实验力学面向经济建设事例

冷轧机机架工作应力状态的光弹性实验研究冷轧机机架在使用过程中,发现在压下螺母孔内的过渡圆弧处,机架的上横梁圆孔的侧边缘处,以及窗口圆角沟槽处,多发生开裂现象,而致使整个机架报废.为了分析其开裂原因,为轧机设备改造和为设计新轧机提供参考数据,以避免机架报废所带来的经济损失,已由沈阳重机厂、太原钢铁公司和东北重型机械学 ...     

实验力学面向经济建设事例(6-10)

大型初轧机牌坊沟槽光弹性实验研究机架牌坊是大型初轧机的主要部件之一。它主要承受垂直方向的轧制压力。在咬入钢坯的瞬间,它还承受水平方向不稳定的冲击交变载荷。牌坊上开有两个安放机架辊和入口导板...     

在轧机机架产生双表面贯穿裂纹下的断裂强度分析

某钢厂的2030平整轧机机架上发现有R=60mm的双表面张开型圆裂纹，为了安全生产，必须给出断裂力学强度评价。但是，要获得这种裂纹的应力强度因子，还没有理论解，文章应用弹性论并结合三维光弹性法和有限元法得到了K2值，二个方法所取得的值不仅吻合而且获得了机架在设计载荷下工作裂纹是稳定和不扩展的结论，此结论对生产现场有极大指导意义。     

裂纹尖端应变能密度因子的光测方法研究

断裂力学中的应变能密度因子理论正确地表述Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型和混合型的断裂问题,可以用来判断裂纹开裂和开裂方向.本文利用普通光弹性和全息光弹性的方法测取了裂纹尖端处的应变能密度因子和裂纹将要开裂时的方向.测取的开裂方向与实验的结果相符.     

冲击作用下含预制裂纹梁柱试件的动态断裂

利用焦散线实验系统,进行了冲击加载下含预制裂纹梁柱试件的断裂实验,研究了梁柱试件的梁柱节点、梁上和柱端裂纹的扩展轨迹、扩展速度和应力强度因子的变化规律。实验结果表明:受冲击后,试件首先在梁柱节点处开裂,并在裂纹扩展过程中发生明显的曲裂运动,证明梁柱节点处最容易受到破坏。预制裂纹条数越多,梁柱节点处开裂越晚,说明裂纹条数少,能量可以在裂纹尖端积聚得更集中、更快。含柱端预制裂纹的试件,2条裂纹的开裂相隔时间要长于含梁上预制裂纹的试件;同时,试件的第2条裂纹优先在梁上裂纹处开裂,说明固端支座比简支梁断裂需要更多的能量。随着预制裂纹的增多,梁上裂纹在扩展过程中的曲裂现象减弱, 由于部分能量在柱端裂纹处积聚,用于推动梁上裂纹扩展的能量相应地减少。并且由于柱端裂纹的存在,梁上裂纹受到的拉应力分量减小,导致裂纹尖端受到弯矩变小,影响了裂纹的曲裂运动。     

单舱矩形立式预制综合管廊力学性能研究

基于管廊原型单调静载试验和ABAQUS混凝土塑性损伤本构模型,建立了损伤因子与材料真实应力-应变之间的关系,对新型单舱矩形立式预制综合管廊结构的受力变形性能进行了数值计算分析,探明了管廊结构在单调静载作用下的破坏机理和荷载、应力集中和腋角钢筋设置对结构受力性能的影响。结果表明:预制管廊单调受力屈服破坏经过四个阶段,即内侧跨中的拉伸开裂屈服破坏、外侧跨中的压缩屈服破坏、腋角处的拉伸开裂破坏、钢筋的拉伸屈服破坏。其中,跨中处的屈服荷载是425kN,开裂荷载是360kN;跨中处开裂弯矩的试验值大于理论值和数值分析计算值,说明应用类似钢筋笼式的绑扎技术制成的预制管廊,结构整体性强,且提高了顶板、底板和侧墙的抗弯变形能力,可减少产生裂缝的几率;管廊四周腋角处钢筋的设置使得结构跨中的承载力提高了20%～30%,对管廊跨中结构起到了很好的加固作用,但增加过多腋角钢筋对提高承载力及减少裂缝产生的作用不明显。     

基于移动可变形组件法(MMC)的运载火箭传力机架结构的轻量化设计

传力机架是运载火箭箭体与发动机连接的关键部件,负责将发动机推力载荷有效的传递至箭体,其结构的轻量化设计不仅可以保障火箭发动机的推重比、提高火箭的稳定性,还可以为我国未来可重复使用式火箭的研究提供一定的参考.本文在移动可变形组件(moving morphable component, MMC)的框架下,提出了一种解决传力机架结构轻量化设计的方法.在该方法中,机架结构的拓扑通过一组具有显式几何信息的组件来表示,这使最终优化布局可以被少量的设计变量所描述.通过分析传力机架结构设计的特点和要求,以刚度最大化为目标,体积分数(保证结构重量)为约束,建立了基于MMC显式拓扑优化方法下的问题列式.同时搭建了可对工程中传力机架结构轻量化设计的平台,并进行相应结构的拓扑优化.在两种载荷工况(即零位状态和摇摆状态)作用下,最终优化结果在中间推力载荷区域与锥段相连位置之间,所形成的较大翼板结构增强了传力机架的抗弯能力.通过与传统机架结构的对比,证明了本文所提出方法在传力机架结构轻量化设计方面的有效性.     

八节点等参边界元在复杂结构细部“未开裂应力”计算中的应用

本文研究八节点等参边界元在海洋工程结构强度分析中的应用,着重进行复杂结构细部断裂分析或疲劳寿命估算时“未开裂应力”的计算。文章通过厚壁圆筒和十字型管状节头计算某些“未开裂”处的应力分布,作为裂纹体模型的“未开裂应力”,研究表明:采用八节点等参边界元,即使划分很少的单元和选用很少的节点其计算结果的精度还是令人满意的,本文还讨论了有效的奇异积分的数值处理方法。     

结构强度在线分析的光电复合法

本文将电测方法与光弹性方法结合在一起,导出了应用读数应变εd就可以获取准静态情况下结构的载荷P,危险截面位置和最大应力峰值σmax(X0Y0Z0)的理论计算方法,从而为结构的在线强度评价提供一种实验分析方法,文中导出的εd-t,P-t,k-t及σ－t诸曲线谱的相关性理论,不仅揭示了εd与未知载荷P,无量纲应力系数K及应力σ之间的关系,更重要的是这种分析思想与计算机技术结合在一起,可以达到设备强度自动报敬警的作用,作为一个实例,作者应用本理论成功地解决了某钢厂热轧线上一个粗轧机机架在线的应力强度评价难题。     

用PDP-DDJ程序计算剪切机机架

本文以机架的受力分析出发,根据不同的工况,选取了较为接近实际的力学模型,并利用PDP-DDJ结构分析程序,对机架进行了有限元分析。计算结果为设计者提供了大量数据,并找到了机架的薄弱环节。文后提出了改进方案,改进后的结构与日本某厂的液压废钢剪切机机架非常相似,而且此方案设计的重量减轻了20％,经济效益十分明显。     

冲击作用下复合材料叠层板层间开裂演化模型

采用双线性特性破坏模型研究了复合材料叠层板层间开裂裂纹的演化, 通过引入弹性/剪切模量的损伤参数, 推导出损伤参数与应变之间的微分方程, 并得到裂纹耗散功率与损伤参数变化率之间的关系. 计算不同初始冲击速度下复合材料叠层板某界面上应变、应变率响应以及损伤参数的演化, 即可得到该界面发生层间开裂的情形及其对剪切模量的影响.通过检查界面各点处的损伤参数是否发生改变, 预测了冲击完成之后复合材料叠层板第1, 2层之间发生层间开裂区域的大小与位置; 该预测结果与实验数据及其他破坏准则计算结果基本相符. 计算结果表明, 在冲击过程中当界面上任意点处的剪应力超过剪切强度后, 该点附近的剪切模量开始发生衰减, 衰减大小随铁球初始冲击速度的增大而增大, 并从靠近冲击中心的位置逐渐向周围递减. 在四边简支边界条件下, 复合材料叠层板的层间开裂区域同样最先出现在界面中靠近冲击点的位置, 区域面积随初始冲击速度的增大不断扩大. 当初始冲击速度足够高时, 第1, 2层界面的两条对称轴上开始出现多个独立的开裂区域.      

不同加载速率下玄武岩三点弯断裂性能及破坏形貌的试验研究

对不同加载速率下的玄武岩展开了三点弯断裂试验研究,探讨了荷载-位移曲线变化规律及裂纹扩展机理,分析了试样断裂面粗糙度系数随加载速率及开裂荷载的变化关系。结果发现:当加载速率在0.005～5mm/s范围内增加时,试样的断裂峰值荷载有增大趋势,而最大位移有不同程度减小,荷载-位移曲线的弹性阶段明显突出,上凹阶段与裂纹失稳扩展阶段有所隐退。裂缝扩展高度一定时,开裂荷载随加载速率的增加而增大,且断裂面粗糙度系数与加载速率呈显著的对数函数递减趋势;而加载速率一定时,开裂荷载随裂缝扩展高度的增加而增大。试样不同高度处的开裂荷载与断裂面粗糙度系数呈明显的幂函数递减关系。     

具有振动边界自激系统的混沌行为

鉴于初轧机轧制过程中振动的非线性和边界可动,本文建立了轧机轧制过程中主传动系统的扭转自激振动模型,通过对所建模的研究表明,该系统具有多种非线性振动模式,且在近共振区出现了混沌行为,这为分析,诊断及控制这一具有混沌行为为系统的振动提供了理论依据。     

二硫化钼齿轮油膏在轧钢设备上的应用

我厂从1979年开始在轧钢机辅助设备的减速机和伞齿轮传动箱中应用二硫化钼齿轮油膏润滑,代替油浸式稀油润滑,取得了良好的效果。应用的设备有:加热炉4.5吨推钢机的цо-50减速机,轧机压下传动A600减速机,轧机前后拔钢机的PM500减速机,轧机前后摆动台的цо-45减速机,轧机前辊道的ZQ650减速机,精整运输辊道PM500减速机,冷床拉钢     

共晶基陶瓷复合材料的断裂韧性

应用细观力学方法研究了由具有随机尺寸和方位的棒体共晶体构成的共晶基陶瓷复合材料的断裂韧性.首先根据棒状共晶体的细观结构特性,考虑共晶体边界处的微观滑移确定共晶陶瓷复合材料的开裂应力,当外载荷达到开裂应力时,裂纹开始扩展.然后分析裂纹表面处的棒状共晶体桥联力使裂纹产生闭合效应,减小裂纹尖端的应力集中,建立棒状共晶体桥联增韧机制;再依据棒状共晶体拔出过程中摩擦力做功,建立棒状共晶体拔出增韧机制.最后在棒状共晶体的桥联与拔出增韧机制的基础上,得到了共晶基陶瓷复合材料断裂韧性的理论表达式.结果表明共晶基陶瓷复合材料的断裂韧性与棒状共晶体的长径比密切相关.     

某小口径报废弹药销毁适用性研究

随着弹药武器装备的更新换代,以及大量库存弹药接近或超过储存年限,部队报废弹药销毁任务量越来越大,伴随出现的事故也越来越多,从而对报废弹药销毁的安全性要求也越来越受到重视.本文从炸药装药爆炸能量出发,以某小口径弹药为例,通过计算破片和装药爆炸冲击波对炉壁的作用,分析研究该种报废弹药的销毁适用性.本文的研究成果,能够为部队小口径弹药销毁设备的研制和改进提供一定的理论支撑.     

岩石圆盘径向压缩破坏的Voronoi子块体单元DDA方法模拟

非连续变形分析(DDA)方法是计算离散可变形块体系统力学行为的数值计算方法，可通过子块体单元DDA方法模拟岩石的开裂破坏。考虑到Voronoi多边形颗粒与细观尺度下岩石矿物晶粒形态的相似性，提出一种基于随机圆的Voronoi颗粒单元模型生成方法；并通过完整及带预制裂纹岩石圆盘径向压缩破坏的模拟，验证岩石破裂问题Voronoi子块体单元DDA模拟方法的适用性。结果表明，当子块体单元数较小时，圆盘表现出更高的整体强度；随着子块体单元数的增大，起裂处位置更接近真实，开裂破坏路径更清晰；子块体单元数较大时不同倾角预制裂纹圆盘破坏的模拟结果与实验结果高度吻合，并能有效反映圆盘中心加工小孔对开裂破坏路径的影响。使用Voronoi子块体单元DDA方法能够有效模拟岩石的开裂破坏过程，为进一步开展基于Voronoi颗粒单元模型的岩石开裂破坏模拟创造了条件。     

FRP加固钢筋混凝土梁界面开裂分析

应用理论分析及有限元模拟和模型试验相结合的方法分析了FRP加固钢筋混凝土(RC)梁界面的开裂破坏规律。研究结果表明:FRP加固RC梁界面开裂可以应用断裂力学的方法解析,理论分析结论与有限元模拟结果一致。在FRP的剥离角度较大时界面是Ⅰ型和Ⅱ型混合开裂;同时考虑到混凝土剪切裂缝上下错动的尺寸与构件的尺寸相比很小,FRP-RC梁界面主要表现为Ⅱ型断裂。界面的应力强度因子随着加载的增加分为三个发展阶段,分别以混凝土开裂和钢筋屈服为分界点,界面的临界应力强度因子约为5.91MPa·m0.5。并结合试验给出了FRP的极限剥离应变,在工程应用中控制FRP应变在剥离应变以内可以有效地避免界面开裂破坏的发生。     

粉煤灰及SAP对喷射混凝土早龄期开裂损伤影响

为系统研究粉煤灰、吸水保水剂(SAP)对喷射混凝土早龄期开裂损伤的影响,以掺入了粉煤灰、SAP的喷射混凝土为研究对象,对喷射混凝土的早龄期开裂损伤进行平板法试验研究。完成了各种试件的早龄期开裂损伤测试,研究了粉煤灰对喷射混凝土以及SAP对掺入20%粉煤灰喷射混凝土的早龄期开裂损伤的改善作用。试验结果表明,掺粉煤灰等量取代10%、20%水泥后,喷射混凝土的早龄期开裂损伤与基准喷射混凝土相比分别减小约7.2%和26.8%。掺0.25%SAP和0.5%SAP可以使20%粉煤灰掺量喷射混凝土的早龄期开裂损伤与基准喷射混凝土相比分别减小约57.9%和66.50%。因此,掺粉煤灰可有效地降低喷射混凝土早龄期开裂损伤,且在掺加粉煤灰的基础上再掺加适量的SAP效果会更佳。     

用聚四氟乙烯软带贴面法修复BQ2020六米龙门刨导轨

我厂大型机床BQ2020六米龙门刨床的导轨两次严重拉伤。第一次于1981年2月,拉伤断续总长5.910mm,最宽处20mm,最深处1.35mm。第二次于1983年8月,在其它部位又发生拉伤,断续总长3400mm,最宽处20mm,最深处2mm。两次都用AR-5耐磨胶粘补,并经刮研后使用。但这样严重的拉伤很可能使机床报废,给国家带来重大损失。因此在1984年底对该机床导轨进行了专门修理。