表面粗糙度对TC4钛合金柱壳剪切带形成的影响

剪切带是材料在高应变率加载条件下特有的变形和损伤形式之一,关于影响金属材料中剪切带形成的敏感性因素及其机理的研究,一直是科学研究和工程设计中关注的重点问题. 在柱壳高速坍塌过程中,剪切带优先在内表面形核, 其形核及扩展行为受内表面介观状态的影响显著.本文采用爆轰加载厚壁圆筒坍塌实验技术,结合材料表面处理技术、微结构表征技术和剪切带理论模型分析,研究了内表面粗糙度变化对TC4钛合金柱壳剪切带形成影响的细观动力学规律.结果表明, 在爆炸加载形成的高应变率条件下,表面粗糙度对TC4钛合金柱壳中剪切带形成具有明显影响. 在相同的变形条件下,随着试样内表面粗糙度的增大, 剪切带数量、长度和形核速率均增大;表面粗糙度越大, 部分剪切带扩展速率越快, 剪切带长度差异越大,剪切带的屏蔽效应增强. 分析表明,实验获得的剪切带间距与W-O模型和M模型预测结果基本吻合,具体数值受试样内表面粗糙度影响, 随着表面粗糙度的增大,实验结果逐渐小于预测数值.      

层间剪切带工程地质专家系统知识模型的建立

层间剪切带工程地质专家系统是一个专门对层间剪切带工程地质问题进行研究和评价的实用型专家系统。本文介绍了为研制该系统而建立起来的领域知识结构模型, 该知识模型是在总结、归纳该领域三位著名专家的知识和经验的基础上建立起来的, 是专家系统知识表达及推理策略的基础。     

边坡稳定的剪切带计算

为了解决边坡稳定分析中剪切带有限元网格的依赖性问题,采用梯度塑性理论,从本构关系中引入特征长度入手,建立计算模型。提出了一种8节点缩减积分的梯度塑性单元,并采用梯度塑性理论推导了Drucker-Prager屈服准则的软化模型的有限元格式,在ABAQUS中进行了二次开发,嵌入了本文提出的8节点单元和本构模型,并用ABAQUS软件进行了边坡剪切带的计算。计算结果表明,本文提出的方法消除了经典有限元计算的网格依赖性问题,可以得到与单元剖分无关的稳定的剪切带宽度。本文所提出的方法可适用于其他场合的剪切带计算。     

试样形状对轴承钢绝热剪切带微观组织的影响

绝热剪切带(ASB)的微观组织受试样几何形状的影响。对圆柱、帽形和剪切压缩型三种不同形状的试样进行分离式霍普金森压杆高速冲击试验,研究试样形状对轴承钢绝热剪切带的形成和微观组织的影响。结果表明,在应变率为1 800～3 100 s^-1的范围内,材料对应变率的敏感性很低。圆柱试样呈现明显的应变硬化,而帽形试样和剪切压缩型试样(SCS)在不同应变率下分别出现应变硬化和无应变硬化的特征,但流变应力并未因应变硬化而提高。试样形状对ASB的微观形貌和组织有很大影响。圆柱试样上产生了窄且细长的ASB,只发生了应变诱发的晶粒细化,属于形变ASB;帽形试样和SCS则形成大片状的ASB,由等轴晶组成,且发生了体心立方体(BCC)马氏体转变为面心立方体(FCC)奥氏体的相变,属于相变ASB。尤其是SCS中ASB的等轴晶,有非常清晰的晶界,是典型的动态再结晶晶粒。温升计算结果显示,圆柱试样ASB的温升远低于奥氏体相变温度,而帽形试样和SCS的温升高于马氏体的熔点,导致局部熔融。     

约束层对金属柱壳膨胀变形影响的数值模拟

对金属铝和硬质聚氨酯泡沫组合的约束层对45钢柱壳膨胀断裂性能的影响进行了数值模拟,得到三种约束条件下45钢柱壳在膨胀过程中表面的速度和位移历史剖面,对比分析了在约束层作用下45钢柱壳膨胀变形动态行为。利用高速分幅相机及中能X光机获得了多个时刻45钢柱壳的动态图像和柱壳膨胀后的工程应变,实验结果与数值模拟结果吻合。结果可对爆轰加载下约束层对45钢柱壳膨胀变形的物理规律进行定量认识。

     

层间剪切带粒度分形几何特征及工程地质意义

本文对分形几何方法表征土的粒度组成加以了补充, 并用它来描述和表征层间剪切带的粒度组成, 据此将其划分为五个类型。在此基础上较为深入地阐述了其工程地质意义, 并着重讨论了用它来识别层间剪切带所遭受的构造变形破坏程度、演化阶段问题等。     

非晶合金剪切带动力学行为研究

剪切带是一种材料塑性变形高度局域化的变形模式,广泛存在于非晶体系的形变中,控制着这些无序体系失稳、灾难性断裂行为.传统的非晶体系如岩石,胶体,玻璃和聚合物等因较差的力学性能以及过于复杂的结构而不利于剪切带的实验研究.近几十年来,非晶合金的出现极大丰富了剪切带的研究,推进了对剪切带的认识.通过大量非晶合金中剪切带的实验和理论研究,人们发现剪切带行为具有空间不均匀性和时间不连续性的特征,表现出复杂的动力学特征,和自然界以及物理系统中许多复杂体系的动力学行为相似.同时,剪切带的性质尤其是其动力学行为对非晶合金的宏观力学行为和性能有重要的影响,对理解这类材料的微观变形机理也起着重要的作用.本文结合团队近年来在非晶合金剪切带行为方面的研究结果,对剪切带的运动行为和物理机制进行介绍,包剪切带间歇性运动行为、以及间歇性运动在表征其动力学性质中的作用以及物理机制,以及剪切带的自组织临界行为、物理机制等.最后对非晶合金剪切带行为研究中亟需解决的问题进行了总结和展望.     

非晶合金剪切带动力学行为研究

剪切带是一种材料塑性变形高度局域化的变形模式,广泛存在于非晶体系的形变中,控制着这些无序体系失稳、灾难性断裂行为.传统的非晶体系如岩石,胶体,玻璃和聚合物等因较差的力学性能以及过于复杂的结构而不利于剪切带的实验研究.近几十年来,非晶合金的出现极大丰富了剪切带的研究,推进了对剪切带的认识.通过大量非晶合金中剪切带的实验和理论研究,人们发现剪切带行为具有空间不均匀性和时间不连续性的特征,表现出复杂的动力学特征,和自然界以及物理系统中许多复杂体系的动力学行为相似.同时,剪切带的性质尤其是其动力学行为对非晶合金的宏观力学行为和性能有重要的影响,对理解这类材料的微观变形机理也起着重要的作用.本文结合团队近年来在非晶合金剪切带行为方面的研究结果,对剪切带的运动行为和物理机制进行介绍,包剪切带间歇性运动行为、以及间歇性运动在表征其动力学性质中的作用以及物理机制,以及剪切带的自组织临界行为、物理机制等.最后对非晶合金剪切带行为研究中亟需解决的问题进行了总结和展望.     

平片激振对分离剪切层的影响

实验研究了从前缘加入周期性扰动，对一个楔形体模型形成的含回流的分离剪切层影响问题，实验雷诺数Ｒｅ＿ｃ＝６．６７×１０￣５．揭示了含回流的分离剪切层在未激振与激振状态下峰值中心频率的演化特征；探讨了分离剪切层局部响应频率与激振基本频率的关系。研究表明：激振作用改变了分离剪切层峰值中心频率向下游的演化过程，增加了湍流脉动强度和湍流混合，加快了分离剪切层增长，致使剪切层中心线下弯，从而分离剪切层再附或分离泡缩短。     

孔隙率对复合材料层压板层间剪切力学性能影响研究

针对两种复合材料典型铺层,以试验的方式对4种不同孔隙率级差的层压板结构的层间剪切力学性能进行研究。分别对层压板结构的0°和90°方向取样,测试了层压板结构的0°和90°方向的层间剪切力学性能。基于试验结果量化分析了孔隙率与层压板结构层间剪切力学性能之间的关系。分析发现,在孔隙率为1.7%～2.3%之间,层间剪切强度下降最快;取样方向对试验件的层间剪切强度影响很小;厚度越大,层间剪切强度受孔隙率的影响越小。     

圆柱壳体的曲率半径对表面裂纹应力强度因子的影响

本文探讨了含周向内、外半椭圆表面裂纹圆柱壳体的曲率半径对其应力强度因子K_1的影响.主要内容包括三个部分:1.用光弹性法测定了含周向半椭圆表面裂纹圆柱壳的应力强度因子.2.用焦散线法测定了含周向半椭圆表面裂纹圆柱壳体的应力强度因子.3.拟合出了曲率修正因子F_c的近似计算公式.文章给出的结果与已有的理论结果吻合.曲率修正因子F_c的近似计算公式在给定的范围内能够满足工程上的需要.     

SURFACE EFFECT ON NANOSIZED VOID GROWTH IN A RIGID-PERFECTLY PLASTIC MATERIAL

The influence of the surface effect on the nanosized spherical void growth in a rigidperfectly plastic material is analyzed and the mechanism of the nanosized void growth with high triaxiality is given. Based on the Rice and Tracey model for a macro void growth, the present model is proposed to account for the nanosized void growth under a uniform remote strain rate field with consideration on the surface effect. It is concluded that the surface effect yields an evident resistant influence on the nanosized void growth. That is, this influence decays as the void radius increases. With high triaxiality, the nanosized void growth is divided into two stages： the initial stage and the mature stage. At the first stage, the void grows slowly and the influence of surface effect is relatively weak, whereas at the second stage, the influence is significant and the void grows drastically.     

层合圆柱壳体表层局部分层屈曲及其扩展

应用能量法研究了对称铺层的闭合圆柱形层合壳体的表层局部分层屈曲问题;表层分层形式有三角形、椭圆和双纽线;分析了母层壳、子层壳的几何参数、物理参数同分层屈曲临界应变值之间的关系;给出了子层分层为椭圆的分层扩展的可能发生方向.     

ANALYSIS OF SOUND RADIATION FROM THE RING－STIFFENED CYLINDRICAL SHELL COATED WITH VISCOELASTIC LAYER IN FLUID MEDIUM

The Donnell theory of shell is applied to describe shell motion and layer motion is described by means of three-dimensional Navier equations. Using deformation harmonious conditions of the interface, the effects of stiffeners and layer are treated as reverse forces and moments acting on the cylindrical shell. In studying the acoustic field produced by vibration of the submerged ring-stiffened cylindrical coated shell, the structure dynamic equation, Helmholtz equation in the fluid field and the continuous conditions of the fluid-structure interface compose the cou-pling vibration equation of the sound-fluid-structure. The extract of sound pressure comes down to the extract of coupling vibration equation. By use of the solution of the equation, the influences of hydrostatic pressure, physical characters and geometric parameters of the layer on sound radiation are discussed.     

椭圆颗粒在剪切流中旋转特性的数值研究

研究颗粒在流体剪切作用下的运动特性是理解和预测颗粒悬浮流流动行为的关键.当流体的惯性不能忽略时,颗粒的运动往往变得非常复杂.本文采用格子Boltzmann方法对中等雷诺数下椭圆颗粒在剪切流中的旋转运动进行了模拟.首先,研究了雷诺数(0Re 170)的影响,结果表明当雷诺数低于临界值时,颗粒以周期性的方式旋转,角速度最小时对应的长轴方向随着雷诺数的增大而逐渐远离水平方向,而且这一倾角与雷诺数呈分段线性关系;当雷诺数大于临界值时,椭圆形颗粒最终保持静止状态,且静止时的转角与雷诺数呈幂函数关系,雷诺数越大,转角越小,椭圆的长轴越远离水平位置.其次,研究了椭圆颗粒的长短轴之比α(1α10)的影响,结果表明颗粒旋转的周期与α呈幂函数关系,α越大,颗粒旋转周期越小.此外,当α超过临界值时,颗粒也在水平位置附近保持静止状态,此时的转角与α也呈幂函数关系,α越大,转角越小.研究还发现,当雷诺数较大时椭圆颗粒在旋转过程中会产生过冲现象.     

EFFECT OF TRANSVERSE SHEAR ON FINITE DEFORMATION OF GENERALLY LAMINATED SHALLOW SHELL WITH DOUBLE CURVATURE

Nonlinear equations of equilibrium for the titled shell of rectangular planform undertransverse and inplane edge loads are derived by using the virtual work principle and expressed in termsof a stress function,the transverse displacement and two rotation functions.The sheU is elastically re-strained against rotation.A generalized double Fourier series solution is formulated for nonlinearbending of the shell.The Galerkin technique furnishes an infinite set of simultaneous nonlinear alge-braic equations for the above four variables,which can be truncated to obtain any desired degree of ac-curacy.Numerical results for antisymmetrically laminated angle-ply and cross-ply graphite-epoxydoubly curved panels are presented graphically for the transverse shear effect and various shell parame-ters and boundary conditions.The present results are also compared with available data.     

乘波体压缩面变化对其气动性能影响分析

乘波体是一种利用激波包裹特性获得高升阻比的高速飞行器构型.已有研究中,乘波体气动性能的改善主要依赖于给定源流场条件下的前缘型线优化.本文采用数值优化和计算流体力学模拟为主要手段分析了乘波体压缩面变化对其气动性能的影响,以期有效拓展乘波体的设计空间.主要内容如下:首先给出了一种基于表面局部变形的乘波体设计方法.其次结合运用增量修正参数化方法、计算流体力学分析和微分演化算法构造了乘波体压缩面外形气动优化设计流程,以一种椭圆锥形流场生成的乘波体作为基准构型开展了无黏优化.之后从优化结果中选择升阻比递增的6个典型构型进行前缘钝化处理后,基于N-S方程对其气动性能进行了评估.最后综合依据无黏/黏性计算结果分析了乘波体压缩面变化对其气动性能的影响.结果表明该部分形状的改变对乘波体气动性能影响十分明显,在升力面积不变的条件下,乘波体压缩面形状变化可导致其升阻比出现成倍变化,即使在升力不减条件下,升阻比较基准构型也可获得超过14%的提升.此外,还可导致乘波体相对压心系数出现明显偏移.     

主应力轴旋转对软土塑性变形影响分析

在姜洪伟所提出的软土各向异性弹塑性本构关系基础上，考虑类似于砂土的Ｒ－旋转试验条件，计算了软土由于主应力轴旋转所产生的塑性变形，对不同中主应力比情况下的变形规律进行分析，解释忽略主应力轴旋转影响将使设计偏于不安全的原因。     

EFFECT OF SURFACE CONDITION AND PRIOR PLASTIC DEFORMATION ON X-RAY EFFECTIVE ELASTIC PARAMETERS IN A STEEL AND ITS WELD

The effective elastic parameter (EEP) was determined for three material and surface conditions of ASTM 516 grade 70 steel and found to differ by as much as 19 percent. This difference occurred between data for plate with a machined surface and that for a chemically milled surface.
In these tests, the same EEP appeared to apply for specimens both before and after exposure to yield level strains. This suggests that the X-ray calibration data may be used to determine stresses in welds exposed to yield-level residual strains as long as the appropriate EEP values are used for the weld material and surface condition.