论】本研究构建了TGEV的S、N基因的DNA疫苗载体,免疫小鼠后均产生了较强的特异性抗体,为TGEV的核酸疫苗的研制提供了基础材料和依据。

EH36钢焊接接头焊趾处应力集中对高低周复合疲劳的影响

为研究船舶结构用钢EH36钢焊接接头焊趾处应力集中对高低周复合疲劳的影响,对不同焊缝形貌20 mm厚EH36钢双面全熔透对接接头进行高低周复合疲劳试验.研究发现,高低周复合疲劳对接头寿命的降低幅度随着高周应力比的增大而增大;结合数字图像相关法测量结果分析,发现焊趾处应力集中系数越大,接头的高低周复合疲劳寿命越低,其降低幅度随着高周应力比的增大而增大.基于试验数据对模型进行验证,结果表明,应力集中系数高的接头疲劳寿命低且寿命预测结果分散性增大;Palmgren-Miner模型和Zhu模型由于未充分考虑高低周耦合损伤作用,导致寿命预测结果相对危险.修正后Zhu模型在充分考虑低周疲劳对高低周复合疲劳寿命的影响后,预测寿命大于实际寿命的预测点较少,预测结果相对安全,且分散性较小,误差也较小.

基于可靠性的疲劳试验数据处理方法

本文基于疲劳可靠性的基本原理,在疲劳寿命对数正态分布的假设下,根据t分布理论,结合船舶及海洋工程一般构件具有95%置信度和97.72%可靠度下的P-S-N曲线的基本要求,推算出了具有95%置信度和误差限度5%内的疲劳试件个数与允许的最大变异系数数值对应关系,以此作为成组法疲劳试验的最少试件个数的判据开展典型节点的疲劳试验,得到具有95%置信度的百位估计值Np;并通过线性相关系数r判断对数疲劳应力Y=log S与X=log Np之间线性相关的程度,采用最小二乘法对对数疲劳寿命lg Np和对数疲劳应力lg S线性拟合,得到具有95%置信度的P-S-N曲线,并与IIW规范中相应的曲线进行对比分析,验证了本文试验方法的可行性和可靠性。

区域土特征函数:收敛性

无论从一个地区内建立N-s_(v)关系曲线的工程应用角度还是作为区域土特征理论的必要组成部分,构建科学的N-v_(s)函数所需的数组量都是重要问题,但以往研究为空白。采用实测数据的随机分析,研究不同样本数量下N-v_(s)特征函数的稳定性和收敛性,并提出构建不同精度N-v_(s)特征函数的数组阈值。实测数据来源于4个国家9个地区,共11个工况,对此分别进行随机分析的结果表明,随样本数量增加,N-v_(s)特征函数具有稳定性与收敛性。研究表明,一个地区内取N-v_(s)数组超过50,100,200和800,则可分别得到变异系数小于0.2,0.15,0.10和0.05的N-s_(v)特征函数。

成组法疲劳试件个数选取方法研究

目的 在成组法疲劳试验过程中,确定最少疲劳试件个数判据,获取有效可靠的疲劳试验结果。方法基于疲劳可靠性的基本原理,在疲劳寿命对数正态分布的假设下,根据t分布理论,结合船舶及海洋工程一般构件具有95%置信度和可靠度p=97.72%下的P-S-N曲线的基本要求,推算出相应置信度和可靠度下5%误差限度内的疲劳试件个数与允许的最大变异系数数值的对应关系,以此作为成组法疲劳试验最少试件个数的判据,开展典型节点的疲劳试验。结果 得到了具有95%置信度的百位估计值Np,并通过线性相关系数r,判断对数疲劳应力Y=lg S与X=lg Np之间线性相关的程度,采用最小二乘法对对数疲劳寿命lg Np和对数疲劳应力lg S进行线性拟合,得到了具有95%置信度的P-S-N曲线,与IIW规范中相应的曲线一致。结论 文中给出的成组法疲劳试验个数确定方法是合理、可靠的,为船舶与海洋工程结构物典型焊接接头成组法疲劳试验个数的确定提供了依据。

基于WorkBench和nCode的摆线轮疲劳寿命及可靠性分析

摆线轮作为RV减速器核心零件之一,其疲劳寿命对减速器整机寿命具有重要影响。利用WorkBench有限元分析确定摆线轮接触应力状态及结构薄弱点。在此基础上,以Miner线性损伤累积理论和S-N曲线修正理论建立摆线轮接触疲劳寿命数学模型,然后利用疲劳寿命分析软件nCode Designlife对摆线轮以最大接触应力进行接触疲劳寿命分析,结果与摆线轮以同样载荷工况下的设计寿命计算结果相差7.6%,并确定摆线轮的接触疲劳损伤最大点。最后,依据摆线轮的接触疲劳寿命分析数据确定其可靠度,为摆线轮的结构优化设计及可靠度分析提供参考。

考虑静强度的复合材料疲劳寿命预测及概率特性分析

为考虑初始静强度对疲劳寿命的影响,基于经典剩余强度理论,构建同时考虑初始静强度和应力的复合材料疲劳寿命预测模型。建立的寿命预测模型能够表征疲劳寿命与初始静强度和应力之间的内在关系,可退化为经典S-N曲线。疲劳寿命与初始静强度呈非线性关系,疲劳寿命与应力呈高度非线性关系,疲劳寿命的概率分布可根据初始静强度和应力的概率分布利用MCS获得。算例表明,初始静强度和应力的概率特性对剩余强度和疲劳寿命的概率特性均有影响,相比初始静强度,应力对疲劳寿命概率特性的影响更加显著。

输电线路钢管塔典型节点涡激振动疲劳性能试验研究

在输电线路运行过程中,钢管塔杆件涡激振动是节点部位产生疲劳裂纹主要原因之一。为揭示钢管塔典型节点疲劳破坏机理,获取节点的S-N曲线,开展钢管塔两种典型节点的涡激振动疲劳试验。设计节段模型试件,并通过数值计算方法验证其等效性,设计加载装置与加载制度,开展针对C型节点与X型节点的疲劳试验。结果表明:钢管塔典型节点的疲劳热点位于结构连接焊缝的焊趾处,疲劳荷载多次作用之后,在疲劳热点处形成向两侧扩展的疲劳裂纹,当裂纹达到临界尺寸时,试件迅速断裂;根据第一外推点应变幅值变化曲线,可将节点疲劳破坏过程大致分为弹性阶段、塑性阶段与破坏阶段,应变幅值转折点对应的加载次数可以作为节点的疲劳寿命;得到了钢管塔C型与X型节点的95%存活率下的热点应力幅-疲劳寿命曲线,为特高压输电线路钢管塔工程设计提供参考。

车辆荷载作用下钢-混凝土组合梁疲劳应力分析

【目的】随着桥梁服役期延长和车辆荷载增加等多种因素的影响,结构承载力会变得越来越弱,疲劳寿命不断降低,最终可能导致低应力疲劳破坏。因此有必要对车辆荷载下拱桥钢混组合梁的疲劳细节应力进行研究。【方法】采用数值模拟的方法,利用Midas FEA NX软件建立3个标准长度的三维实体精细有限元模型,分析钢混组合梁易损疲劳关键点的位置,并研究车辆荷载横向最不利加载位置和纵向加载下的疲劳细节应力变化规律。【结果】结果表明,组合梁次横梁与中纵梁交点处有三处疲劳关键点;靠近桥梁中线位置是车辆荷载下钢梁疲劳最不利的横向加载位置;四种不同标准的纵向车辆加载时,三个疲劳关键点均出现两次应力峰值,且最大应力幅值均低于常幅疲劳强度的极限值。【结论】研究成果可为钢-混凝土组合梁试验和相关研究提供参考。

基于多轴疲劳理论的冶金起重机主梁母材疲劳失效机理研究

冶金起重机金属结构件的主要失效形式是疲劳破坏,疲劳失效多发于疲劳性能薄弱、应力最大或应力集中处。以往的疲劳研究往往只考虑垂直和水平方向的载荷受力,理论设计疲劳强度余量较大。由于实际工况比较复杂,使用一定年限的冶金起重机母材会出现主梁开裂现象,高温环境下、垂直载荷、水平方向冲击载荷、大车轨道高差、钢丝绳吊载晃动等因素会导致拉伸-扭转多轴疲劳载荷。鉴于此,文中基于实际工况背景,以常用主梁箱体钢结构材料Q345B为研究对象,在实验室进行不同加载参量下的多轴高周疲劳试验,从而研究冶金起重机多轴高周疲劳失效的机理。

基于改进剩余强度模型的复合材料疲劳寿命预测

复合材料强度退化规律对研究结构疲劳寿命具有重要意义,然而现有剩余强度模型均需利用剩余强度试验数据确认模型参数,模型构建成本较高。通过探究复合材料疲劳寿命和剩余强度的关系,以疲劳寿命累积分布函数为出发点,构建具有明确物理意义的损伤度,进而提出改进剩余强度模型。改进剩余强度模型不需要剩余强度试验数据,仅需初始静强度和疲劳寿命数据。在改进剩余强度模型基础上,构建S-N-φ疲劳寿命预测模型,该模型可以考虑初始静强度对疲劳寿命的影响。算例结果表明,改进剩余强度模型的预测精度是满意的,S-N-φ模型相比经典S-N曲线模型具有更好的预测精度。

7050-T7451铝合金铣削参数多指标优化研究

通过Spike切削力测量设备及在线监控系统,采用单因素试验,研究硬质合金刀具铣削7050-T7451铝合金时,主轴转速、铣削宽度、铣削深度、进给速度以及顺、逆铣加工方式分别对刀具所受弯矩、表面粗糙度及功率的影响。运用正交试验法,通过S/N比分析和方差分析,获得7050-T7451铝合金的最优铣削参数。研究表明:顺铣更适用于7050-T7451铝合金的铣削加工;刀具所受弯矩随着主轴转速的增加而逐渐减小,最终趋于平稳,并随着铣削宽度、铣削深度及进给速度的增加而增加;表面粗糙度随主轴转速的增加呈先减小后增加;各铣削参数与加工功率均呈正相关关系;为获得较低加工弯矩和功率、较好表面质量,应取较高的主轴转速、较低的进给速度和铣削宽度,7050-T7451铝合金的最优铣削参数水平为A_(3)B_(1)C_(2)D_(1),即n=6000r/min,a_(e)=3.0mm,a_(p)=1.6mm,v_(f)=1500mm/min。

连续阻尼夹嵌结构复合材料的弯曲疲劳特性研究

为了研究连续阻尼夹嵌结构复合材料(CDSSC)的弯曲疲劳特性,采用120℃共固化工艺制备了CDSSC试件并进行了静载三点弯曲试验和三点弯曲疲劳试验。在静载三点弯曲试验中,运用ANSYS数值模拟与试验结果共同求解出CDSSC外载荷与弯曲应力的线性公式;在三点弯曲疲劳试验中,采用线性公式求解出不同等级的应力水平并对CDSSC施加等效的疲劳循环载荷,试验结束后通过拟合得到CDSSC的疲劳-寿命(S-N)曲线。采用相同疲劳循环载荷研究了阻尼层厚度对CDSSC疲劳寿命的影响。结果表明:CDSSC疲劳失效的主要形式是层间滑移,且不会发生脆性断裂;疲劳寿命主要受材料中阻尼层的影响,当阻尼层厚度达到0.3mm时,疲劳寿命明显缩短,此后疲劳寿命趋于平稳;当阻尼层厚度为0.1mm时,CDSSC的疲劳性能最佳。

纳米碳片负载Mott-Schottky型Co/Co_(9)S_(8)异质结的原位合成及电催化性能研究

以K_(3)[Co(CN)_(6)]为Co源,硫脲为S源,富含-OH和-NH_(2)的天然亲水性高分子壳聚糖为碳源,通过形成CS-K_(3)[Co(CN)_(6)]水凝胶将Co前驱体和S源均匀分布于C前驱体中。水凝胶形成的主要驱动力来自金属Co离子与壳聚糖中-NH_2的配位交联以及Co离子之间通过-CN的桥接作用。得益于均匀分散的前驱体和后续热解处理初期形成的Co的催化作用,通过简单地调控Co与S的原子比,原位构建出均匀镶嵌有Co/Co_(9)S_(8)异质结的N,S共掺杂富含微孔的碳纳米片(Co/Co_(9)S_(8)@N,S-CNSs)。采用SEM、TEM、BET、XRD、Raman、XPS和电化学工作站等方法对所制备催化剂的形貌、组成和结构以及电催化性能进行了表征。结果表明,形成的Mott-Schottky型Co/Co_(9)S_(8)异质界面有效地调控了活性中心的电子结构和电荷传输特性;二维掺杂多孔碳纳米片的负载使活性位点更加均匀分散,同时提供了高速的电子和传质通道,也避免了活性位点在催化过程中的迁移聚集。两者的协同作用使合成的Co/Co_(9)S_(8)@N,S-CNSs复合催化剂具有了更优的催化性能,在10 mA·cm^(-2)的电流密度下,其催化碱性析氧反应/OER的过电位仅为304 mV,优于商业化的RuO_(2)催化剂。该研究为发展具有优异电催化性能的廉价过渡金属催化剂提供帮助。

喷油润滑聚醚醚酮的接触疲劳性能

聚醚醚酮(PEEK)是一种高强度、耐热的工程塑料,但其接触疲劳基础数据的缺失制约了它在重载场合下的高可靠、长寿命服役。开展了喷油润滑下的PEEK滚子滚动接触疲劳试验与PEEK齿轮接触疲劳试验,绘制了接触疲劳S-N曲线。对比发现,PEEK滚子滚动接触疲劳极限比齿轮接触疲劳极限高14%,接触压力135 MPa下的滚子滚动接触疲劳寿命比齿轮接触疲劳寿命长58%,进而提出PEEK的滚子-齿轮接触疲劳寿命转换公式。

秘密共享:高阶掩码S盒和有限域安全乘法设计

在信息时代,信息安全是最不能忽视的重要问题,对密码设备的攻击和防护是该领域的研究热点。近年来,多种对密码设备的攻击已为人所知,其目的都是为了获取设备中的密钥,在众多攻击中,功耗侧信道攻击是最受关注的攻击技术之一。掩码技术是对抗功耗侧信道攻击的有效方法,然而随着攻击手段的不断进步,1阶掩码的防护已经不足以应对2阶及以上的功耗分析攻击,因此对高阶掩码的研究具有重要的意义。为了提升加密电路抗攻击能力,该文基于秘密共享的思想,对分组密码算法的S盒变换实施了高阶掩码防护——共享型掩码,并基于Ishai等人在Crypto 2003上发表的安全方案(ISW框架)提出了有限域安全乘法的通用设计方法。通过实验表明,该文提出的共享型掩码方案不影响加密算法的功能,同时能抵御1阶和2阶相关功耗分析攻击。