30CrMnSiNi2A超高强度钢孔挤压强化残余应力场的模拟

利用有限元软件ANSYS建立了30CrMnSiNi2A超高强度钢孔挤压强化残余应力场的三维有限元模型,分别模拟分析了不同孔径、过盈量、厚度和孔边距比下30CrMnSiNi2A超高强度钢构件孔挤压强化的三维残余应力场分布.模拟结果表明,残余应力沿厚度在中层和出口处随着孔径的增大而增大,且残余拉应力的增加幅度也大;随着过盈量的增大,残余压应力增大,但达到一定程度后过盈量的增量所引起的有利残余压应力的增量减小;随着厚度的增加,残余压应力在入口表面的孔周处先减小后增大;孔边距的减小,对残余压应力影响较小,而对残余拉应力的影响很大.     

三维切口/裂纹结构的扩展边界元法分析

在线弹性理论中,三维 V 形切口/裂纹结构尖端区域存在多重应力奇异性,常规数值方法不易求解. 本文提出和建立了三维扩展边界元法 (XBEM),用于分析三维线弹性 V 形切口/裂纹结构完整的位移和应力场. 先将三维线弹性 V 形切口/裂纹结构分为尖端小扇形柱和挖去小扇形柱后的外围结构. 尖端小扇形柱内的位移函数采用自尖端径向距离 $r$ 的渐近级数展开式表达,其中尖端区域的应力奇异指数、位移和应力特征角函数通过插值矩阵法获得. 而级数展开式各项的幅值系数作为基本未知量. 挖去扇形域后的外围结构采用常规边界元法分析. 两者方程联立求解可获得三维 V 形切口/裂纹结构完整的位移和应力场,包括切口/裂纹尖端区域精细的应力场. 扩展边界元法具有半解析法特征,适用于一般三维 V 形切口/裂纹结构完整位移场和应力场的分析,其解可精细描述从尖端区域到整体结构区域的完整应力场. 作者研制了三维扩展边界元法程序,文中给出了两个算例,通过计算结果分析,表明了扩展边界元法求解三维 V 形切口/裂纹结构完整应力场的准确性和有效性.      

内压、外载下晶内微裂纹演化的有限元分析

为了研究和确定金属材料内部微裂纹的演化规律,本文基于物质表面扩散和蒸发-凝结机制的经典理论,建立了拉压外载和内压共同作用下的有限单元法,对金属材料内部晶内微裂纹在应力诱发表面扩散下的不稳定外形演化情况进行了有限元模拟,并系统地分析了外载、内压、形态比对微裂纹形态演化的影响。结果表明:内压q、外载0σ、形态比β是微裂纹演化的主要影响因素;当β和q固定时,存在临界外载荷cσ,若0 cσσ,裂纹不会发生分节,而0 cσ≥σ时微裂纹将分节成三个小裂腔,且分节时间随着0σ和β的增大而减小;当β和0σ为定值时,存在临界内压cq,若cq≤q时,裂纹将会发生分节,且内压阻碍裂腔分节;当0σ和q为定值时,存在临界形态比cβ,cβ≥β的裂纹将会发生分节。     

锚固体红外温度场与应力场特性研究

为了研究锚固体力-热耦合机制,分别对不同类型的锚固体加载变形破坏过程进行试验研究。应用红外热像技术,获得红外温度场,同时对锚固体进行应力场数值分析。结果显示:中心位置布置单根锚杆的锚固体;应力峰值前,随着荷载的增加,红外温度场呈现整体均匀性升温变化;应力峰值后,在锚杆周围形成一个由多条不同等温线组成的区域,其形状是以锚杆为中心的近似圆形区域,由内向外,温度逐步降低;有锚杆一侧围岩红外温度高于无锚杆一侧,锚杆周围形成一个近似"喇叭"状的等温线图,高温等温线对应高应力区,低温等温线对应低应力区,红外温度场与应力场之间存在空间分布对应关系。     

多圈管冻结模型试验水热力分析研究

人工多圈管冻结过程中的温度场、应力场及水分场的相互作用,是一个非线性多场耦合问题,影响因素多. 本文以淮南顾北矿作为模型设计原型,通过模型试验对多圈管冻结土体过程的温度场、应力场及水分场变化进行研究,获得了冻结温度场、冻结压力及含水量随冻结时间的变化规律,其成果对建立水热力耦合数学模型提供可靠依据并能更好的指导矿井工程实践.     

蠕变损伤材料中缺口尖端稳定扩展的应力场

研究了在拉伸载荷和反平面载荷作用下蠕变损伤材料缺口尖端稳定扩展的应力场．假设材料的应力及位移势函数,得到了缺口尖端场的各参数分量,进而在小范围蠕变条件下,建立了缺口尖端稳定扩展的蠕变损伤控制方程,并考虑缺口尖端蠕变钝化作用和问题的边界条件,对控制方程进行了数值分析,得到了缺口尖端的应力场,并讨论了缺口尖端应力场随各影响参数的变化规律．结果表明,缺口尖端的应力具有r1/(1-n)的奇异性,应力率具有rn/(1-n)的奇异性,n是蠕变指数．     

杂交有限元构造的正交假设应力场方法

分别对各向同性和正交各向异性材料的假设应力场进行正交化并形成相应的杂交元,由于避免了柔度矩阵求逆运算,从而提高了杂交元分析效率。对各向同性材料杂交元直接利用柔度矩阵特征向量导出了正交假设应力场,其正交性不依赖于材料,因而具有更好的适用性。此外由于不需要借助本征变形模式进行迭代而避免了复杂的数值计算。对于正交各向异性材料提出了一种材料矩阵分裂法对假设应力场进行正交化,研究结果表明,所得的正交应力场只与材料两个主方向弹性模量的比值有关,因而不受横向泊松效应的影响。采用本文方法对2D-4节点单元和3D-8节点单元的常用应力场进行正交化,给出了十分简洁的结果。     

Thermoelastic Stress Field Investigation of GaN Material for Laser Lift-off Technique based on Finite Element Method

The transient thermoelastic stress fields of GaN films is analyzed by the finite element method for the laser lift-off （LLO） technique. Stress distributions in GaN films irradiated by pulse laser with different energy densities as functions of time and depth are simulated. The results show that the high thermoelastic stress distributions in GaN films localize within about 1 μm below the GaN/Al2O3 interface using proper laser parameters. It is also found that GaN films can avoid the thermal deformation because the maximum thermoelastic stress 4.28 GPa is much smaller than the yield strength of GaN 15GPa. The effects of laser beam dimension and the thickness of GaN films on stress distribution are also analyzed. The variation range of laser beam dimension as a function of the thickness of GaN films is simulated to keep the GaN films free of thermal deformation. LLO experiments are also carried out. GaN-based light-emitting diodes （LEDs） are separated from sapphire substrates using the parameters obtained from the simulation. Compared with devices before LLO, P-I-V measurements of GaN- based LEDs after LLO show that the electrical and optical characteristics improve greatly, indicating that no stress damage is brought to GaN films using proper parameters obtained by calculation during LLO.     

铁磁多层膜中的力致磁电阻效应

通过研究外应力场下铁磁多层膜系统中的自旋结构,讨论了系统磁电阻对外应力的依赖关系.结果表明,外应力能够诱发磁电阻效应,且其磁电阻紧密依赖于外应力的大小和方向.一般地对铁磁性层间耦合,其磁电阻与外应力之间的关系紧密地依赖于两铁磁层的磁致伸缩系数以及磁晶各向异性之差异.具体地,大小一定的外应力由磁易轴向磁难轴旋转的过程中,磁电阻先缓慢增大后急剧减小,在磁难轴附近变化较敏锐,并出现峰值.外应力方向一定时,磁电阻随应力的增大先敏锐增强后缓慢减小,且应力方向偏离磁易轴越远,变化趋势越显著.特别地,当外应力完全垂直于磁易轴时,应力大小的变化会引起磁电阻翻倍.而外应力场介于8πM/5≤H_λ≤18πM/5时,磁电阻会随应力的旋转单调上升,并在磁难轴附近急剧增强,产生GMR效应;对反铁磁性层间耦合,其GMR效应对应力大小和方向的响应近似地相反于铁磁性层间耦合情形. 关键词： 铁磁/非磁/铁磁三层膜 自旋结构 磁电阻 应力场     

偏应力对材料层裂强度影响的实验研究

 采用热装配方法对平面样品施加径向应力,获得不同程度的偏应力,通过轻气炮实验获得了不同预应力下LY12铝合金层裂信号,结果表明：即使在相同撞击速度下,材料的层裂强度差异也发生明显变化。偏应力越大,材料的层裂强度越小,由于不同的球面层裂具有不同的偏应力场,通过本实验方法有可能将球面层裂与一维平变下的层裂联系起来。