新中国航空事业的先驱者——张阿舟

张阿舟先生是我国著名的航空工程专家、固体力学家、教育家. 在20世纪后半叶,尤其是在新中国工业化初期的艰苦条件下,他面向我国航空工业发展需求,攻坚克难、培养后学,取得了突出成就. 本文全面回顾张阿舟先生的学术生涯, 介绍他在飞机结构强度、结构动力学、工程动力学反问题三个领域的主要学术贡献, 归纳他的治学特点. 文中介绍了张阿舟先生的航空报国情怀,以丰富的事例说明:他在主持新中国第一架飞机静力试验研究中发挥了核心作用, 在开拓我国飞机结构静/动强度等研究领域中发挥了引领作用, 在培养航空、力学领域的优秀人才中发挥了重要指导作用.      

计算固体力学的发展及其在航空航天工程中的应用

本文讨论了计算固体力学发展的基础和背景,并以它在航空航天领域中的应用为例,说明计算力学的应用所带来的益处。还讨论了为进一步发展计算固体力学应深入研究的一些课题。最后简要展望了计算固体力学的发展前景。     

航空专业研究生课《飞机结构强度》教学改革探析

根据《飞机结构强度》课程的特点,以及研究生教学、特别是航空航天专业研究生教学的目的,从教学体系、内容、教学方法以及考核手段的改进等几个方面,进行了《飞机结构强度》教学改革的探索,旨在实现现代教学、适应研究型大学的教学要求,提高教学质量,使学生系统地、全面地认识和掌握航空航天结构的设计思想.     

歼击机进气道结构强度设计方法研究

重点介绍了基于几何非线性和总体-局部(GLOBAL-LOCAL)求解策略的进气道结构强度仿真分析技术,以此技术建立先进的进气道结构强度设计方法。该方法精度高,工程实用性强。该方法对现代歼击机进气道结构设计能够大幅度提高进气道结构强度品质,降低设计成本,提高设计一次成功率。给出了应用实例。     

四种强度准则在高聚物粘结炸药强度分析中的适应性

强度准则是炸药材料破坏力学的重要组成部分,是炸药部件承载能力评估的基础。基于单轴加载技术,设计了圆柱试件的端部约束压溃试验方法,对HMX基PBX和TATB基PBX两种材料进行了复杂应力下的强度失效试验。依据试验边界条件和平均测试结果,利用有限元方法定量分析了试件内部的应力场分布,最后采用最先破坏处的三向主应力数据分析了四种典型强度准则在PBX强度分析中的适应性。就描述精度来看,Mohr-Coulomb准则最优,误差在15%以内,Twin-shear准则和Drucker-Prager准则次之,现常用的Uniaxial-strength准则相对最差。就安全阈度来看,Uniaxial-strength准则最优,两种材料中安全阈度均超过75%,Mohr-Coulomb准则和双剪Twin-shear准则次之,Drucker-Prager准则相对最差。总的来讲,Mohr-Coulomb准则可用于描述HMX基PBX的表观强度上限和TATB基PBX的表观强度下限,Twin-shear准则可用于描述TATB基PBX的表观强度上限。     

固体力学有限元体系的结构拓扑变化理论

本文是文[1]的继续.文[1]提出了杆件系统的结构拓扑变化理论和拓扑变化法本文将这一理论和方法推进到连续体有限元体系;且在此基础上揭示出有限元体系的一个新性质,称为基本位移之梯度的正交性定理,从而给出一套设计敏度的显式表达式,可直接用于计算.     

无烟煤单轴冲击动态强度理论

根据无烟煤破坏以拉应力破坏、张应变破坏和卸载破坏等组合形式为主、压剪破坏出现的几率很 小的特征,提出了无烟煤的压缩膨胀拉伸破坏模型,并在能量平衡原理和断裂理论的基础上,推导了该模型的 动态强度理论计算关系式,确定了动力学参数之间的定量关系。利用导出的强度公式,对无烟煤的抗压强度 进行了计算,计算结果与已有的实验结果较好吻合。这表明,该公式能够用来预测无烟煤在单轴冲击载荷作 用下的极值强度,揭示无烟煤这种多孔隙介质在冲击载荷作用下的破坏机理。     

结构健康监测技术及其在航空航天领域中的应用

对飞行器结构中的裂纹、腐蚀、脱层、材料性能退化及其它损伤进行及时且准确的检测是确保服役飞行器安全可靠运行的必要手段。结构健康监测是确定结构完整性的革命性创新技术,它在飞行器的结构设计、飞行及维护过程中都可发挥重要作用,它的使用可以提高飞行安全性、降低维护成本。本文简要介绍结构健康监测的系统组成、基本原理及关键技术,并通过实例阐述了基于智能层的结构健康监测技术在飞行器上的应用情况。     

强角闪石化橄榄二辉岩的动态拉伸强度实验研究

对强角闪石化橄榄二辉岩的动态拉伸断裂强度进行了实验研究。设计了能在样品中产生持续时间大约为1.5 s拉伸应力脉冲的平板冲击回收实验。通过对回收样品的宏观和微观观察,确定了样品出现拉伸破坏开始阶段以及破坏裂纹的扩展阶段,进而确定了该岩石样品的动态拉伸强度约为265.6~315.3 MPa。同时,基于线弹性近似,导出了在一维应变条件下样品内拉伸应力和作用时间的估算公式。     

预应力对LY12铝层裂强度的影响

通过过盈配合的热装配方法和机械夹紧方法对LY12铝合金平面样品施加了径向预应变,采用平面飞片撞击方法获得了预应力对层裂特性的影响。结果表明:当飞片以500 m/s的速度撞击样品,预应变为0（无预应变）、25110-6、1 10810-6、1 88610-6时,层裂强度分别为1.130、0.935、0.755、0.643 GPa,初始预应力（变）明显降低了LY12铝层裂强度,证实了材料的层裂强度与初始应力状态密切相关,可为以后的非一维平面应变下的层裂研究提供参考。     

一种碳纤维织物增强复合材料应变率相关的各向异性强度准则

为了获得一种碳纤维二维正交平纹机织布增强树脂基复合材料在一维应变状态下的强度准则,在已完成的准静态和动态压缩实验的基础上,拟合出了单轴压缩下三个主方向上的计及应变率的应力-应变关系式,进而得到初始屈服应力和压缩破坏强度与应变率相关性表达式。依据该表达式,得到了该复合材料在一维应变下考虑应变率效应的Tsai-Hill屈服强度和破坏强度准则方程。通过计算,考察了Tsai-Hill屈服强度和破坏强度准则随应变率的变化规律。结果表明,本文中研究的复合材料的强度性能,不但存在应变率效应,而且这种效应是各向异性的。     

动高压加载下锆基金属玻璃强度测量

为了研究Zr₅₁Ti₅Ni₁₀Cu₂₅Al₉金属玻璃的高压强度特性,进行了平靶冲击实验。采用反向碰撞方式,运用DISAR技术测量金属玻璃样品/LiF窗口界面粒子速度剖面,分析粒子速度剖面获得了37~66GPa压力范围锆基金属玻璃的屈服强度和剪切模量。实验结果表明,在上述压力范围金属玻璃的屈服强度和剪切模量均显示出一定程度的压力硬化效应,分析表明金属玻璃冲击加载波阵面剪应力衰减并非由损伤/破坏或温度软化等因素导致。

     

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。     

混凝土抗折动强度及其极值研究

混凝土类不均匀脆性材料的率敏感性主要是由于混凝土的不均匀性造成的,不均匀性使得不同速率的动裂纹发展路径不同,决定了不同速率的抗折动强度不同。基于此,提出混凝土抗折动强度由砂浆与骨料的抗折静强度的加权平均值再加上惯性项组成的代数表达式,并预测混凝土材料在爆炸冲击荷载条件下的极限抗折动强度。最后通过特殊设计的单一菱形净浆骨料三点弯实验, 验证了不同加载速率时破坏裂纹的发展路径及抗折动强度变化规律。     

弹体侵彻带加强筋结构靶的实验研究

以舰船结构为目标,设计了带加强筋的结构靶,并用模拟装药弹体对单层或多层模拟结构靶进行了侵彻实验。根据实验结果,建立了弹体侵彻结构靶板的剩余速度公式。分析了加强筋对靶板破坏模式和弹道参数的影响,对靶板吸收能量的情况进行了分析。结果表明,对于塑性较差的靶板,加强筋的刚度作用是影响靶板能量吸收和破坏模式的主要因素。实验结果对加筋防护结构的设计具有一定的参考价值。     

混凝土类材料动态拉伸强度的微观力学模型

基于水泥砂浆试样动态劈裂拉伸实验,研究了不同加载速率下水泥砂浆材料动态劈裂时的裂纹发 生和扩展规律,提出一个微观力学模型。结果表明,微裂纹惯性是混凝土类材料动态拉伸实验中测量到的动 态拉伸强度随应变率的增加而提高的一种微观机制。     

EPS混凝土的动态劈裂强度和能量耗散

 用分离式Hopkinson压杆对多种聚苯乙烯(expanded polystyrene,EPS)体积含量的EPS混凝土试样进行了动态劈裂实验。提出了描述EPS混凝土劈裂强度与应力率关系的经验公式,该式同时适合于静态和动态应力率,并根据实验结果拟合了系数。分析了EPS含量、粒径大小对劈裂强度和动态增强因数的影响,发现碳纤维能有效提高EPS混凝土的动态劈裂强度,尤其对于小EPS粒径混凝土。此外,还研究了试样的能量耗散随应力率的变化规律,EPS含量增加时,试样的能量耗散随应力率的增加而增加,反应出EPS颗粒具有增韧和吸能效果。     

应用半权函数法计算界面裂纹的应力强度因子

应用半权函数法求解双材料界面裂纹的应力强度因子，得到以半权函数对参考位移与应力加权积分的形式表示的应力强度因子。针对特征值为复数λ的双材料界面裂纹裂尖应力和位移场，设置与之对应特征值为-λ的位移函数，即半权函数。半权函数的应力函数满足平衡方程，应力应变关系，界面的连续条件以及在裂纹面上面力为0；半权函数与裂纹体的几何尺寸无关，对边界条件没有要求。由功的互等定理得到应力强度因子KⅠ和KⅡ的积分形式表达式。本文计算了多种情况下界面裂纹应力强度因子的算例，与文献结果符合得很好。由于裂尖应力的振荡奇异性已经在积分中避免，只需考虑绕裂尖远场的任意路径上位移和应力，即使采用该路径上较粗糙的参考解也可以得到较精确的结果。     

结构中弹性波传播的可视化方法

由于结构中弹性波传播的复杂性，其场量(位移、应变、速度)表达式往往为繁杂、冗长的数学表达式，表达式本身不能直观、形象地表征结构中弹性波的传播特征．本文以杆中纵波传播为例，基于Matlab开发了弹性波传播特征的可视化程序，将杆中纵波传播特性以一种动态、直观、形象的形式展现出来．