工艺应力与变形的光弹塑模拟技术的探索

1 前言 1.1 工艺应力变形问题的重要性机器零件的失效可能出现在制造、存放和运行三种状态下。在制造过程中的失效,如零件在铸造或热处理中开裂。在锻造中产生超标缺陷,在焊接中产生过大变形等等,大多是由于工艺过程中产生的内应力所引起,结果导致废品增加,甚至使零件根本制造不出来。在存放中的零件失效,如轧辊在存放中自行开裂,机床床身在存放中变形,大多因残余应力引起。残余应力是工艺过程中内应力变化发展的最终结果。零件在运行服役中失效,通常认为主要由工作负荷所引起。但工艺过程中遗留下来的损伤、缺陷、裂纹以及残余应力常常是这类失效的诱因。     

一种散体材料SHPB被动围压试验体应力修正方法

本文利用有限元仿真给出了一种修正方法,并用数值仿真和试验验证了该方法的可靠性。研究表明：散体材料SHPB被动围压试验中,试样厚度远小于厚壁圆筒长度时,端部效应会导致厚壁圆筒不均匀凸出变形,计算材料的体应力-应变关系不能将厚壁圆筒应力状态简化为平面应力问题;厚壁圆筒处于弹性状态下,通过厚壁圆筒理论计算出的径向力与真实径向力存在一定比例关系,在一定范围内,折算系数与试样实时厚度呈二次函数关系。

     

载流圆形薄板的磁弹性应力与变形分析

本文在建立非定常电磁场和机械载荷作用下载流圆形薄板非线性变形状态下的磁弹性二维关系方程和运动方程的基础上，对其在非静态电磁场和机械载荷联合作用下的位移及应力进行了分析，获得了耦合场中一些参量的变化规律，通过具体算例，得出了载流圆形薄板在机械场和电磁场作用下的位移及应力与通电电流强度之间的关系，并解决了圆板中心处的奇异性问题，给出了在轴对称条件下的数值解，计算结果表明，改变通电电流及电磁感应强度的大小，可以改变载流薄板的应力和变形状态，达到控制薄板的受力和变形的目的。     

关于推导直杆横截面上应力及变形公式的探讨

借用弹性力学几何方程、物理方程及材料力学中常用的平面假设,静力平衡方程,一次性推导出材料力学中的常用公式,阐述了用此法进行试验性教学的体会。     

航空薄壁弧形结构件喷丸强化变形预测

喷丸强化是一种有效提高工件抗疲劳性能的表面处理工艺,经喷丸强化处理后的航空薄壁弧形结构件发生变形是航空制造领域的共性难题．本文基于变截面曲梁平面弯曲理论,建立了弧形件喷丸诱导应力与变形方程,将得到的构件最大变形与有限元方法计算结果进行对比,所建立理论模型能有效预测弧形件喷丸强化后的变形．讨论了喷丸压力和喷丸区域对喷丸变形的影响,结果表明：喷丸强化工艺仅作用于弧形件腹板表面时,弧形件变形以径向收缩为主;喷丸强化工艺仅作用于弧形件筋板表面时,弧形件变形以径向扩张为主;与局部喷丸相比,对弧形件所有表面喷丸强化时,弧形件弯曲变形减小,轴向伸长增大．     

真空排水预压下土体变形的应力路径分析

通过室内试验, 对真空排水预压下土体变形特性进行了应力路径分析, 测定软土地基在真空预压加固后应力路径的改变对沉降量的影响, 论证真空排水预压加固软土地基不能消除其剪应力引起的剪切变形, 结合实例, 计算其后期沉降量与固结沉降量的比值, 并推算软土地基在真空预压下其最终沉降量计算公式的修正系数。     

载流圆锥薄壳的磁弹性应力与变形分析

在建立旋转壳体的非线性磁弹性运动方程的基础上,研究了电磁场和机械载荷联合作用下载流圆锥薄壳的磁弹性效应通过算例,得到了载流圆锥薄壳的位移及应力与通电电流强度之间的关系,解决了圆锥薄壳顶点处的奇异性问题,给出了轴对称条件下的数值解.计算结果表明:改变通电电流强度,可以改变载流圆锥薄壳的应力与变形状态,达到控制圆锥薄壳的受力与变形的目的.     

工字形薄壁梁翼缘弯曲切应力的进一步分析

本文通过梁相邻两横截面间轴向的平衡条件,进一步推导了工字形薄壁梁翼缘与腹板交接区域垂直于剪力的切应力和翼缘上平行于剪力的切应力计算公式。结果表明,所得公式完全满足横截面对称性条件和应力边界条件。在此基础上,绘制了工字形薄壁梁横截面上新的切应力分布图。本文的研究成果可作为学生全面学习工字形薄壁梁上弯曲切应力的重要补充。     

海底埋设双层管道的温度应力及变形的计算

本文讨论了海底埋设双层管道的分析方法，所得结果可供工程计算参考     

杆的初应力及识别

提出用数值特征描写杆中初应力的方法,建立初应力位形上的小变形动力学方程,由此讨论初应力对杆小变形力学行为的影响与用受初应力影响的附加变形来识别和测定初应力的数值特征的途径。     

大变形薄板多体系统的动力学建模

基于非线性弹性理论,考虑剪切应变和横向应变,用绝对节点坐标法建立了大变形矩形薄板的动力学变分方程;为了提高非线性刚度阵的计算效率,根据非线性刚度阵与广义坐标阵的函数关系式,在非线性刚度阵中分离出广义坐标阵,从而避免了每个时间步长的单元刚度阵的积分运算。在此基础上,引入运动学约束关系,建立了大变形薄板系统第一类拉格朗日方程,对重力作用下大变形二连板进行数值仿真。计算结果表明:随着薄板的柔度增大,低频的弯曲变形与高频拉伸变形的耦合愈加显著;此外,系统机械能守恒验证了该模型正确性。     

橡胶楔体与刚性缺口接触大变形分析

利用Ｋｕｏｗｌｅｓ与Ｓｔｅｒｎｂｅｒｇ提出的非线性弹性大变形应变能函数,对橡胶楔体与刚性缺口接触问题进行大变形渐近分析,推导了楔体尖端场的渐近方程,得到楔体尖端附近的应力应变场及应力的奇异性指数与橡胶楔体角度、刚性缺口角度及材料常数有关的表达式;楔尖附近同一半径上应力分量为常数,同时,利用非线性有限元理论编制了大变形有限元程序,考虑楔体尖端与缺口接触边界条件,计算得到了与分析解一致的结论,当缺口角     

共线裂纹体尺寸对应力强度因子的影响

本文在文献[1]的基础之上,用文献[2]中提出的奇异准谐调元,进一步对二维裂纹体几何尺寸对一对共线裂纹应力强度因子的影响进行了大量的数值计算和研究,给出了计算表格、拟合曲线以及经验公式,定量地分析了裂纹体几何尺寸对共线裂纹应力强度因子的影响。为工程中的裂纹体的脆性断裂分析与评定,提供了必要的计算依据。     

绕径旋转横观各向同性圆球壳的变形和应力分析

本文用三维弹性力学理论研究绕径旋转横观各向同性圆球壳的变形和应力分布，给出任意厚度圆球壳的位移和应务的封闭形式解以及数值结果。研究表明球壳上的位移和应力大小与旋转角速度的平方成正比，球面内的正应力远大于径向正应力和剪应力。     

工字形薄壁梁翼缘弯曲切应力的进一步分析1)

本文通过梁相邻两横截面间轴向的平衡条件,进一步推导了工字形薄壁梁翼缘与腹板交接区域垂直于剪力的切应力和翼缘上平行于剪力的切应力计算公式。结果表明,所得公式完全满足横截面对称性条件和应力边界条件。在此基础上,绘制了工字形薄壁梁横截面上新的切应力分布图。本文的研究成果可作为学生全面学习工字形薄壁梁上弯曲切应力的重要补充。     

受支架支撑的血管管壁变形及应力分析

为了计算动脉粥样硬化和局部斑块形成的堵塞对血管壁工作状态的影响,论文根据血液流动的连续性方程、运动方程,管壁的运动方程,在给定了血压波形函数的基础上,求得了狭窄血管管壁的径向位移及环向应力.分析了不同狭窄程度对血管壁变形及应力的影响;给出了不同狭窄情况下和局部斑块硬化程度不同时,血管植入支架所需的作用力;计算出植入支架后血管壁的径向位移及应力状态.论文的研究结果可供临床上对狭窄血管植入支架后的变形与受力分析及支架的正确安放参考;可避免发生堵塞严重或血管钙化时,由于安放支架不当而发生血管破裂的医疗事故.     

搅拌摩擦焊接残余应力及残余变形数值分析

建立了搅拌摩擦焊接顺序热力耦合有限元模型,用移动热源模拟搅拌头的作用,对搅拌摩擦焊接进行数值模拟.瞬态温度场及残余应力场与试验结果吻合良好,从而验证了该模型的正确性.本文研究了焊接过程中应力变化过程,指出应力场的不均匀分布引起板的弯曲变形.建立了不同尺寸有限元模型,研究板的尺寸对残余变形的影响.板的宽度对纵向残余变形曲率影响较大,长度对变形曲率影响较小.当焊接长度足够长,模型宽度相同时,不同模型远离端部区域纵向弯曲曲率相同.板的横向残余变形主要由焊缝区域变形引起,远离焊缝区域几乎没有弯曲变形发生,且板的尺寸对变形曲率影响很小.     

转动结构在铜合金板带残余应力及变形检测中的应用

本文提出了一种转动结构用于铜合金冷轧板带残余应力检测以及面内形变的测量方法。用有限元法(FEM)对转动结构作了设计并优化以提高测量灵敏度、便于用线切割制备试样。在专用试验台上模拟残余应力释放,用应变仪和工具显微镜同时测量转动结构对应的应变和变形量输出,标定结果显示转动结构对残余应变检测灵敏度为0.49μm/10-6、相对偏差<4%,与FEM计算结果相吻合。分别用转动结构和化学腐蚀法对铜合金板带C194(600mm×0.23mm)纵向残余应力作了检测,两种方法的试验结果非常接近。本文提出的转动结构在精密铜合金板带残余应力和变形检测中具有测量准确、便捷、检测效率高的特点。     

预应力混凝土空心板梁的温度应力分析

以南京新机场高速公路施工预制场预制的预应力空心板梁由于温度应力产生的裂缝为例,进行了温度应力的分析和计算,并提出了裂缝的预防和弥补的措施．