汽缸结构上下缸接触的有限元分析

采用有限元软件MSC／NASTRAN计算分析了汽轮机汽缸结构上下缸接触状态的应力分布和变形．分析了汽缸在温度场作用下以及温度场同内压联合作用下的应力分布情况，重点分析上下半缸的螺栓连接面——中分面上的应力和变形情况．建立了气缸三维实体有限元分析模型，并对每根连接螺栓均建立了模拟模型．分析结果表明，同内压引起的应力相比，热应力是缸体中应力的主要成分．当内外壁温差达到100℃时，缸体中最大应力为1230MPa，出现在约束处应力集中部位，缸体绝大部分应力水平在600-700MPa；汽缸外壁温度为250℃时，缸体中最大应力为1080MPa，缸体绝大部分应力水平在100MPa，得出减小汽缸内外壁的温差能有效减小缸体中应力的结论．分析表明，缸体轴向最大伸长量为2．55mm，横向最大变形为2．02mm．Z向最大位移为1．24mm．中分面有分离，但分离程度较小，分离值均在10^—3mm量级上．     

围压对巴西圆盘应力强度因子影响的数值分析

为了验证巴西圆盘在围压作用下应力强度因子公式的正确性,论文使用有限元分析方法计算了不同相对裂纹长度下围压单独作用以及围压与集中力共同作用时巴西圆盘的应力强度因子,并与解析解进行了对比分析.计算结果表明:纯围压作用下巴西圆盘的应力强度因子的解析解与数值解结果非常接近,两者的相对误差最大仅为0.535%;围压与集中力共同作用时的I型应力强度因子解析解与数值解也非常吻合,两者计算误差很小,仅在纯II型裂纹临界加载角附近有较大误差,但最大相对误差仅为2%,从而证明了巴西圆盘在围压作用下应力强度因子公式的有效性和可靠性.计算结果亦表明:直接将试件放在液体中加压去研究围压对断裂韧度的影响,在实验方法上缺乏理论依据.     

刚度微分法计算压电材料平面断裂问题

把计算应变能释放率的刚度微分法推广到压电材料平面断裂问题．在此基础上，利用压电材料平面断裂问题的有限元数值解作为真实场，用Ｓｏｓａ的平面问题裂端渐近解作为辅助场，由推广的交互Ｍ积分法求得了应力强度因子ＫＩ，ＫＩＩ和电位移强度因子ＫＩＶ．算例表明，计算结果与理论解符合得很好     

平面应变不可压缩橡胶圆柱的大变形

针对一类新的橡胶材料应变能函数，推导了受内压作用下不可压缩橡胶圆柱的大变形公式，给出了位移、应力的解析表达式（用积分形式表示）。建立了适用于分析非线性不可压缩橡胶材料的罚有限元列式，算例表明：位移与应力能很好地与理论解吻合，并提出了控制计算稳定的方法，特别是详细地讨论罚因子的选取及对计算结果的影响。     

拉压性能不同材料全量型本构关系及厚壁筒的应力分析

将经典全量理论作了推广，考虑了应力状态及塑性体积变形对拉压性能不同材料的塑性行为的影响。应用该本构模型分别计算了厚壁筒在内压和外压作用下的应力分布。给出了径向应力、环向应力和轴向应力沿壁厚的分布图。将本文的计算解与拉压性能相同(不考虑体积变形、强化曲线唯一)的幂函数强化材料的厚壁筒的理论解进行了比较。结果表明，材料的拉压性能不同对厚壁筒的环向应力和轴向应力影响较大。因此，对于拉压性能不同材料，考虑到其对应力状态及塑性体积变形敏感时，是不能将其简化成拉压性能相同、体积不可压缩、强化曲线唯一的理想材料。     

浅埋海底隧道围岩应力复势函数显式解

利用弹性复变函数理论将浅埋海底隧道简化为半无限平面问题,考虑围岩自重和海水压力的影响,对隧道开挖后的围岩应力分布进行研究.采用分式映射函数将围岩域映射为像平面圆环域,在圆环域内将复势单值解析函数展开为Laurent级数.利用无穷远点应力有界性对Laurent级数幂次项进行确定,根据地表边界和孔口不均匀应力边界条件得到Laurent级数系数迭代表达式,将已确定的Laurent级数条件代入迭代表达式中得出复势函数显式解,从而实现复势函数系数从低次幂迭代至高次幂.根据应力分量的复变函数表达式即可得到隧道周围各点应力分量.研究了两个单值解析函数取不同幂次时对结果的影响,分析了浅埋隧道埋深对环向压应力的影响.研究结果表明:幂级数解具有较高的可靠性,在隧道上半部分幂级数解与有限元数值解吻合效果良好,在隧道下半部分幂级数解最终计算结果比有限元结果相对保守;为了保证计算结果的准确性复势函数需取足够多项;随着隧道埋深增大,隧道底部及两侧孔腰处环向压应力不断增大;腰部与底部环向应力的差值也随之增大.     

围压与径向荷载共同作用下巴西盘裂纹应力强度因子的解析解

利用权函数法推导了围压和径向荷载共同作用下,考虑裂纹面摩擦的预制裂纹巴西盘应力强度因子计算公式,从理论上分析了围压、径向荷载和裂纹面摩擦对巴西盘应力强度因子的影响。结果表明,围压对I型应力强度因子有很大影响,I型应力强度因子随围压的增大而减小。当裂纹面闭合后围压和摩擦系数对II型应力强度因子同样具有显著影响,考虑裂纹面有效剪应力的权函数法理论解与有限元数值解相吻合,表明理论分析的正确性。     

围压与径向荷载共同作用下巴西盘裂纹应力强度因子的解析解

利用权函数法推导了围压和径向荷载共同作用下,考虑裂纹面摩擦的预制裂纹巴西盘应力强度因子计算公式,从理论上分析了围压、径向荷载和裂纹面摩擦对巴西盘应力强度因子的影响。结果表明,围压对I型应力强度因子有很大影响,I型应力强度因子随围压的增大而减小。当裂纹面闭合后围压和摩擦系数对II型应力强度因子同样具有显著影响,考虑裂纹面有效剪应力的权函数法理论解与有限元数值解相吻合,表明理论分析的正确性。     

导弹适配器受压及弹射时摩擦力研究

针对导弹适配器的结构特征,分别建立了可压缩橡胶泡沫和不可压橡胶圆筒轴对称平面应变问题有限变形的平衡方程,基于Blatz-Ko应变能函数和三次缩减多项式应变能函数,得到了相应的位移和应力模式;在此基础上求解了适配器受压问题的非线性方程组和导弹发射时适配器所受到的摩擦力.算例分析与有限元数值模拟比较表明:解析解与数值解非常吻合,径向应力在发射筒内外表面误差最大为0.558%,周向应力在粘合面误差最大为0.246%,导弹发射时的最大量纲为一的摩擦力为1.0228.适配器径向应力在材料粘合交界面上最小,在适配器外表面最大,均为压应力;橡胶泡沫和不可压橡胶的周向应力均为压应力,橡胶泡沫的周向应力由内向外变大,不可压橡胶的周向应力由内向外变小.橡胶泡沫的径向受压大于周向受压,不可压橡胶的周向受压大于径向受压.研究不同过盈量对应力和摩擦力的影响表明:过盈量每增加0.0013,橡胶泡沫 层和不可压橡胶层的径向应力约增加0.13,不可压橡胶层的周向应力约增加2.14,而摩擦力约增加0.22.过盈量对不可压橡胶层的周向应力和导弹所受到的摩擦力影响非常大,对橡胶泡沫的径向应力有一定的影响,周向应力变化很小.     

偶应力理论下拉力型锚固体的受力特性

锚固体的受力特征及其影响因素是锚固体设计的重要依据,直接影响锚固效果。传统的经典弹性理论没有考虑应变梯度的影响。偶应力理论引进弯曲曲率,考虑了弯曲效应对介质变形特性的影响。基于偶应力理论,建立了平面应变问题的有限元计算模型,研究锚固体锚固段界面上的剪应力分布、锚固体轴力分布、偶应力的尺度效应以及弹性模量和围压对锚固力的影响,并将偶应力理论的计算结果和经典弹性理论的计算结果进行了比较。结果表明,在偶应力理论下,锚固体锚固段界面的剪应力有所减小,特别是峰值处的剪应力减小明显;岩土的弹性模量越大,锚固界面局部剪应力越大;锚固力随着围压的增大而增大,偶应力尺度效应明显。     

高强度榴弹钢的破片机理研究

对高强度榴弹钢５０ＳｉＭｎＶＢ和５８ＳｉＭｎ的破片机理进行了研究。破片的表面形貌和组织变化表明，在初始阶段，榴弹内壁破片裂纹沿法线与半径方向呈／４夹角的平面绝热剪切而形成。５０ＳｉＭｎＶＢ钢的晶界弱化使其临界绝热剪切应变小于５８ＳｉＭｎ钢，从而表现出两者破片质量分布的差异。     

层状岩体力学特性模拟实验研究

对层状岩体变形特性和强度特性的正确认识,合理选取其变形和强度参数,是水电站等大型岩体工程论证与设计需要解决的关键问题.为此,利用模拟实验对层状岩体的变形特性和强度特性进行了研究,得到了模拟试样的变形模量和强度随试样所含节理数、轴向应力与节理面间的夹角和围压之间的变化关系.结果表明:当最大主应力与节理面间的夹角由0°增加...     

复杂加载下混凝土的弹塑性本构模型

混凝土材料在不同应力路径下或复杂加载条件下会表现出差异性显著的应力应变关系,在小幅循环加载条件下,其应力应变关系会表现出类似于弹性变形的滞回曲线.在不同应力水平下,混凝土的应力应变关系以及破坏特性都具有静水压力相关特点,即随着静水压力增大,各向异性强度特性弱化.此外,混凝土受压及受拉破坏机理不同,因而对应于混凝土硬化损伤亦有不同,即可分为受压硬化损伤,受拉硬化损伤及两者的混合硬化损伤类型.基于Hsieh模型,对该模型进行了三点改进.（1）针对小幅循环加载下混凝土无塑性变形的试验规律,而模型中在应力水平较低的循环加载条件下始终存在塑性变形的预测问题,采用在边界面模型框架下,设置了应力空间的弹性域,初始屈服面与后续临界状态屈服面几何相似的假定.（2）基于广义非线性强度准则将原模型采用变换应力方法将其推广为三维弹塑性本构模型,采用变换后模型可合理的考虑不同应力路径对于子午面以及偏平面上静水压力效应形成的影响,并避免了边界面应力点奇异问题.（3）分别对拉压两种加载损伤模式建议了相应的硬化参数表达式,可分别用于描述上述加载中产生的应变软化及强度退化行为.基于多种加载路径模拟表明:所建立的三维弹塑性本构模型可合理地用于描述混凝土的一般应力应变关系特性.      

Two-dimensional analysis of progressive delamination in thin film electrodes

By employing the two-dimensional analysis, i.e., plane strain and plane stress, a semi-analytical method is developed to investigate the interfacial delamination in electrodes. The key parameters are obtained from the governing equations, and their effects on the evolution of the delamination are evaluated. The impact of constraint perpendicular to the plane is also investigated by comparing the plane strain and plane stress. It is found that the delamination in the plane strain condition occurs easier, indicating that the constraint is harmful to maintain the structure stability. According to the obtained governing equations, a formula of the dimensionless critical size for delamination is provided, which is a function of the maximum volumetric strain and the Poisson’s ratio of the active layer.     

基于不同板理论的嵌于柔性层中薄膜的皱曲分析

论文对于柔性层-薄膜-柔性层三层结构系统,基于经典板理论、一阶剪切变形理论和高阶剪切变形理论,分别推导给出薄膜皱曲的控制方程。对于两个柔性层,则把它们处理成具有有限厚度的平面应变弹性体。针对上下柔性层固支边界或自由边界条件,利用线性扰动动方法得到柔性层对薄膜的横向压力差,最终获得确定薄膜具有周期性正弦型皱曲的临界载荷方程。同时,对结构系统建立了有限元数值模型,通过模拟结果与三种板理论的结果进行了比较,验证了理论解的精确性和适用性。最后,进行了参数和极限情况分析,阐述了上下层边界条件、薄膜和柔性层的材料和几何参数对临界值的影响。     

一种新的多轴高周疲劳寿命预测模型

分析和讨论3种典型载荷(单轴拉压、纯扭及90^\circ非比例)情况下的5组损伤控制参数,提出了一种以临界面上最大剪切应力幅和最大法向应力的非线性组合作为损伤控制参数的多轴高周疲劳寿命预测模型, 该模型考虑了平均应力对疲劳寿命的影响, 比现有的疲劳预测模型具有更宽的金属材料适用范围. 两种不同类型材料下的多轴非比例试验的预测结果表明,模型的预测结果与试验符合较好.      

拉扭复合加载下循环应力应变关系的研究

以拉扭簿壁管试件为研究对象,根据多轴临界面上的应力应变特性及多轴疲劳临界面法的结果,结合单轴循环应力应变关系,研究了多轴比例与非比例加载下的循环应力应变关系,推导出多应力应变关系模型,经拉扭复合比例与非比例物载试验难证,其预测结果与实测值相符合。     

纤维增强韧性基体界面力学行为

分析了纤维增强韧性基体的界面力学行为及其失效机理,按剪滞理论和应变理化规律研究微复合材料的弹塑性变形和应力状态,讨论了幂硬化和线性硬化基体的弹塑性变形和界面应力分布,并给出纤维应力和位移的表达式。按最大剪应力强度理论建立了纤维／基体界面失效准则,推导出弹塑性界面失效的平均剪应力随纤维埋入长度的变化关系。     

A numerical method for crack growth analysis in linearly viscoelastic materials

This paper presents a numerical method for the analysis of crack initiation and extension in linearly viscoelastic materials undergoing Mode I plane stress deformation. Plastic deformation near the crack tip is considered by a strip-yielding model. The crack initiation and growth are taken to follow a critical energy release rate fracture criterion, and the plastic work per unit crack extension is included in the calculation of the total energy release rate. The resulting numerical method is presented in algorithmic form and two example problems are solved to demonstrate its application. The two example problems represent unstable and stable crack propagations respectively. The results obtained lend insight into the effect of creep deformation on the initiation and growth of a crack.     

Qualitative properties of plasticity equations for porous media in plane deformation

The instantaneous stress-strain state of a porous rigid-plastic material obeying the cylindrical yield condition and the associated flow rule is considered in the case of plane deformation. It is shown that the type of the system of equations depends on the stress state. In the hyperbolic case, the equations of characteristics and relations along them are derived. An exact solution to the model boundary-value problem with the maximum friction law taken into account is obtained. An asymptotic analysis near the maximum friction surface is performed.