正交和[±45]层板中裂纹的非自相似扩展

本文分析了正交铺设和[±45]铺设的复合材料层板断裂试验时观察到的主裂纹扩展方向与初始裂纹方向有时不一致的物理现象。本文计算了[O_4/90]和[±45]层板裂纹前缘的应力场,得出分别在θ=90°和θ=30°-45°存在较高的横向拉应力和剪应力。但上述层板在该方向的横向拉伸强度或剪切强度都已显著降低,从而导致纵向劈裂型或偏轴剪切型的低应力破坏。设计者在将大部分纤维铺设在0°方向的同时,应将1/3左右的纤维铺设在90°或45°方向以避免裂纹的非自相似扩展造成的低应力破坏。     

几种铺层方向复合材料层合板的动态特性试验研究

本文对[0°1]_■、[±45°]_■和[90°]_■三种铺层方向的复合材料悬臂梁进行了自由振动和共振试验,这两种方法得出的基频和衰减系数基本吻合.基频的理论计算值与实验值基本一致.     

碳化钨颗粒增强钢基复合材料的冲蚀磨损性能研究

以直径为188～250 μm的石英砂为磨料,在自制颗粒冲蚀磨损试验机上对WC颗粒增强ZG45钢基表层复合材料的气-固两相冲蚀磨损性能进行研究,采用扫描电子显微镜观察其磨损表面形貌.结果表明,在相同冲蚀角条件下,增强相WC颗粒的直径越大,复合材料的耐磨性越差,复合材料在冲蚀角为45°时的冲蚀磨损率最大;而ZG45钢在冲蚀角为15°～30°范围内的冲蚀磨损率达到最大值,此后随着冲蚀角增加而减小;复合材料抗冲蚀磨损性能在较小冲蚀角(15°左右)下优于ZG45钢,在较大冲蚀角(≥30°)时劣于ZG45钢.     

钢轨打磨磨痕粗糙度与交叉磨痕对滚动接触疲劳损伤的影响

利用砂纸在钢轨试样表面打磨出不同粗糙度等级(1、4和7 μm)的单向磨痕和交叉磨痕(?45°/70°、?20°/90°和45°/70°),利用MMS-2A轮轨摩擦磨损试验机对打磨后的钢轨试样进行滚动试验并分析滚动接触疲劳损伤规律. 结果表明:打磨钢轨的滚动磨损表面粗糙度和损伤均比未打磨钢轨严重,随打磨磨痕粗糙度增加,钢轨滚动磨损表面粗糙度和损伤均呈减小趋势. 当打磨粗糙度为7 μm时,滚动接触疲劳裂纹为枝裂纹,裂纹深度较小;随打磨粗糙度减小,枝裂纹发生贯穿连通形成网状裂纹损伤,裂纹深度增加. 相较于单向打磨钢轨,交叉打磨磨痕钢轨滚动磨损表面粗糙度较低,滚动接触疲劳损伤较轻微. 此外,?45°/70°和45°/70°交叉磨痕的滚动损伤比?20°/90°交叉磨痕钢轨更加轻微.      

Estimation of extreme wind speed in SCS and NWP by a non-stationary model

In offshore engineering design, it is considerably significant to have an adequately accurate estimation of marine environmental parameters, in particular, the extreme wind speed of tropical cyclone(TC) with different return periods to guarantee the safety in projected operating life period. Based on the 71-year(1945–2015) TC data in the Northwest Pacific(NWP) by the Joint Typhoon Warning Center(JTWC) of US, a notable growth of the TC intensity is observed in the context of climate change. The fact implies that the traditional stationary model might be incapable of predicting parameters in the extreme events.Therefore, a non-stationary model is proposed in this study to estimate extreme wind speed in the South China Sea(SCS) and NWP. We find that the extreme wind speeds of different return periods exhibit an evident enhancement trend, for instance, the extreme wind speeds with different return periods by nonstationary model are 4.1%–4.4% higher than stationary ones in SCS. Also, the spatial distribution of extreme wind speed in NWP has been examined with the same methodology by dividing the west sea areas of the NWP 0°–45°N, 105°E–130°E into 45 subareas of 5°× 5°, where oil and gas resources are abundant.Similarly, remarkable spacial in-homogeneity in the extreme wind speed is seen in this area: the extreme wind speed with 50-year return period in the subarea(15°N–20°N, 115°E–120°E) of Zhongsha and Dongsha Islands is 73.8 m/s, while that in the subarea of Yellow Sea(30°N–35°N, 120°E–125°E) is only47.1 m/s. As a result, the present study demonstrates that non-stationary and in-homogeneous effects should be taken into consideration in the estimation of extreme wind speed.     

板壳式换热器波纹倾角对换热和阻力性能影响

研究了波纹倾角（α=45°，60°，75°）对板壳式换热器单流道内单相流动与换热过程的影响，分析了波纹流道内的速度分布、湍动能分布、压力分布和温度分布；基于范宁摩擦阻力因子f和Nu与Re的关系，提出了板壳式换热器不同波纹倾角下换热特性和流动阻力特性的预测关联式；通过计算不同波纹倾角下的综合性能评价指标（performance evaluation criteria,PEC）和面积质量因子（j/f）综合评价了流动与换热性能。结果表明：波纹倾角是影响圆形板间流体流动形态的因素之一，随着波纹倾角增大，会出现“十字交叉流”向“曲折流”转变；所提出的关联式能够很好地预测板壳式换热器内阻力与换热性能，阻力特性偏差在±14%范围内，换热特性偏差在±7%范围内；α为45°时，j/f较大，流道内阻力相对小；α为60°时，PEC较大，流道内换热性能相对强。     

材料表面润湿性调控及减阻性能研究

设计合成不同结构的自组装分子,使其可以在不改变表面粗糙度的情况下改变表面的润湿性能;利用低表面能涂层修饰粗糙表面得到超疏水表面.采用流变仪和水洞试验分别在层流和湍流流动状态下测试了具有不同润湿行为的亲、疏水材料的减阻性能.结果表明:在层流流动状态,随着不同表面的接触角从13°增加到45°、113°和161°,减阻率随之从1.8%增大到7.2%、7.9%和14.9%;在湍流流动状态下,自组装涂层接触角为13°、45°和113°的三组模型的平均减阻率为0.8%、1.9%和6.8%,最大减阻率分别可达3.6%、9.2%和18.0%.两种流体流动中均存在材料表面水接触角增加减阻效率增大的行为.     

循环冲击层理煤岩动力学行为及破坏规律研究

为研究复杂地况下含特征层理煤岩的动态力学行为,采用■50 mm分离式霍普金森压杆实验系统,对含层理(0°、30°、45°、60°、90°)煤岩进行动态三轴循环冲击实验研究,并结合3D轮廓扫描仪量化其断裂界面,分析层理效应和围压效应对煤岩动态力学特性及其损伤破坏规律的影响。研究表明：围压的施加使煤岩应力-应变曲线出现弹性后效现象;较无围压状态,抗压强度提高3.9～4.2倍,失效应变增大2.59～3.05倍。随着层理角度的增大,煤岩的动态抗压强度、弹性模量和能量透射率均呈现先降低后升高的U形分布,在层理角为45°时均达到最小值;能量吸收率和断面粗糙度呈现先增大后减小的∩形分布,损伤变量呈现N形分布,在层理角为45°时达到最大值。煤岩的损伤破坏特征随层理角度的变化可概括为张拉破坏（0°）-剪切破坏（30°、45°和60°）-劈裂破坏（90°）的演变过程,所得特征规律可为实际复杂环境下煤层气资源安全高效开采提供理论支持。     

钻孔法测量残余应力的现状

一、钻孔法的基本原理零件表面总可以看成是主应力为σ_1,σ_2的二向残余应力状态,见图1.如果在测量处钻一个直径为α的小孔,就成为二向应力状态下的孔边应力集中问题.预先在孔边粘贴应变片测出应变数值后,就可以由弹性理论公式算出残余应力σ_1,σ_2的数值。通常在0°,45°,90°三个方向粘贴应变片,见图2.图中角是0°方向的应变片与主应      

STUDY ON DRILLING CHARACTERISTICS AND MECHANICAL PROPERTIES OF CFRP COMPOSITES

Stacking plates of CFRP composite materials are increasingly used because of their unique characteristics. However, unlike other materials used in metallurgy they have a disadvantage of uneven quality and anisotropy when combined with other composites. Hence, specimens of CFRP stacking plates are manufactured by changing orientation angles throughout three quasiisotropic plies （0°/45°/90°/-45°）68, （03°/453°/903°/-453°）2s, and （06°/456°/906°/-456°）s and throughout three cross plies （0°/90°/0°/90°）68, （03 °/903 °/03°/903°）2s, and （06 °/906 °/06°/906°）8 In this study 3-point bending tests and transverse bending tests have been carried out in order to find out mechanical characteristics according to orientation angles by stacking in 6 different types along with the change of stacking composition method of a CFRP composite.     

带边缘缺口碳纤维增强环氧复合材料拉伸破坏特性

本文对碳纤维增强环氧复合材料0°和±45°铺层带边缘缺口试件进行了拉伸破坏实验研究。结果表明:带有垂直于载荷方向边缘缺口的此种碳纤维增强复合材料受拉伸时,裂缝不是沿缺口长度方向扩展,而是沿纤维方向产生并扩展,缺口的存在基本上不影响其余无缺口部分的应力。对缺口不敏感特性与破坏模型进行了讨论。这种材料的破坏机理与各向同性材料相比具有明显的差别。     

初始驱动角对半主动拍动翼能量获取的影响

运用浸入边界法研究初始驱动角θ0对半主动拍动翼能量获取性能的影响。半主动拍动翼的运动包括外部力主动驱动的正弦式摆动θ(t)和流体动力被动驱动的垂直运动h(t)。以雷诺数Re=1000下的二维NACA0015翼型为研究对象,数值计算了摆动角振幅θmax=75°和摆动衰减频率f*=0.16下初始驱动角对半主动拍动翼能量获取性能的影响。首先将初始驱动角θ0=0°时不同网格划分下的升力系数演化与已有文献结果进行了对比,得到二者结果相吻合,验证了数值算法的有效性。然后研究了不同的初始驱动角θ0对能量获取性能的影响,研究发现:θ0≤30°时的升力值远小于θ0≥45°的值,θ0≤30°时拍动翼向下运动,而θ0≥45°时升力值快速增大,拍动翼向下做微小运动后快速反弹向上运动;还发现相对于θ0=0°时的能量获取效率为31.22%,在θ075°范围内增大初始驱动角无益于提高能量获取效率,但是在θ0=75°时得到的能量获取效率高达39.21%;同时结果还显示θ0=60°时对净功率的输出最有利。     

深海多立柱浮式平台涡激运动特性研究

基于不可压缩纳维-斯托克斯(Navier-Stokes)方程和改进的延迟脱体涡模拟方法(improved delayed detached edd ysimulation method,IDDES),数值研究了深海多立柱浮式平台在海流作用下的涡激运动响应特性.以张力腿平台为对象,计算了该平台在0°,22.5°和45°流向角下的横向和艏摇涡激运动响应,分析了涡激运动响应幅度、频率比随约化速度的变化规律,研究了涡激运动响应能量的分布趋势.数值预报结果与模型实验数据吻合良好,证实了数值模型的有效性;研究发现,当约化速度介于7.0和14.0之间时,横向运动发生锁频,运动幅值稳定在0.2D~0.4D(D为立柱宽)之间,而艏摇涡激运动和约化速度呈线性递增关系;在横向运动锁频区间内,由于艏摇激振力矩主要受升力主导,艏摇频率与横向运动频率相同;相对于0°来流,22.5°和45°流向下的涡激运动频率更高,但艏摇运动能量仅为0°流向角下的10%.基于计算结果,进一步分析了多立柱平台涡激运动中的三维流场结构.      

单轴压缩荷载下“十字形”交叉裂隙类岩石试件的破坏模式与力学特性试验研究

通过在类岩石材料中预制特定裂隙的方法,来模拟含"十字形"交叉裂隙的岩体,并对其在单轴压缩情况下的力学特性与破坏模式进行了试验研究。研究表明:(1)交叉裂隙试件中,次裂隙倾角对主裂隙倾角为45°时试件的抗压强度与起裂应力的影响最大,而对主裂隙倾角为90°时的影响最小。(2)单裂隙试件的抗压强度与起裂应力小于完整试件。交叉裂隙试件相对于单裂隙试件而言,当主裂隙倾角为0°和45°时,其抗压强度与起裂应力减小;当主裂隙倾角为90°时,其抗压强度与起裂应力增大。(3)在单裂隙试件中,当裂隙倾角为0°、45°和90°时,试件分别发生拉剪复合型破坏、剪切破坏和张拉破坏;相对于单裂隙试件而言,交叉裂隙试件破坏时产生的裂纹相对较多,破坏模式大多为拉剪复合型破坏,同时,在破坏过程中交叉裂隙试件发生复合其他破坏模式或直接导致试件破坏的滑移。上述结果对岩体工程的开挖和建设具有一定的参考价值。     

横向喷流对低速大攻角细长旋成体非对称气动特性影响研究

采用风洞试验和数值模拟相结合的方法,对雷诺数Re=55 000条件下细长旋成体有、无横向喷流时大攻角非对称特性进行了分析.通过风洞试验发现了旋成体在法向和侧向进行喷流时其大攻角非对称气动特性与无喷流时的区别,通过数值模拟方法对几个典型工况下旋成体有、无横向喷流时的非对称气动特性进行了分析,揭示了喷流对旋成体非对称流动分离的影响.通过风洞试验发现当细长旋成体进行法向控制时无喷流、喷流位于迎风区和喷流位于背风区的旋成体表现出了不同的非对称流动特性:首先喷流位于迎风区时攻角范围在20°～40°之间有喷流和无喷流旋成体所产生的侧向力方向相反,攻角大于40°之后侧向力系数的方向发生了改变,与无喷流时的侧向力系数方向相同,但是其绝对值要比无喷流时的侧向力系数小.其次喷流位于背风区时攻角在15°～35°之间有喷流时的侧向力系数绝对值要明显比无喷流时大,在随后的40°～70°之间旋成体侧向力系数变化规律与无喷流的趋势相似.当细长旋成体进行侧向控制时由于沿侧向的喷流所产生的直接力使得攻角范围在0°～20°之间和大于45°时有喷流的旋成体侧向力系数绝对值要比无喷流时大,但是攻角在25°～40°之间时旋成体...     

两种多天线GNSS定姿方法的精度分析

基于高精度多天线GNSS基线分量及精度估计结果,实现了两种常用的多天线定姿方法:直接姿态法和最小二乘姿态法。利用一套车载三天线GNSS实测数据和高精度惯性导航系统(陀螺漂移0.005(°)/h,加速度计零偏优于10~(-3)g)输出的姿态结果,深入分析了两种定姿方法的内、外符合精度。实验结果表明:两种定姿所解算的航向角、俯仰角和横滚角的精度分别为:直接法的内符合精度约为0.3°~0.5°、0.3°~1.0°、0.5°~1.0°,最小二乘法约为0.1°、0.2°~0.5°、0.5°~2.0°,即最小二乘法对航向角估计有明显改善,对俯仰角和横滚角改善不明显;两种方法的姿态外符合精度(消除航向系统偏差)基本一致,约为0.08°、0.15°、0.42°,但是最小二乘法得到的航向角系统偏差更小。     

WZDX型斜射器

在一般光弹性试验中我们所得到的等差线只能反应模型构件的主应力之差,但在很多场合我们需要获得单独的主应力值,这个过程称为主应力分离.斜射法是进行主应力分离常用的方法.一般传统的斜射法是将试件放在与试件材料折射率相同的液体槽中进行的,操作麻烦,精度低.北京科学仪器厂生产的 WZDX型斜射仪是利用一对光学棱镜达到使光线斜射的目的.它比一般传统的方法有明显的优点:操作简便,在视场中可以同时看到正射和斜射的等差线条纹,斜射角准确稳定,斜射平面可根据测点的主应力方向灵活转动.仪器提供30°和45°两种斜射角的棱镜组,试验者可根据不同的试验情况来选择使用.     

基于数值模拟方法的自然通风器风载体型系数研究

基于Fluent软件平台,采用混合网格划分,选用Realizable k-ε湍流模型,对某自然通风器的风场进行三维数值模拟研究.选择0°、45°、90°、135°和180°等风向,每个风向考虑39m/s风速,此外对0°、180°两风向还考虑了57m/s风速.通过模拟,得到了主通风器导流片的风载体型系数.经计算,0°,180°两个风向的风场对导流片抗风影响较大,基于此对这两个风向的计算结果进行了详细分析.在数值模拟过程中引人多孔介质阶跃模型模拟次通风器导流片,在降低模型复杂程度和减少计算量的同时,保证了数值模拟结果的可靠性.分析表明,基于数值模拟方法得到的风载体型系数在不同风向和风速的情况下呈现一定的变化规律性,为确定自然通风器类结构的风载体型系数提供了合理依据.     

攻角对聚醚醚酮/泡沫镍双连续复合材料料浆冲蚀行为的影响

聚醚醚酮(PEEK)/泡沫镍双连续复合材料是一种新型复合材料,它是由比强度高的PEEK树脂(基体相)和韧性较高的泡沫镍(增强相)牢固结合而成,具有两相相互连通、拓扑连续和各向同性等特点. 使用孔径为100 PPI(每英寸孔隙数目)的泡沫镍与PEEK树脂混合,采用热压成型技术制备了PEEK/泡沫镍双连续复合材料(PEEK-Ni). 利用喷射式腐蚀冲蚀试验设备研究了纯PEEK树脂、金属镍和PEEK-Ni在5个攻角下(30°、45°、60°、75°和90°)的料浆冲蚀行为. 使用ANSYS Fluent有限元仿真软件对不同攻角下料浆的冲蚀过程进行建模和仿真,并设置了边界条件. 试验和仿真的结果均表明:随着攻角增加,冲蚀损伤形貌由月牙形损伤区域变为U型损伤区域,并最终发展成为围绕驻点的环形损伤区域,试验和仿真能相互吻合. 由于泡沫镍具有遮挡效应和协同效应,PEEK-Ni比纯PEEK具有更低的冲蚀损伤量,且对攻角不敏感.      

测试单向复合材料刚度特性实验的简化方案

1.引言在复合材料层压板的设计中,单层板坯的刚度特性参数是必不可少的设计资料.通常测试E_1、E_2、v_(12)(或v_(21)),采用单向层压板条试件.一种试验是沿纤维方向均匀拉伸,另一种试验是沿与纤维相垂直的方向均匀拉伸(图1a、b).测试G_(12)的方法有多种,例如沿与单向层压板纤维方向成θ~0的偏轴拉伸(图1c).轨道剪切、±45°层压板的单向拉伸以及薄圆管受扭试验也是测试G_(12)常用的一些方法.但上述方法不是技术上实现比较复杂,就是试件的制造费用大,或是需用的试件种类和数量多。大量的性能测试需要有简便、经济而又有效的方法.本文提供的简化测试方法只需两种试件和试验就可测定全部的刚度特性参数E_1、E_2、v_(12)和G_(12).其一是单向层压