传感器弹性元件本构模型参数拟合研究

针对多维位移测量系统结构复杂、成本高等缺点，课题组提出一种单一固体集成传感器，为了准确描述传感器弹性元件力学特性，在不同应变率下对传感器弹性元件进行准静态单轴压缩试验。将超弹性本构模型运用泰勒展开式进行整理简化，得到应力 应变关系，利用Origin对应力 应变曲线进行数据拟合；选用Mooney Rivilin，Yeoh，Biderman和Ogden这4种超弹性本构模型对试验曲线进行描述。研究结果表明：Biderman模型对曲线的拟合效果最好，Mooney Rivilin模型拟合效果最差，其他模型都存在小应变拟合差和中等以上不同程度的偏离的情况。本研究得到的应力应变关系为传感器的进一步研究提供重要参考。     

轨撑对轨道力学行为的影响

当列车通过小半径曲线地段时,钢轨产生较大的横向位移和扭转,严重影响行车安全,现场多采用轨撑对轨道结构进行加强,而轨撑对轨道结构的力学行为影响规律尚不清晰。建立精细化的有轨撑扣件系统有限元模型,对不同荷载垂横比下轨头横移量、轨底平移量、钢轨扭转量以及轨下垫板应力进行分析。结果表明,增设轨撑后轨头横移量、钢轨扭转量、钢轨轨底平移量明显减小;当荷载垂横比低于0.2时,轨撑对减小钢轨扭转量和钢轨轨底平移量作用不明显;当荷载垂横比超过0.2时,轨撑可减小0.8～2.1 mm的钢轨轨头横移,并降低0.5～1.35 mm的钢轨扭转量,轨撑的存在减小了垫板应力峰值,但垫板的应力仍呈非均匀分布。     

预裂裂纹对岩石试件应力分布及变形规律的影响

为了得到岩石预裂裂纹的最佳长度,基于Griffith强度理论,通过FLAC3D数值仿真软件进行模拟实验,研究预裂裂纹长度分别为0 mm、20 mm、50 mm、80 mm、110 mm和140 mm 6组岩石在剪切实验中的变形及其应力分布规律.实验结果表明:当预裂裂纹长度小于80 mm时,岩石在X方向上的位移分布不均匀,应力在裂纹周围影响范围较大;当预裂裂纹长度大于等于80 mm时,岩石在X方向上的位移分布逐渐均匀,裂纹尖端应力集中逐渐增大,但应力集中影响范围大幅度减小,说明随着预裂裂纹长度不断增大,岩石强度显著降低.最终得到岩石预裂裂纹的最佳长度为岩石长度的53%～73%.     

考虑横力弯曲的直角柔性铰链单元的力学特性

为了深入分析平面上受复合载荷作用的直角柔性铰链单元的力学特性,运用弹性力学方法推出了柔性铰链自由端在横向载荷和弯矩作用下的位移;基于理想弹性体的小变形假设,通过叠加法求得柔性铰链自由端总的位移,并由此得到柔性铰链的柔度矩阵;推出了直角柔性铰链单元两端位移都不为零时的整体刚度矩阵。通过有限元分析验证,当横向载荷作用于柔性铰链自由端时,由于考虑了剪切力对位移的影响,文中推出的直角柔性铰链的柔度具有较高的精确度,特别是当柔性铰链的高度与长度之比大于1/5时,相比材料力学解精确度更高, 这对于直角柔性铰链的深入研究和实际应用都有一定的参考价值。     

掺入膨胀剂桩周土受力分析

基于岩土软化材料特性，利用应力一次跌落应变软化模型，讨论了应力跌落计算与损伤面的平衡条件，给出了在该模型下Ｔｒｅｓｃａ材料在掺入膨胀剂的桩扩张时，桩周土中应力和位移的计算公式，分析了掺入膨胀剂后，桩侧摩阻力的计算方法，并通过模型试验检验了掺入膨胀剂的桩承载力的性能。     

考虑应变梯度和应变率效应的高速切削绝热剪切带研究

应用应变梯度塑性理论来表示高速切削绝热剪切现象,提出绝热剪切带的应变和应变梯度的分布模型,分析了材料的内禀长度对应变及应变梯度的影响.分析结果表明:剪切应变在绝热剪切带中心达到最大值,在两边界线应变达到最小或零;应变梯度在绝热剪切带中心达到最小或零,在两边界线达到最小或零.当材料的内禀长度越大时,绝热剪切应变变化越小越缓慢,应变梯度变化越大.     

高速胶乳分离机转鼓体结构优化

针对高速胶乳离心机转鼓体受载大,应力分布不均,局部应力值大等问题,运用多目标优化设计方法,改善其结 构及应力分布。建立转鼓有限元计算模型,分析转鼓的受力和约束条件,得到转鼓体的应力和应变云图;以转鼓体外径 R1、高度H1、筒体壁厚D1和底面厚度D2作为目标参数,进行结构优化。优化结果：R1,H1和D1分别减少了4.180, 3. 640,2.353 mm,D2增加了1.518 mm;最大等效应力减小了21.09 MPa,下降率为4.29%,最大局部应力减小;总质量减 小了1. 042 kg,下降率为5.85%;最大变形量相对减小0.001 35 mm,下降率为0.65%,基本达到了优化目标。研究结果 及分析方法对碟式分离机结构优化具有参考价值和借鉴意义。     

连续曲线梁桥在汽车荷载作用下的动力响应分析

以某座四跨连续曲线箱梁桥的现场动力实验为背景,采用非线性有限元软件ABAQUS建立该桥的计算模型,将有限元计算数据与现场实验测得的数据进行比对,验证了该计算模型的正确性。基于此模型计算汽车荷载作用下该桥的动力响应,并进一步分析了偏载、车速、载重以及材料非线性对曲线桥动力响应的影响情况。结果表明:偏载引起的结构的扭转效应对桥梁的动力响应具有较大的影响;随着车速的增加,截面扭转角会增大;载重对各动力响应均有较大影响;考虑材料非线性后,计算所得位移峰值比线性分析结果略微偏大,轴重越大影响越大。     

多层材料悬臂梁受力的解析解

研究了不连续材料问题中的分层材料悬臂梁问题.首先,由弹性力学基本理论给出固体力学中的控制方程及交界面条件;其次,对于分层悬臂梁问题,通过设一个应力函数并通过力学基本方程给出应力、应变及位移的含参表达式;最后通过边界条件来求解应力及位移解.     

断裂过渡区长度张开位移和J积分的计算

在应变软化材料的主裂缝尖端存在一断裂过渡区。本文利用加权积分法，给出列限大板含一中心穿透直裂纹有均匀拉应力作用时的断裂过渡区长度、裂纹尖端张开位移和Ｊ积分值，并与带状屈服模型相比较。     

胎压监测装置中橡胶材料本构模型的确定及力学研究

针对汽车胎压监测装置在装配和运转过程中，存在橡胶元件易损坏的问题，采用有限元法研究了元件与轮毂过盈量对橡胶材料所受应 力、应变的影响。利用虚功方程确定了橡胶Mooney Rivlin模型的应力 应变方程，通过单轴拉伸试验得出橡胶材料模型参数，建立了胎压监测装置的有限元模型 。分析结果表明当过盈量为0.4 mm时既能保证装配质量又能减小运转过程中橡胶所受的应力，从而延长其使用寿命。     

FOCKE硬盒包装机烟组推耳静动态特性对比研究

为探究FOCKE硬盒包装机烟组输送元件烟组推耳的结构优劣性,在分析烟组推耳的结构布局及特征的基础上,课题组建立了FOCKE 701推耳、FOCKE FC800推耳和FOCKE SSB推耳的三维模型。通过分析烟组推耳在额定速度工况下的工作载荷与约束条件,利用ANSYS Workbench 对3种结构的烟组推耳进行了静力学及模态分析,获得了3种烟组推耳的仿真试验最大位移量及修正计算最大位移量、最大应力值及位置以及前6阶固有频率及振型,并分别计算静、动态比刚度效能。其结果表明：当竖直筋上部连接处采用半径大于9 mm的圆角,下部连接处宽度与固定端等宽时,可以有效减小应力集中;SSB推耳的静态比刚度效能为96.5,分别比701与FC800高30倍和39倍;3种推耳的前6阶振型基本相同,其中SSB推耳动态比刚度效能为14.9,分别比701与FC800高68.6%和68.9%;SSB烟组推耳是最优支撑结构。文中研究能为卷烟直包机的烟组推耳设计提供有价值参考。     

新氢能源储蓄罐用奥氏体不锈钢速度敏感性研究

为了研究31OS奥氏体不锈钢的速度敏感性对材料成形性能的影响,通过不同应变速率下的单向拉伸试验获取 相对应的工程应力应变数据,将其转化为真实应力应变数据后,对真实应力应变数据进行计算,求得相应变形速率下的 各硬化参数。基于上述拟合结果,选取适当的本构方程模型,进行非线性拟合,得到一个受应变速率影响的本构方程。 通过笔者研究,确定31OS奥氏体不锈钢的硬化行为确实受应变速率影响,且本文所拟合的本构方程可对该材料的速度 敏感性作出准确判断。     

激光冲击诱导应力波的机理初探

激光冲击处理时，用高功率密度脉冲激光束辐射金属表面。表面材料急剧气化，产生向材料内部传播的应力波。当应力波峰压大于材料的动态屈服强度时，使金属材料性能发生改变。用功率密度为3．88×1012W／m2、5．7×1012W／m2，脉宽为50ns的激光冲击覆盖玻璃约束层的铝试件表面，采用PVDF压电传感器测出距冲击表面0.1mm处的试件内应力波形。试验表明：数据可靠，它为激光冲击处理技术的工程应用提供了理论依据。     

拉延工艺过程的应变分析

本文应用塑性加工力学理论分析了拉延变形过程，根据拉延变形的实际情况，建立了位移和凸缘半径之间的关系，然后利用轴对称变形几何方程，求出了拉延变形的应变与凸缘半径之间的关系。并通过该关系求得了等效应变，为进一步研究拉延工序变形过程中的真实应力应变关系、求解拉延力和最大拉延力奠定了基础。     

基于有限体积应变能密度法的钎焊接头疲劳寿命研究

为了评估钎焊接头的疲劳寿命，课题组构建了不锈钢钎焊接头的疲劳寿命模型。首先通过拉伸实验和低周疲劳实验获得不锈钢钎焊接头的基本性能和疲劳数据，再运用基于缺口应力强度因子（notch stress intensity factor，NSIF）的有限体积应变能密度法，结合有限元和理论计算结果，并综合考虑钎焊后的残余应力来评估钎焊接头的疲劳寿命。有限元计算结果表明NSIF能够准确描述焊缝附近的残余应力，并且应变能密度对网格精度敏感性较低。最后将疲劳实验结果与计算得到的应变能密度相结合，搭建出总应变能密度和疲劳寿命关系模型，为不锈钢钎焊接头寿命评估提供了一种简单高效的方法。     

基于ABAQUS的铝合金超声冲击处理有限元模拟

为了探究超声冲击处理对7A52铝合金材料应力应变的影响,采用有限元分析软件AQAQUS建立了7A52铝合金的超声冲击处理模型,旨在探讨7A52铝合金材料模型中应变率以及超声冲击次数对应力、应变的影响规律。结果表明:材料的应变率和超声冲击次数均会影响应力应变;随着冲击次数的增加,x方向的压应力会增大,且其压应力值存在的深度范围会增大;冲击次数对z方向应力的影响比x方向应力的影响要大;随着冲击次数的增加,沿试板冲击深度方向的等效塑性应变值也会增大,且其最大值位于距离试板冲击表面一定深度范围内;材料在高应变率变形条件下,应变率对等效塑性应变有较大的影响;无论是否考虑应变率的影响,冲击次数对z方向应力的影响都很显著,随着冲击次数的增加,其z方向的应力显著增大,且在相同冲击次数下,冲击点处的z方向应力不考虑应变率影响比考虑应变率影响的数值要大很多。     

形状记忆合金应力—应变关系的表征

在以Tanaka、Liang、Brinson为代表的模型的基础上,对形状记忆合金的一维热力学关系提出了一个新的表达式,并用之表征了形状记忆合金不同温度下的应力-应变关系。通过对NiTi形状记忆合金薄带的应力-应变的计算以及利用前人的试验数据和Brinson模型的比较,验证了本模型的工程可用性。     

高速铣削淬硬H13钢表面粗糙度及残余应力实验研究

为了获得淬硬H13模具钢在高速铣削后的高质量表面,基于单因素实验设计法,采用TiAlN涂层硬质合金立铣刀对其进行高速铣削实验。通过使用NPFLEX白光干涉仪和PROTO X射线衍射仪对加工后工件表面粗糙度、表面形貌以及表面残余应力进行测试,同时分析了切削速度、每齿进给量和轴向切深对测试结果的影响规律。研究结果表明：当切削速度为150 m/min时,表面粗糙度Ra值最小;当每齿进给量为0.06 mm/z时,Ra值最佳;而当轴向切深为0.06 mm时,Ra值最大。随着切削速度的增大,表面残余压应力呈现先减小后增大再减小的变化趋势,随着每齿进给量的增加,表面残余压应力变化并不显著,而随着轴向切深的增加,表面残余压应力增大;最大表面残余压应力和最小表面粗糙度的组合并不在相同的切削参数下获得。     

强降雨入渗作用下土质边坡失稳灾变研究

公路边坡浅层垮塌是雨季最为常见的灾害现象,为了研究强降雨入渗作用下土质路堑边坡可能发生突发性失稳滑坡的机理,从实际工程出发以典型双层边坡为例,利用有限元程序ABAQUS对双层土质高边坡降雨入渗全过程中的孔压、应力、位移、塑性应变的变化进行了研究。结果表明:在强降雨条件下,地表水入渗将导致土体浅层的基质吸力减小或消失,土体表层竖向有效应力减小,表层土塑性应变峰值在降雨达到最大时出现;在降雨入渗的作用下,表层土的平均应力呈减小趋势,内部深层土平均应力与等效应力呈增大趋势,可能导致边坡浅层发生失稳,但随着后期降雨强度的减少,其最小应力会逐渐偏移屈服面;不同雨型作用下,边坡不同部位的位移响应差别较大;边坡失稳过程的塑性区呈两个方向向上延伸,一是沿着两层土的过渡区,一是沿着整个边坡滑动弧线,以过渡区为主。