含能材料三轴动态压缩实验的一个计算机模拟方法

在含能材料单轴、受限三轴动态压缩实验的基础上，提出一种将计算机数值模拟和实验数据相结合，估算实验系统中钢筒与试件间的库伦摩擦力，从而正确确定含能材料的动态三轴力学性能（弹性模量Ｅ，泊桑比ν，屈服限Ｙ等）的方法。本方法用于ＴＮＴ炸药受限三轴动态压缩实验，通过建立钢筒－试件的库伦摩擦有限元模型，采用ＡＤＩＮＡ通用程序进行动力分析，估算了摩擦力对实验数据的影响，获得了考虑摩擦力修正后的ＴＮＴ三轴动态压缩响应，为含能材料三轴动态力学性能的确定提供了一种有效的方法。     

腐蚀与缺口对LY11铝合金疲劳极限影响的试验研究与分析

以飞机螺旋桨叶常用材料ＬＹ１１ＣＺ铝合金锻件的材料试件、腐蚀试件和缺口试件的疲劳极限实验结果为依据,研究了腐蚀与缺口对疲劳极限的影响,给出腐蚀试件和缺口试件疲劳极限的关系,并建立起一种只用材料疲劳极限来确定严重腐蚀情况对应的疲劳极限分布的方法,以适应螺旋桨叶等按无限寿命准则设计的构件评估腐蚀后疲劳可靠性的工程需求．     

时效处理温度对预应变碳素钢疲劳极限的影响

对3种不同预应变量的碳素钢实施时效处理，并进行弯曲疲劳实验，实验结果表明：材料的疲劳极限同时受预应变量和时效处理温度的影响，使其疲劳极限为最大值时所对应的最优时效处理温度随预应变量的增大而降低。     

利用红外热像技术快速确定材料疲劳极限

基于能量理论，阐述了利用红外热像方法确定材料疲劳极限的原理，并利用红外热 像仪对具有矩形截面的钢试件进行了疲劳试验，通过记录疲劳试验过程中试件表面的温度变 化，经处理后得到了该种材料的疲劳极限. 试验表明，利用红外热像技术可以快速、准确地 确定材料的疲劳极限. 同时，该方法还具有可靠、经济、便捷等优点.     

一种估算谱载疲劳裂纹起始寿命的方法

提出了一种估算谱载疲劳裂纹起始寿命的等效载荷法，该法在变幅载荷的均方根算式中引入加权因子和修正系数来分别反映不同载荷变程和平均应力对变幅疲劳寿命的影响，并用相应获得的等幅载荷取代变幅载荷来估算谱载下的疲劳裂纹起始寿命．该法仅依赖于材料的等幅S-N曲线和单轴力学性能，不含任何待定参数，使用方便；两种材料3种谱载下15组变幅疲劳试验数据的评估结果显示，该法的平均寿命预测精度分别较同类型的Miner法则、修正Miner法则、均方根法提高了99．1％，24．6％和50．0％。     

预应变对中碳钢扭转疲劳特性的影响

应用扭转疲劳试验机对退火后的非预应变45#钢及其3种预应变材料进行 实验. 实验结果表明：预应变量小于5%时,与非预应变材料相比疲劳极限降低10\%; 预应变量大于5{%}时,随着预应变量的增加,其疲劳极限有恢复的趋势,当预应变量达到 8%时,预应变材料与非预应变材料的疲劳极限几乎相等;当循环应力达到1*10^7$时,各种试件表面都有明显的停留裂纹存在.     

γ射线辐照对机械密封用烧结材料性能的影响

使用不同剂量γ射线对拟用于核电领域机械密封的3种热压烧结材料进行辐照处理，测试了不同辐照条件下材料的热物理性能和力学性能. 使用Plint TE-92摩擦磨损试验机模拟机械密封实际工况进行盘-盘摩擦试验，测试了相同材料自配副的摩擦磨损性能，并采用扫描电子显微镜(SEM)和ZYGO白光干涉仪等表征分析方法，研究了辐照条件对材料微观组织形貌和摩擦磨损机理的影响. 结果表明:本文中γ射线辐照剂量对烧结材料的组织形貌和物理、力学性能影响较小. 在水润滑条件下，烧结材料自配副的摩擦系数为0.04~0.06，没有出现明显的磨损情况，辐照对材料的摩擦磨损性能没有明显影响.      

疲劳过程中生热机理的实验探讨

传统的疲劳试验方法确定材料的疲劳极限时试验周期长、需要试件多,故高试验成本成为疲劳试验中一个难以解决的问题.文中利用具有准确、快速、便捷、低成本等优点的热像法测定了多种载荷工况下Q235钢的疲劳极限,并对不同的黏或/和塑性效应主导的生热机制进行了探讨.材料疲劳过程中,疲劳极限之下的载荷引起的温度波动来源于热弹性效应,温升来源于材料的非弹、塑性效应(如黏性效应);而疲劳极限之上的载荷引起塑性功累计,导致疲劳损伤产生,使得温升机制出现转折.通过对试验数据的分析,求出了材料的黏性系数,给出了利用塑性能耗的起点确定材料疲劳极限的方法.     

铝合金材料AA-6061-T6和AA-6061-OA的动态拉伸力学性能

铝合金材料蜂窝夹层板结构具有在较低体重情况下的高硬度和高抗冲击性能力。近年来许多关于其在低应变率下冲击能量吸收性质的文献纷纷涌现，但是对于其在高应变率下的能量吸收力学性能的研究却非常贫乏。为了更好地研究铝合金材料蜂窝夹层板结构在高应变率下的能量吸收力学性能，其结构组成材料本身的动态力学性能必须首先得到充分研究。本文介绍和总结了铝合金材料AA-6061的两种热处理成品，T6与OA，在室温（24℃）与低温（-170℃）下的动态拉伸力学性能。在本研究中，霍普金生拉伸杆被应用，拉伸应变率为10^3每秒。     

基于临界平面法的拉扭双轴疲劳寿命估算模型

基于临界平面法,分析了WB模型的缺陷.研究发现:WB模型中的法向应变变程不能很好地反映材料非比例循环加载下的附加强化现象,且模型中的经验常数是一个与寿命相关的参数,该参数不能简单的利用拉伸和扭转疲劳极限来确定.为克服WB模型的缺陷,提出了一个新的有效循环变量,引入了一个新的应力相关因子,建立了新的寿命估算模型.新的有效循环变量不含经验常数,应力相关因子能够反映材料非比例循环加载下的附加强化现象,所建模型能够精确估算材料的多轴疲劳寿命,便于工程应用.     

蜂窝夹层复合材料老化强度与疲劳性能的试验研究

本文对蜂窝夹层复合材料老化强度和疲劳试验进行了研究。通过对该材料在老化前后的拉伸、压缩、面内剪切机械性能测试,以及在不同应力水平下的疲劳试验,分析试验结果,得出了标准老化环境对试件的拉伸、压缩承载能力影响不大,而蜂窝夹芯的排列方向对面内剪切试件的强度和疲劳寿命将产生一定的影响等一些对实际工程应用的问题有参考价值的结论和看法。本文还就蜂窝夹层复合材料老化强度和疲劳试验中的一些试验方法、试件的破坏形式、试验件的胶接方法进行了探讨。     

元件疲劳可靠性估算方法

对近年来国内外在元件疲劳可靠性估算方法方面所做的研究作了系统的回顾和讨论,按安全余量方程将其分为三类：累积损伤模型、乘余强度模型和疲劳寿命模型,并对这三种模型的特点及局限性作了分析论述,对元件疲劳可靠性分析的发展趋势作了讨论。     

Effects of Environmental Degradation on Flexural Failure Strength of Fiber Reinforced Composites

Fiber-reinforced composite laminates are often used in harsh environments that may affect their long-term durability as well as residual strength. In general, environmental degradation is observed as matrix cracking and erosion that leads to deterioration of matrix-dominated properties. In this work, cross-ply laminates of carbon fiber reinforced epoxy were subjected to environmental degradation using controlled ultraviolet radiation (UV) and moisture condensation and the post-exposure mechanical properties were evaluated through elastic modulus and failure strength measurements. Additionally, both degraded and undegraded were subjected to cyclic fatigue loading to investigate possible synergistic effects between environmental degradation and mechanical fatigue. Experimental results show that the degradation results in reduced failure strength. Greater effects of degradation are observed when the materials are tested under flexural as opposed to uniaxial loading. Based on strength measurements and scanning electron microscopy, we identified various damage modes resulting from exposure to UV radiation and moisture condensation, and cyclic loading. The principal mechanisms that lead to reduction in mechanical properties are the loss of fiber confinement due to matrix erosion, due to UV radiation and moisture condensation, and weakened/cracked ply interfaces due to mechanical fatigue. An empirical relationship was established to quantify the specific influence of different damage mechanisms and to clarify the effects of various degradation conditions.     

Estimation of Fatigue Limits from Temperature Data Measured by IR Thermography

To determine the fatigue limits of materials, fatigue testing, which is time-consuming and very expensive, is required. In order to overcome these shortcomings, estimating methods for fatigue limits based on temperature changes measured by IR camera have been proposed, and research and development of such methods have been widely conducted. In the current paper, a non-lock-in type, inexpensive IR camera was used for rotational bending fatigue testing to estimate the fatigue limit from temperature changes independent from loading signals. The results indicated that it is possible to estimate the fatigue limit from the time-temperature change curves measured under various stress conditions and converted stress amplitude-temperature change curves. The estimated results were sufficiently accurate and thus we confirmed that it is promising to estimate the fatigue limit by a non-lock-in type, inexpensive IR camera. The inflection point of a stress amplitude-temperature change curve can be determined by approximating a curve by two straight lines and finding the combination of the lines for which the sum of the residuals between the curve and the lines is the smallest. Although the temperature changes depended on the loading history (the number of loading cycles), the results of fatigue limit estimation changed little. Therefore, the proposed method is practically accurate as a simple estimation method. We also measured the behavior of stress-stroke for each loading history (the number of loading cycles) in tension-compression fatigue testing and confirmed that temperature changes during fatigue testing are associated with plastic strain energy.     

透平转子的可靠性设计

介绍透平转子的可靠性设计方法。该方法以传统的转子强度和振动的设计方法为基础,把透平转子的静应力、材料静强度、应力幅、尺寸系数、表面加工系数、应力集中系数、材料疲劳极限、热疲劳累积损伤程度、材料低周疲劳程度、蠕变寿命、固有频率、激振力频率、不平衡响应等处理为随机变量,使用机械概率设计法确定转子设计的可靠度。文中给出了透平转子静强度、疲劳强度、热疲劳、蠕变寿命、避开弯曲共振、避开扭转共振和限制不平稳响     

基于静强度分布参数的复合材料剩余强度及寿命预测

为探讨剩余强度及疲劳寿命与初始静强度分布参数之间的关系,构建基于初始静强度分布参数的剩余强度和疲劳寿命计算模型。在模型构建过程中未涉及复合材料结构的层数、铺层厚度和铺层方向,适应性强。模型参数可通过静力试验和剩余强度试验获得,试验成本相对疲劳试验较低。剩余强度和疲劳寿命与初始静强度变异系数及其分布参数有关,当初始静强度服从威布尔分布时,疲劳寿命亦服从威布尔分布,可为开展疲劳可靠性提供借鉴和参考。算例表明,基于建立的模型,剩余强度计算结果最大误差为-1.58%,疲劳寿命与试验数据吻合较好。     

Static and fatigue behavior of metal cylinders with enhanced surface property

Effects of surface property on the static and fatigue strength of metal cylinders is determined by analysis of the redistribution of stress and energy density. Because the mechanical constraints on the material elements in a surface layer differ so drastically from those in the interior or bulk, changes of mechanical properties in a thin surface layer can significantly alter the global behavior of a metal part. Desirable gain in mechanical strength due to surface treatments such as laser spraying, ion implantation, etc. is now well known. Developed in this work is a method for evaluating the enhancement of the static and fatigue life of metals when their mechanical properties in a thin surface layer of material are improved. An extensive increase in the surface layer thickness does not lead to appreciable changes of mechanical strength.     

Correlation of crack growth rate and stress ratio for fatigue damage containing very high cycle fatigue regime

A model is proposed to correlate the crack growth rate and stress ratio containing very high cycle fatigue regime. The model is verified by the experimental data in literature. Then a formula is derived for the effect of mean stress on fatigue strength, and it is used to estimate the fatigue strength of a bearing steel in very high cycle fatigue regime at different stress ratios. The estimated results are also compared with those by Goodman formula.     

超高强度平头圆柱形弹体对低碳合金钢板的高速撞击实验

为分析不同组分低碳合金钢板抗超高强度低碳合金钢弹体的高速撞击性能及破坏模式,以两种典型防弹特种钢SS、AS以及常见的Q235A钢为研究对象,通过静态拉伸、静态压缩及动态压缩测试,获得静态拉伸和压缩性能参数以及1 000~6 000 s-1应变率范围内的力学行为,分析了材料组分与力学性能的相关性。采用弹道枪加载撞击方法,获得了两种超高强度合金钢平头圆柱形弹体对3种钢板(14.5~15.9 mm厚)的弹道极限速度,通过分析获得了不同工况下的极限比吸收能,讨论了合金钢板在弹体高速撞击下破坏模式的差异,分析了材料力学性能与破坏模式的相关性。研究表明:3种合金钢板抗弹体撞击性能与材料屈服强度正相关,但其性能间的差异远小于屈服强度间的差异;在超高强度合金钢平头圆柱形弹体的高速撞击下,3种钢板的失效机制与其力学性能密切相关,Si和Mn含量高的AS钢呈硬脆性特征,其断裂失效主要取决于材料的剪切强度,而Si和Mn含量较低的SS钢和Q235A钢具有良好的塑性,其断裂失效主要取决于材料的压缩强度和剪切强度。     

缝合复合材料制备工艺和力学性能研究

从缝合复合材料的工程实际应用、工艺、力学性能、分析方法等方面对缝合复合材料的制备工艺和力学性能研究发展状况进行了比较全面系统的阐述与分析,重点介绍了缝合复合材料的各种力学性能及其强度分析模型.在强度分析模型中, 介绍了弹性矩阵场函数和缝合复合材料强度场的概念.缝合复合材料在结构整体性、层间性能以及低速冲击损伤阻抗等方面具有明显的优势,克服了普通层合板层间性能以及低速冲击后压缩性能低的弱点. 但是,缝合复合材料的工艺相对比较复杂,缝合对层合板的部分面内力学性能存在一定的负面影响,而且在湿热环境条件下其层间强度高的优势无法发挥.在选用缝合时,应根据所用层合板的铺层顺序及其使用的环境条件,同时还应兼顾缝合对铺层面内力学性能的影响, 决定是否使用缝合结构.在湿热性能要求不高的结构中, 如导弹结构,缝合复合材料已经得到了很好的应用.