水电站蜗壳垫层平面铺设范围的确定原则

目前工程界对如何合理确定水电站蜗壳垫层平面铺设范围尚无统一认识.本文采用三维有限元方法,从座环位移变形、座环抗剪性能、机墩结构位移变形、流道结构承受的扭转力比例四个方面讨论了垫层平面铺设范围的确定原则.研究结果表明,若蜗壳结构问题的主要矛盾是座环和机墩位移变形过大,则平面上垫层末端宜设置在蜗壳135°～180°断面之间;但从改善座环抗剪性能和流道结构受力条件的角度来讲,垫层末端宜设置在蜗壳0°～90°断面之间或270°断面之后.考虑到座环抗剪性能和流道结构受力条件可以通过局部的工程措施予以改善,因此应该优先考虑座环和机墩结构的不均匀变形问题,据此确定蜗壳垫层平面铺设范围.     

垫层对破片冲击起爆带壳炸药影响的数值模拟

将战斗部简化为带钢壳和垫层的炸药组件,用3种不同厚度的材料作垫层,利用非线性有限元软件AUTODYN对高速破片侵彻、引爆带壳炸药的作用过程进行了数值模拟,得到了高速破片冲击起爆带壳带垫层炸药的波后压力剖面。对不同厚度多种材料作为垫层时带壳炸药的冲击到爆轰距离进行了对比分析,结果表明,通过控制垫层的材料和厚度,可以对破片冲击起爆带壳炸药进行有效抑制。研究结果对战斗部破片起爆的防护设计具有指导意义。

     

老化对PP/SSFs导电复合材料结构及 应力松弛性能的影响

导电高聚物复合材料具有柔性好、导电性可调、容易成型及生产成本低等优点,并具有抗静电、电磁屏蔽/吸波、压力/温度敏感性 等特点,可以作为功能材料在诸多领域应用. 但是在加工、储运和使用过程中,由于多种因素综合影响,不可避免发生老化并导致其性能劣化. 通过熔融共混、注塑成型的方法制备不锈钢短纤维(SSFs)填充聚丙烯(PP)导电复合材料,将其进行加速湿热老化和紫外老化,测定应 力松弛曲线以及松弛条件下电阻率变化规律,通过X射线粉末衍射仪分析老化前后结晶度的变化,借助扫描电子显微镜(SEM)观察研究老化前后材 料的微观形貌,并进行能谱(EDS)分析. 研究结果表明,应力松弛曲线有明显的三阶段特征,且湿热老化材料松弛后的应力水平降低. 材料的初始电阻率随填料含量的增加而降低,老化使材料的初始电阻率增大. 由于导电高聚物的压阻效应,使得达到应力松弛起始应力前,即材料在获得特定应力的加载阶段,电阻率随载荷增加显著降低,而在随后 的松弛阶段,材料电阻率则趋于一个稳定值并在较小的范围内波动. SEM/EDS分析结果表明,随着老化时间的延长,试样表面氧元素含量增加,且氧元素含量随距表面深度的增加而减小. XRD分析结果表明,材料的结晶度随填料含量的增加而减小,随老化时间的延长也呈减小趋势. 研究结果可为研究导电高聚物复合材料的老化性能提供实验依据.      

相间交界面对非饱和土应力状态的影响

非饱和土是一种三相多孔介质,不同相之间的交界面尤其是气液交界面的存在直接影响了非饱和土的宏观行为.首先对土中交界面的形式和作用进行了探讨,指出气液交界面对非饱和土的行为有重要影响,并给出了界面功和气液比表面积的表达式.在已有的非饱和土变形功表达式基础上,引入界面能影响,得到了考虑交界面影响的非饱和土自由能方程.利用所得的自由能方程,给出了考虑交界面影响的非饱和土固相和液相相应的应力变量.对考虑交界面面积的液相流动方程进行了探讨,给出了非平衡条件下的土水特征曲线表达式,指出在平衡条件下土水特征曲线中应当考虑交界面面积的影响,传统土水特征曲线是三维关系在吸力-饱和度平面上的投影.将比表面积与土水特征曲线的关系,利用已有试验数据验证了该表达式的合理性.利用界面面积的表达式计算有效应力,将其与已有试验结果进行对比,表明给出的比表面积表达式可很好地反映实际情况.不同于已有现象学研究,本文推导具有严格的理论基础,研究表明完整的有效应力表达式中应考虑土体内部作用力的影响,其不仅包含基质吸力,同时还包含其他形式的作用力,其大小与界面比表面积有关.该表达式为下一步研究界面效应对土体变形、强度和流动特性的研究提供了基础.     

基于多因素的焊接结构疲劳裂纹扩展速率分析

以Donahue等提出的疲劳裂纹扩展速率计算模型为基础,通过引入形状系数、张开比和残余应力等参数,建立了适用于焊接结构的疲劳裂纹扩展速率计算模型,分析了多种因素对焊接结构疲劳裂纹扩展速率的影响规律。结果表明,焊板厚度和焊缝余高的变化均会对焊接结构疲劳裂纹的扩展速率产生影响,在对焊接结构表面形状进行设计时应保有一定的焊缝余高;有效应力比的增大会降低焊接结构疲劳裂纹的扩展速率,且裂纹深度的变化不会改变有效应力比对焊接结构疲劳裂纹扩展速率的影响;残余应力的增大会提高焊接结构疲劳裂纹的扩展速率,且残余应力对疲劳裂纹扩展速率的促进作用随着裂纹深度的增加而增大,在对焊接结构的疲劳性能进行设计时须考虑残余应力对结构性能的影响。     

非平稳温度场影响下混凝土结构的随机徐变应力

大体积混凝土结构的徐变应力受多种随机因素的影响。文中视混凝土结构内部温度场为非平稳随机过程，对此非平稳温度场采用了时域上简化处理的方法。同时，为进一步考虑材料参数（如徐变度、弹模等）随机性的影响，文中将随机有限元法引入到混凝土结构随机徐变应力的计算中，提出了求解随机徐变应力的初应变随机有限元隐式解法。     

随机缺陷对蜂窝结构动态行为影响的有限元分析

通过对胞壁随机移除的蜂窝结构动态变形过程的有限元模拟,分析了随机缺陷对蜂窝结构变形模式的影响,得到蜂窝结构在两个加载方向上的变形模式图及不同模式间转换的临界速度. 对含缺陷蜂窝结构平台应力的研究发现,当变形模式为过渡模式或动态模式时结构平台应力与冲击速度的平方成线性关系. 相同密度下,低缺陷蜂窝结构的平台应力在由过渡模式向动态模式转变的临界速度附近高于规则蜂窝结构,较高的随机缺陷则使蜂窝结构的平台应力在由准静态模式向过渡模式转变的临界速度附近显著下降.关键词:多孔材料,蜂窝,缺陷,平台应力,有限元分析      

航空结构铝合金Ⅰ/Ⅱ复合型断裂的三维弹塑性数值分析

在LC4CS铝合金三维Ⅰ/Ⅱ复合型断裂实验的基础上,对Ⅰ/Ⅱ复合型加载模型进行了细致的三维弹塑性有限元计算,系统分析了不同复合度φ和厚度B对裂纹端部应力场和起裂角的影响.结果表明,对于不同φ和B的试样,周向应力极大值和三维离面约束因子极小值出现在相同的角度;根据最大周向应力准则,在Ⅰ型载荷占主导(βeq＞65.45°)...     

C/C复合材料微观结构对其制动摩擦磨损性能的影响

采用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)等手段研究了基体炭分别为树脂炭和粗糙层热解炭结构的C/C复合材料的微观结构,并探讨了材料的微结构对其制动摩擦磨损性能的影响.结果表明:炭纤维附近的树脂炭被高度石墨化,导致树脂炭样件具有适当、稳定的摩擦系数;树脂炭片层之间存在明显的裂纹,远离炭纤维的树脂炭仍是各向同性结构,容易被剪切力剪断,产生大量碎屑,破坏了摩擦动态平衡,磨损量大是制约其作为优良制动摩擦材料的关键因素.     

模拟正常刹车条件下C／C复合材料的摩擦表面结构分析

采用MM-1000型摩擦磨损试验机评价粗糙层基体炭C/C复合材料在模拟正常刹车条件下的摩擦磨损性能,借助扫描电子显微镜、微区拉曼光谱仪和红外光谱仪分别研究复合材料摩擦表面的形貌、微区石墨化度及其结构,并通过热失重曲线比较摩擦前后复合材料表面在惰性气氛中的升温失重.结果表明:在模拟正常刹车试验时,C/C复合材料的摩擦系数为0.32,线性磨损量和磨损质量损失分别为0.48 μm和2.12 mg;刹车试验后,摩擦表面由纳米级粒子聚集并压制而成,且摩擦表面炭微晶结构发生变化;在暗灰色的摩擦膜区域,炭微晶的R值从摩擦前的0.207升至1.03,而在白色区域,因炭微晶的接触压力提高而发生应力石墨化,R值降至0.084;摩擦表面能够吸附更多水分,即使在惰性气氛下也比未摩擦表面的升温失重大.     

混凝土复合靶结构参数对侵彻过载的影响

混凝土复合靶基体靶板的层数和中间粘结层厚度是复合靶能否模拟单一靶的两个重要影响因素, 利用AUTODYN2D仿真软件, 重点研究了这两个因素对弹体侵彻过载的影响. 首先通过已有的实验和理论公式验证了初始仿真模型和材料参数的合理性. 在此基础上, 通过改变基体靶板的层数和中间粘结层厚度建立了多组侵彻复合靶的仿真算例. 通过弹体侵彻速度、过载曲线的对比, 结果表明: 全尺寸深侵彻过载实验中复合靶能够代替单一靶, 但复合靶中间粘结层的厚度不要大于1/2弹头部长度; 当中间粘结层厚度超过弹头部长度1/2时, 弹体侵彻复合靶过载与侵彻单一靶的偏离程度随基体靶板层数的增加而增大, 上述结论可为实验中构建混凝土复合靶提供参考.     

双分隔板对圆柱体结构流致动力响应影响分析

基于流体计算软件Fluent,对雷诺数Re=150工况下的带双分隔板圆柱体结构流致振动问题进行二维数值模拟,主要分析了折减速度U_r=4.0和U_r=5.0工况下,双分隔板对圆柱体结构近尾流场分布、结构动力响应、流体力系数和频谱特性的影响．研究结果发现：在两种折减速度工况下,分隔板的长度对圆柱体结构的振动响应影响较小．随着双分隔板间距比n₁的增大,圆柱体结构的横流向振幅会逐渐减弱,但当n₁≥0.8时抑制作用会基本失效,并且会激发结构动力响应．同时,双分隔板对圆柱体结构的阻力的抑制效果也会逐渐减弱．然而,仅在U_r=4.0时会对升力产生抑制效果,当0≤n₁≤0.2时较为显著．另一方面,当U_r=4.0时,随双分隔板长度与间距的变化,圆柱体结构的尾流漩涡脱落频率会从单频率模式转为双频率模式．     

斜拉桥索梁锚固区边界条件对结构受力的影响

针对苏通(苏州-南通)长江公路大桥斜拉桥锚箱式索梁锚固结构进行了足尺静载试验,采用空间有限元方法分析实际结构和试验模型锚固区的应力与变形,将试验与计算结果进行比较,验证计算方法的正确性。在此基础上,做了大量仿真计算,详细探讨了索梁锚固结构周围边界条件的不同对结构受力的影响,计算了实际结构在不同约束条件下索梁锚固区的各种应力分布情况,进而得到了一些有益的结论,为今后类似结构试验的设计提供参考。     

三维切口/裂纹结构的扩展边界元法分析

在线弹性理论中,三维 V 形切口/裂纹结构尖端区域存在多重应力奇异性,常规数值方法不易求解. 本文提出和建立了三维扩展边界元法 (XBEM),用于分析三维线弹性 V 形切口/裂纹结构完整的位移和应力场. 先将三维线弹性 V 形切口/裂纹结构分为尖端小扇形柱和挖去小扇形柱后的外围结构. 尖端小扇形柱内的位移函数采用自尖端径向距离 $r$ 的渐近级数展开式表达,其中尖端区域的应力奇异指数、位移和应力特征角函数通过插值矩阵法获得. 而级数展开式各项的幅值系数作为基本未知量. 挖去扇形域后的外围结构采用常规边界元法分析. 两者方程联立求解可获得三维 V 形切口/裂纹结构完整的位移和应力场,包括切口/裂纹尖端区域精细的应力场. 扩展边界元法具有半解析法特征,适用于一般三维 V 形切口/裂纹结构完整位移场和应力场的分析,其解可精细描述从尖端区域到整体结构区域的完整应力场. 作者研制了三维扩展边界元法程序,文中给出了两个算例,通过计算结果分析,表明了扩展边界元法求解三维 V 形切口/裂纹结构完整应力场的准确性和有效性.      

钢纤维掺量对活性粉末混凝土力学性能的影响

通过实验研究了活性粉末混凝土的基本力学性能(抗压强度、劈拉强度和抗折强度),分析了钢纤维掺量对活性粉末混凝土力学性能的影响,拟合得到了抗折强度与劈拉强度之间的关系表达式。在实验分析的基础上,建立了不同钢纤维体积含量活性粉末混凝土受压应力-应变全曲线的数学表达式。研究结果表明：钢纤维体积含量在1.0%～3.5% 之间时,活性粉末混凝土的抗压强度、劈拉强度和抗折强度均随着钢纤维掺量的增加而增大;当钢纤维体积含量超过3.5% 后,活性粉末混凝土抗压强度下降,劈拉强度略有提高,而抗折强度仍有明显的提高。     

ECAP对纯铜循环硬化/软化特性的改变

以纯铜棒材试样为研究对象,通过试验研究1、4、8道次等通道转角挤压(ECAP)后材料的单轴拉压循环行为,探讨ECAP后材料循环特性的变化,得到以下结论:(1)具有循环硬化特性的纯铜进行ECAP挤压后,其循环特性可转变为循环软化;(2)第一道次ECAP挤压对材料循环应力应变响应的强化作用最大,后续道次挤压对强化的效用迅速降低,4道次以后挤压的强化作用似可忽略不计;(3)因循环软化,纯铜经ECAP挤压后的循环应力应变曲线大大低于其单调拉伸应力应变曲线,与未经ECAP挤压的结果相反.论文研究表明,评估ECAP对材料的强化效果需同时考察材料单调加载和循环加载的力学性能.     

SiC/AL板的焊接残余应力分析

SiC/AL功能双材料由陶瓷和金属组成,由于该材料中的SiC具有较高的抗高温能力,AL具有较高的强度,因此在航空构件中得到运用,该双材料中孔洞焊接过程中的残余应力直接影响到双材料的性能。本文采用有限元分析手段中的死活单元技术对焊接过程进行了数值模拟计算,得到了该焊接过程的残余应力分布,并与常用的钢材焊接残余应力进行对比分析。本文同时对采用弹性复变方法和积分方程分析手段得到的焊接残余应力解析解的适用性进行了阐述。     

固化温度对碳纤维/环氧基体界面行为影响的分析

对界面粘结性能及热残余应力影响下的单纤维复合材料的界面行为进行了分析。采用界面的弹性-软化内聚力模型,用解析法对单纤维复合材料由固化引起的热残余应力、以及单纤维碎断过程纤维的轴向应力分布进行了模拟,得到了碳纤维/环氧树脂在常温和高温固化两种情况的界面粘结性能。结果表明：与常温固化相比,高温固化后,界面的剪切强度增幅不大,界面的断裂韧性显著增加;高温固化后形成的界面,使界面的软化提前、界面的脱粘延迟;高温固化产生的纤维轴向和界面径向热残余应力对界面的软化均有延迟作用;界面径向热残余应力还对界面的脱粘有延迟作用。     

障碍物对甲烷/氢气爆炸特性的影响

通过自主搭建的小尺寸实验平台,研究管道内障碍物阻塞率及形状对当量比为1时甲烷/氢气爆炸特性的影响。研究结果表明:相同工况下火焰传播结构基本相似,预混火焰传播路径随障碍物阻塞率增大而变窄;预混火焰传播速度随着障碍物阻塞率与氢气体积分数的增大而上升,也随着障碍物形状的改变而产生变化;最大爆炸超压随着障碍物阻塞率和氢气体积分数的增大而增大,达到最大爆炸超压的时间随着阻塞率的增大而缩短;混合气体在管道内爆炸特性受障碍物与混合气体中氢气体积分数共同影响,氢气体积分数小于50%时,受障碍物与混合气体共同影响,氢气体积分数大于50%时,主要受混合气体燃烧特性影响。此研究能够为甲烷/氢气的安全利用提供理论基础。     

中频磁控溅射制备不同S/W原子比WSx薄膜的结构和摩擦学性能研究

采用中频磁控溅射制备了WS_x薄膜,通过X射线衍射 (XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱 (XPS)对其结构进行了分析,采用纳米压入仪(Triboindenter)和真空球-盘摩擦试验机分别考察了薄膜的力学性能和摩擦磨损性能.结果表明:改变溅射功率密度和气压,将引起选择性溅射与薄膜氧化程度的变化,致使薄膜S/W原子比随之变化,薄膜的S/W原子比随着溅射功率密度的增加先减小后增大,而随着溅射气压的增大逐渐增大.薄膜S/W原子比较低时,薄膜W含量较高,薄膜结构较致密、硬度较高,但摩擦系数较大、耐磨性能较差;随着S/W原子比的增大,薄膜中WS₂含量显著增加,W含量明显下降,摩擦系数降低,耐磨性能明显改善.