膨胀管残余应力测试

膨胀管残余应力是影响膨胀管抗外挤、内压强度的重要因素之一。确定膨胀管的残余应力,测试方法至关重要。在常用测试方法中,机械测量法中的盲孔法体现出测试的优越性。应用盲孔法测试J55、K55两种规格膨胀管的残余应力,并根据实际测试的应力水平和实验误差,采用应变释放系数分级法对试验结果进行修正,以提高测试结果的精度。实验结果表明,膨胀管膨胀后存在环向、轴向的残余应力,且外表面总是压残余应力。将实验结果与仿真结果对比,误差满足工程要求,说明盲孔法测试膨胀管残余应力方便、快捷、准确、有效。     

爆炸自紧残余应力及对构件疲劳强度的影响

用贴腻子炸药法和动液压法两种爆轰工艺对不同类型厚壁构件实施了爆炸自增强处理,并对爆炸处理形成的残余应力进行了实验测定。对内壁有缺口和裂缝的厚壁圆环以及带缺口的超高压圆筒和四通构件进行了爆炸自紧处理并进行了疲劳实验检验,结果是:在高周疲劳阶段,经爆炸处理的构件缺口根部疲劳裂纹萌生寿命可提高5倍,内压疲劳开裂寿命可提高8~10倍。在低周塑性疲劳阶段构件的疲劳开裂寿命仍可提高1倍左右。由于用贴腻子炸药方法可使构件表面硬度增加从而获得更高的残余压应力,故其自增强效果优于动液压法。     

自紧球形容器内残余应力的弹塑性研究

根据材料的不可压缩性假设,研究了线性强化材料球形容器的弹塑性加卸载过程.通过把材料的包辛格系数考虑为等效塑性应变的函数,建立起了等向硬化、随动硬化和混合硬化模型下的自紧厚壁球壳的残余应力公式.算例分析表明包辛格效应对自紧残余应力有较大的影响,最后还通过计算研究了球形容器内残余应力在不同自紧度下的分布情况.     

基于弹性理论的残余应力反演和变形计算

毛坯在制造过程中,材料力学性能的非均匀性导致其内部产生残余应力.残余应力会造成结构破坏,在工件的切削去除过程中,残余应力会逐渐释放并引起变形.采用有限元的“生死单元”技术模拟材料的切削去除过程,并转化为残余应力的释放,基于板壳理论、小变形理论、弹性理论和叠加原理,将径向基函数插值法与几何方程、物理方程相结合,开发出一种新的解析方法,反演残余应力场并计算变形.结果表明解析方法的理论解与有限元解高度吻合,能够用于判断残余应力分布并计算残余应力弹性释放引起的变形.     

泡沫金属在冲击载荷下的动态压缩行为

基于微CT扫描影像信息,建立泡沫金属材料二维细观有限元模型,考虑不规则胞孔的不均匀分布,根据实验结果拟合孔壁材料的弹塑性本构参数。研究了泡沫金属在不同加载速度下的压缩变形机理,重点讨论泡沫金属中弹塑性波的传播、惯性效应和从冲击端传递到静止端的应力变化特征。对于相对密度为0.3的泡沫铝,弹性波速约为5 km/s,与孔壁材料的弹性波速相当,塑性波速表现为随着加载速度的增大而增大。在加载速度为50~100 m/s间变形模式从准静态模式转变为动态模式,未发现明显的临界速度,动态锁死应变随着加载速度的增大而增大。由于塑性波发生反射,试件会发生二次压缩过程,相应地,静止端产生二次应力平台。受惯性作用的影响,二次应力平台也随着加载速度的增大而提高。     

轴向冲击载荷下薄壁折纹管的屈曲模态与吸能

在方管的基础上引入折纹结构, 利用几何关系建立折纹管的折角公式。采用LS-DYNA软件研究了6种折纹管在轴向冲击下的屈曲模态与能量吸收性能, 并与方管进行对比分析。结果表明, 折纹管在冲击载荷作用下屈曲变形过程可分为3个阶段, 初始峰值阶段、稳定渐进屈曲阶段和密实化阶段。折角是影响初始峰值载荷和平均载荷的重要因素之一, 折纹结构的引入有效的降低了初始峰值载荷, 减小了冲击力的波动幅度; 折纹管的比吸能低于方管, 但是在特定折角下, 折纹管的压缩力效率和比总体效率高于方管。     

复合材料层合板粘弹性固化残余应力分析

基于Ｓｃｈａｐｅｒｙ积分型粘弹性本构关系，推导了考虑横向剪切效应的复合材料层合板线性热粘弹性有限元分析列式，对层合板的粘弹性响应和加工成型过程中的残余应力进行了分析，给出一些有意义的结果     

滚压强化的残余应力的数值仿真及工艺分析

表面滚压强化,由于在表层引起加工硬化和残余压应力,可以十分有效地提高构件、零件疲劳强度,而滚压强化的有限元数值仿真,将成为分析优化滚压强化工艺的重要手段.本文建立了连续多、圈滚压工艺的有限元数值仿真模型,获得了比较合理的滚压变形与残余应力结果.在此基础上对滚压工艺做了进一步分析.结果表明,滚压变形的进给量太大.滚压的转速太快都容易造成工件表层残余应力分布的不均匀甚至形成残余拉应力;在滚压与未滚压的过度区域,从表面到心部的近1mm范围内,均未出现人们通常所担心的残余拉应力.这将在工程生产实践中,为滚压工艺制订提供重要的依据.     

热障涂层界面形貌参数对残余应力的影响

为了研究燃气轮机叶片热障涂层在降温过程中的应力场分布规律,基于ANSYS有限元分析软件,建立了微观二维涂层系统的数值模型;通过热-结构间接耦合获得了非齐次温度分布以及应力分布;主要研究了存在正弦形氧化层界面时界面路径及界面不平整度(幅值/波长)对涂层界面三个应力分量σx、σy、τxy的影响;通过分析沿氧化层上下界面各应力分量变化情况得到易起裂位置。结果表明:(1)σx的最大值出现在热障涂层与氧化层界面波峰处;σy的最大值出现在氧化层与粘结层界面波峰处;τxy的最大值出现在正弦氧化层拐点处;(2)热障涂层/氧化层界面波峰处易形成垂直界面的裂纹;氧化层/粘结层界面波峰处易形成沿界面方向的裂纹,发生分层破坏;氧化层层内正弦拐点处易形成分层裂纹;(3)分别改变幅值和改变波长时两种方式下的σy和τxy随不平整度的变化规律均趋于一致;当界面不平整度A/T的比值大于0.25时,σx在改变幅值情况下先增大后减小,在改变波长情况下先减小后增大。     

含界面相复合材料热残余应力分析

本文分析了含有界面相纤维增强复合材料热残余应力的空间分布。针对材料实际微结构几何特点,建立含有界面相的三维三相单丝模型,用均匀和梯度函数描述界面相模量随空间变化规律,由轴对称体弹性力学理论得到单丝热残余应力分布,结果表明梯度界面降低了残余应力。通过碳纤维电阻法测出T300/环氧树脂单丝体系固化后的纤维轴向应变,与梯度界面的分析结果基本一致。用叠加方法得到密排六方结构代表性体积元(RVE)中纤维间相互偶合的应力场,同时应用有限元法分析RVE中纤维间的残余应力分布,两者结果相互验证。     

应力三轴度的有限元计算修正

对某高强度钢制成的光滑圆棒和缺口圆棒进行了系列准静态拉伸实验,采用ABAQUS对每个试 件进行了数值模拟,得到了该材料的真实应力应变曲线,拟合出了J-C本构模型和失效模型的部分材料常数。 最后,对该高强度钢制成的平板进行了撞击实验,并用得到的J-C模型对平板撞击实验进行了数值模拟,计算 结果与实验结果吻合很好,证明利用数值模拟并修正应力三轴度的方法是可行的。     

半导体器件残余应力测试与模拟研究

采用新型三维云纹干涉系统并结合盲孔释放的方法 ,研究了半导体装配底座内的残余应力 ,这种混合的方法不仅能真实测试试件因应力的释放而产生的三维变形信息 ,而且具有灵敏度高、条纹对比度好等特点。本文中 ,残余应力是通过盲孔释放获得 ,然后使用三维干涉系统来测试试件因残余应力的释放而发生的位移 ;利用有限元模拟的方法 ,精确计算了应力大小和分布情况 ,为实验研究提供了有力的支持和补充。结果表明 ,残余应力在F - 1C半导体内部分布不均匀 ,在两引脚之间的区域 ,应力比邻近区域的应力要大 ,存在一定的应力集中 ,对可伐管产生一定的挤压作用 ,这是造成半导体装配底座失效的一重要原因。     

Residual stress evolution regularity in thermal barrier coatings under thermal shock loading

Residual stress evolution regularity in thermal barrier ceramic coatings (TBCs) under different cycles of thermal shock loading of 1100°C was investigated by the microscopic digital image correlation (DIC) and micro-Raman spectroscopy, respectively. The obtained results showed that, as the cycle number of the thermal shock loading increases, the evolution of the residual stress undergoes three distinct stages: a sharp increase, a gradual change, and a reduction. The extension stress near the TBC surface is fast transformed to compressive one through just one thermal cycle. After different thermal shock cycles with peak temperature of 1100°C, phase transformation in TBC does not happen, whereas the generation, development, evolution of the thermally grown oxide (TGO) layer and micro-cracks are the main reasons causing the evolution regularity of the residual stress.     

爆炸法消除焊接接头残余应力的数值模拟

利用非线性动力有限元法对爆炸处理消除焊接接头残余应力的全过程进行了数值模拟。首先，采用温度场与位移场的间接耦合方法计算了钢板对接焊的焊后冷却及残余应力的生成过程，求得焊接接头处由高温冷却到室温由于变形受到阻碍而产生的不均匀的残余塑性变形和应力。然后，在焊缝区引入移动的爆炸载荷，计算了爆炸波作用下该钢板焊接接头附近应力的变化。计算结果表明，爆炸处理可引起板内应力的重新分布，从而有效地释放超过塑性极限的残余应力。利用炸药爆炸消除大型焊接结构残余应力是一种经济有效的方法，本文的数值模拟为研究炸药爆炸消除焊接结构残余应力的机理提供了有力的工具。     

光滑粒子法与有限元的耦合算法及其在冲击动力学中的应用

扼要讨论了光滑粒子法的离散思想,充分利用光滑粒子法和有限元方法各自的优点,提出了一种初始时刻用有限元建模,计算过程中大变形单元自动转换为光滑粒子的耦合算法。高速碰撞的系列算例说明,耦合算法不但适宜于计算大变形冲击动力学问题,而且由于集两种方法的优点于一身,可以更高效地模拟一些高速碰撞问题,提高计算效率。     

Dynamic stress intensity factors around two rectangular cracks in an infinite elastic plate under impact load

A dynamic problem for two equal rectangular cracks in an infinite elastic plate is considered. The two cracks are placed perpendicular to the plane surfaces of the plate. An incoming shock tensile stress is returned by the cracks. In the Laplace transform domain, the boundary conditions at the two sides of the plate are satisfied using the Fourier transform technique. The mixed boundary conditions are reduced to dual integral equations. Crack displacement is expanded in a series of functions which are zero outside of the cracks. The unknown coefficients in the series are determined by the Schmidt method. The stress intensity factors are defined in the Laplace transform domain and these are inverted using a numerical method.     

不同冲击速度下泡沫铝变形和应力的不均匀性

利用常规Hopkinson杆实验装置和改进的Hopkinson杆实验装置对泡沫铝试件进行冲击压缩实验,同时用高速摄影装置对实验过程进行全程跟踪拍摄。通过改变冲击速度,观测到了3种不同的变形模式。将得到的高速摄影图像用数字图像相关方法进行分析,讨论了3种模式下全场应变不同的发展过程,并依此讨论应力的不均匀性,为研究不同冲击速度下变形不均匀对泡沫铝动态力学行为的影响提供了新的方法。     

3D dynamic stress intensity factors around two parallel square cracks in an infinite elastic medium under impact load

Summary  Transient stresses around two parallel cracks in an infinite elastic medium are investigated in the present paper. The shape of the cracks is assumed to be square. Incoming shock stress waves impinge upon the two cracks normal to tzheir surfaces. The mixed boundary value equations with respect to stresses and displacements are reduced to two sets of dual integral equations in the Laplace transform domain using the Fourier transform technique. These equations are solved by expanding the differences in the crack surface displacements in a double series of a function that is equal to zero outside the cracks. Unknown coefficients in the series are calculated using the Schmidt method. Stress intensity factors defined in the Laplace transform domain are inverted numerically to the physical space. Numerical calculations are carried out for transient dynamic stress intensity factors under the assumption that the shape of the upper crack is identical to that of the lower crack. Received 2 February 2000; accepted for publication 10 May 2000     

爆炸载荷作用下加筋板的失效模式分析及结构优化设计

通过对爆炸载荷下具有1根加强筋的固支矩形加筋板的有限元模拟,探讨了抗爆加筋板结构优化设计方法,分析了加筋板的失效模式以及加强筋相对刚度和冲击载荷强度对加筋板失效模式的影响,指出了失效模式Ⅰ下的3种变形模态以及失效模式Ⅱ下的2种子失效模式,得到了失效模式Ⅰ下加强筋和加筋板最大挠度的近似计算公式,提出了单根加筋板的两种失效模式的判别条件,并对具有1根加强筋的固支矩形加筋板抗爆结构进行了优化设计。结果表明,通过数值模拟或模型实验可以求得任意加筋板结构由发生塑性大变形到发生破损的临界条件,从而确定抗爆性能最强时加筋板的质量与加强筋横截面尺寸及间距间的关系,实现对抗爆加筋板结构的优化设计。     

关于弹体冲击和贯穿混凝土的三维数值模拟

利用FEM和SPH算法相结合给出弹体冲击和贯穿混凝土的三维数值模拟。将弹体划分为四面体有限元网格,混凝土划分为光滑粒子。为形成单元方便,将弹体划分成三个独立的模块并且这三个独立的模块具有拼凑功能。给出光滑粒子-有限元界面的滑移面算法。为了提高计算效率,在程序的前处理中预设界面的从属点和每个光滑粒子的关联点。计算结果与实验结果对比表明,FEM和SPH算法相结合及编制的程序能有效模拟弹体对混凝土的三维冲击和贯穿过程。同时给出在垂直冲击中二维计算与三维计算的差别。