基于板理论的层级褶皱结构失效模式分析

本文基于弹性板理论和夹层板理论对二级层级褶皱结构失效模式进行了分析。通过对基本构件进行受力分析得到了载荷与结构变形之间的关系。根据6种失效模式的定义,从极限载荷或极限应力角度出发,分析了在压缩载荷和剪切载荷工况下的各种失效模式,给出了结构单胞对应的等效正应力和等效切应力表达式。由最小失效强度得到了各失效模式之间的占优关系,并构建了失效机理图来阐释这一机制。最后通过与有限元分析结果比较,分析了本文公式的精度,与数值解吻合较好。     

层级褶皱结构夹层板的等效弹性常数

针对二级层级褶皱结构夹层板,通过变形协调研究了其等效弹性常数。首先对一级层级褶皱结构进行正交各向异性等效,得到一级等效弹性常数;将二级层级褶皱结构看成是由正交各向异性材料组成的三角形桁架夹心,将二级层级褶皱结构等效为均匀连续正交各向异性板,依据夹层板面板与夹心变形协调特点得到夹层板整体等效弹性常数。结合结构几何参数对等效公式的误差进行了讨论,并对等效公式做出修正。通过与数值分析结果对比,表明本文提出的等效公式具有较高精度。     

基于多层级LSTM的铝板缺陷检测

铝板因其优良的抗疲劳性和延展性广泛应用于航空航天和建筑等领域.然而在生产过程中,由于外部环境、操作工艺等的限制往往会产生各种各样的缺陷,从而影响其力学性能,例如会降低铝材料的强度、延展性和韧性等,导致其使用寿命的缩短.在单次发射和接收超声波的情况下,论文提出了多层级长短期记忆(long short-term memory, LSTM)神经网络的方法,用于辅助检测铝板的夹杂(气泡)缺陷.利用有限元软件COMSOL Multiphysics模拟含有夹杂缺陷的铝板中超声波的传播过程,导出含有缺陷信息的波形数据,通过训练波形数据,得到可以反映波形数据与夹杂缺陷大小和位置关系的网络模型.此外,该模型采用硬投票的方法以缓解网络训练过程中繁杂的参数调整问题,提高了检测结果的可靠性.结果表明:夹杂缺陷半径检测的准确率超过了98%,夹杂缺陷深度检测的准确率达到1,夹杂缺陷横坐标位置检测的准确率超过95%.为LSTM神经网络应用于超声无损检测提供了借鉴.     

杆系结构静强度和疲劳失效机理及可靠性分析

根据疲劳载荷造成的疲劳累积损伤对结构极限承载力的影响情况,讨论了结构系统承载能力的可靠度计算方法,分析了结构系统中每一个单元在静载和疲劳载荷作用下的两种失效模式,并考虑了二者之间的相关性对该单元可靠性的影响,具体分析了结构系统在这两种载荷作用下的失效机理,给出了在这两种载荷作用下结构系统的可靠性分析方法. 算例表明,在不同的使用年限内,静载和疲劳载荷对结构系统可靠性的影响是不同的;在结构系统主要失效路径中既有单元静强度失效又有单元疲劳失效,这是符合结构系统使用真实情况的.     

等离子喷涂层接触疲劳失效模式及失效机理的研究

研究了等离子喷涂层在不同应力水平下的接触疲劳失效模式与声发射幅值的对应关系,并分析了涂层的接触疲劳失效机理.结果表明:声发射幅值与接触应力的大小无明显的关系,根据疲劳失效时的声发射幅值可以判断涂层接触疲劳失效模式,幅值为87～93 dB时易发生剥落或分层失效,幅值为78～83 dB易发生点蚀失效.涂层表面微凸体与轴承球滚压接触产生黏着磨损以及涂层、磨粒、轴承球三者形成的三体磨料磨损是点蚀失效产生的主要原因.剥落失效主要与涂层表面微观缺陷处裂纹的萌生、扩展以及表面磨损行为有关.层内分层失效是由涂层内部最大剪切应力控制的,而界面分层失效主要是由涂层与基体的低结合强度、热失配以及界面剪切应力造成的.     

空间充气薄膜结构的褶皱分析

引入一个表征褶皱在纹理方向收缩特性的参数``收缩系数'来替代泊松比参与计算褶皱形变,并联合褶皱产生时的应力条件和褶皱特性,实现了对空间充气薄膜结构的褶皱分析,得到了褶皱存在时的充气薄膜结构的应力场和变形. 分析中重点讨论了``收缩系数'与泊松比的关系,并讨论了引入``收缩系数'约束变形后的变形协调条件. 将两维的褶皱分析方法拓展应用到三维充气结构的褶皱分析中,分析了充气管的弯皱变形,得到了临界皱曲和极限弯矩随结构及力学参数的变化规律. 通过简单的褶皱试验,定性地分析了褶皱的形变特性并与分析结果进行了比较验证,结果一致.      

薄壁结构多层级并发加筋拓扑优化研究

新一代航天装备的主承力薄壁舱段在追求极致轻量化的同时,还具有更高的刚度和抗屈曲等设计指标.传统结构形式和设计方法难以满足轻质高承载的设计要求.为此,本文提出了一种薄壁结构多层级并发加筋拓扑优化方法,通过构建主层级稀疏加筋和次层级密集点阵增强结构整体和局部力学性能,扩展结构设计空间,有效提升材料利用率.其中,主层级加筋布...     

空间薄膜阵面结构褶皱的实验研究

阵面薄膜上的褶皱会显著影响航天器性能,褶皱控制也是薄膜航天器研发的难点。本文采用白光扫描技术,测试了一个正方形薄膜阵面结构在纯剪切作用下的褶皱特性。测试结果显示,随着剪切力的增大,结构膜面褶皱数增加,褶皱幅度增大,膜面平整度降低。随着膜面预应力的增大,膜面上的褶皱数略有增大,褶皱幅度有所减小,膜面平整度有所提高。测试结果还显示,膜面上粘结缝的存在、以及粘结缝与剪切力间的方位关系对膜面褶皱有复杂的影响。论文所得结论对薄膜阵面结构设计研发具有参考价值。     

空间薄膜结构的褶皱形变预测

空间充气结构技术是一项全新的空间结构构建技术,基于该技术的空间充气结构是未来空间任务的主要需求对象．该结构主要由薄膜构成,因此结构形面精度的保持是关键问题．褶皱是薄膜特有的现象,它的存在会严重影响结构形面精度,因此进行褶皱研究很有必要．根据屈曲理论联合薄膜褶皱的实际构型建立了薄膜结构褶皱的预测模型,分析了矩形平面薄膜受面内水平剪切情况下的褶皱,得到了褶皱幅度和褶皱波长以及薄膜结构产生褶皱时的临界压缩应力,通过与已有文献结果及本文实验结果的比较验证了该分析方法的有效性和结果的正确性．     

基于摄影测量法的薄膜褶皱实验研究

采用非接触式的测试方式摄影测量法对薄膜褶皱进行了实验研究.建立了剪切薄膜褶皱的分析模型,并基于摄影测量法对该模型的褶皱变形模式进行了实验研究.摄影测量法是通过对不同角度上相机拍摄到的同一靶点的图像信息进行处理,可以得到相应靶点的三维坐标,从而实现对微小变形的非接触式的测量.通过摄影测量法得到了剪切薄膜褶皱的变形模式.实验研究表明,在剪切距离增大的情况下薄膜褶皱的数量保持不变,但是褶皱面外变形幅度随着剪切距离的增加而增大.试验结果与数值分析结果具有相关性,摄影测量法适合于薄膜结构微小面外变形的非接触式测量.     

波纹管式抛撒系统能量转换装置动态响应分析

摘要：采用LS-DYNA非线性动力学有限元程序,对某抛撒机构中的能量转换核心装置—波纹管在均布内压作用下的动态膨胀过程进行了数值分析,获得了波纹管动态响应规律;系统的考察了各种因素对波纹管的变形模式及其应力应变变化规律的影响;模拟了波纹管在内部压力和外围子弹群等共同作用下的耦合变形运动过程,对内弹道抛撒全过程进行了模拟,获得了波纹管耦合变形规律和子弹抛撒特性。模拟计算结果与试验现象基本一致。     

Stability of a linear second order system under random parametric excitation

Summary The stability of a linear second order system with small, random, Gaussian parametric excitation will be investigated. It will be shown that if the spectrum of the parameter variation is continuous near twice the natural frequency of the system, stability in mean square is only dependent upon the value of the spectral density at this part of the spectrum.

---

Übersicht Es wird die Stabilität eines linearen Systems zweiter Ordnung mit kleiner, zufälliger, gaußischer Parametererregung untersucht. Dabei zeigt sich, daß die Stabilität im quadratischen Mittel nur von dem Wert der Spektraldichte in der Nähe der doppelten Eigenfrequenz des Systems abhängt, sofern das Spektrum der Parametererregung in diesem Bereich stetig ist.

     

Mechanical analysis of second order helical structure in electrical cable

A new model for calculating the response of electrical cables to bending has been developed accounting for multi-order helical structure and frictional effects. Stresses occurring in wires and the number of slipping wires were suggested as key properties in terms of expectation of cable life time. The model was applied to chosen cables and the magnitudes of the mentioned key properties were calculated. Parametric study was also done to investigate how these values are affected by changing the properties of the cable. It has been shown that increasing the pressure from jacket or insulation material causes larger stress while it prevents the slippage of wires. Applying a tensile force to the cable produces the same result, whereas using larger lay angles for both conductors and wires decreases internal stress and prevents the slippage.     

Mechanical properties of crosslinks controls failure mechanism of hierarchical intermediate filament networks

Intermediate filaments are one of the key components of the cytoskeleton in eukaryotic cells, and their mechanical properties are found to be equally important for physiological function and disease. While the mechanical properties of single full length filaments have been studied, how the mechanical properties of crosslinks affect the mechanical property of the intermediate filament network is not well understood. This paper applies a mesoscopic model of the intermediate network with varied crosslink strengths to investigate its failure mechanism under the extreme mechanical loading. It finds that relatively weaker crosslinks lead to a more flaw tolerant intermediate filament network that is also 23% stronger than the one with strong crosslinks. These findings suggest that the mechanical properties of interfacial components are critical for bioinspired designs which provide intriguing mechanical properties.     

拉伸荷载下分支裂隙破坏机理研究

为研究拉伸荷载下分支裂隙对破坏模式的影响,保持主裂隙参数不变,改变分支裂隙倾角和长度,利用扩展有限元方法模拟了弯折裂隙的动态扩展,总结了分支裂隙参数变化对破坏模式的影响.利用ABAQUS中的轮廓积分计算了分支裂隙尖端应力强度因子,并根据最大周向应力准则计算起裂角.结果表明:拉伸荷载下分支裂隙出现三种破坏模式;分支裂隙倾...     

Influence of a strong discontinuity on the propagation of second order discontinuities

We study the propagation of second order weak discontinuities in quasi-linear hyperbolic systems of equations with discontinuous coefficients. The general theory is applied to shallow water waves.     

嵌锁式CFRP方形蜂窝夹芯梁低速冲击响应及失效机理

采用嵌锁组装工艺制备了碳纤维/树脂基复合材料方形蜂窝夹芯梁,实验研究了低速冲击载荷下简支和固支夹芯梁的动态响应及失效机理,获得了不同冲击速度下夹芯梁的失效模式,分析了其损伤演化过程和失效机理,探讨了冲击速度、边界条件、面板质量分布以及槽口方向等因素对夹芯梁破坏模式及承载能力的影响。研究结果表明,芯材长肋板槽口方向对夹芯梁的失效模式有较大影响,槽口向上的芯材跨中部分产生了挤压变形,而槽口向下的芯材跨中部分槽口在拉伸作用下出现了沿槽口开裂失效,继而引起面板脱粘和肋板断裂;同等质量下,较厚的上面板设计可以提高夹芯梁的抗冲击能力,冲击速度越大,夹芯梁的峰值载荷和承载能力越高;固支边界使得夹芯梁的后失效行为呈现出明显的强化效应,在夹芯梁跨中部分发生初始失效后出现了后继的固支端芯材和面板断裂失效模式。     

高速冲击载荷下梯度金属泡沫夹芯梁的动态响应与失效

采用泡沫弹冲击加载实验对梯度金属泡沫夹芯梁结构开展了不同冲击强度下的动态响应和失效研究,分析了由三种不同密度泡沫铝组成的等面密度的五种不同梯度的夹芯结构在夹支边界条件下的抗高速冲击性能,结合三点弯曲实验,研究梯度效应对夹芯结构抗冲击性能的影响。研究表明：密度梯度对结构的失效过程和失效模式有着明显的影响,且夹芯梁结构的初始失效模式对结构整体响应和主要的能量吸收机制起着主导作用;当冲击条件不足以使得均质芯材发生压缩时,均质及负梯度夹芯结构初始失效模式为整体弯曲变形,低强度芯层位于前两层的梯度结构随着冲击强度的变化出现不同程度的局部芯层压缩;当冲击强度较低时,梯度结构通过丰富的局部失效表现出明显优于均质结构的抗冲击变形能力;当冲击强度大于临界值时,均质结构具有更好的抗冲击变形能力。通过合理地设计密度梯度实现逐层压缩吸能,能够有效的提升防护结构的抗冲击性能。