扁挤压筒的等强度设计

本文仅就扁挤压筒的等强度设计计算方法及测试效果作简要介绍:(一)单层扁挤压筒的应力与变形分析单层扁挤压筒可看作是断面形状如图(1)所示的筒体,其断面外边界为一圆,内边界为两 ...     

整体壁板挤压模应力分析和提高强度的措施

铝型材整体壁板断面宽高比大(50~100以上)、形状复杂、精度高、壁薄以及外形轮廓与长度尺寸大等特点决定了其在大型挤压机上采用扁挤压筒进行挤压的生产方式. 扁挤压筒的设计与制造是大型铝合金型材挤压最为重要的关键技术,因此对其进行应力分析十分必要. 利用ANSYS有限元方法比较分析了扁挤压筒和圆挤压筒的受力特点,还提出了提高扁挤压筒强度的具体措施.     

扁挤压筒的挤压力及应力场的光弹性分析

扁挤压筒是挤压大型铝壁板的重要工具，也是关键技术之一。与圆挤压筒相比，由于扁挤压筒型腔的线型特殊，理论计算相当困难，很难有精确的理论解。同时，非中心对称的型腔使挤压力的分布也不均匀，使得以均匀分布挤压力作为边界条件的数值计算产生了相应的误差，也使理论计算更加困难。本文制作了1：18的环氧树脂扁挤压筒整体模型，用低弹模的环氧树脂材料作挤压材料模拟挤压工况并将应力加以“冻结”，然后通过光弹性实验研究分析了挤压筒挤压时挤压力的分布特点以及筒体内部的应力场情况。结果分析得出：挤压力沿型腔高度大体上是均匀分布的，但沿型腔周向有着明显的变化；并在型腔的长轴位置出现应力集中。该实验结果为扁挤压筒的强度计算及结构设计提供了参考依据，也与数值分析解起到相互佐证的作用。如果把扁挤压筒的受力模型简化成中间带椭圆孔的无限大平面的弹性力学模型，理论最大应力值与实验结果比较接近。     

应用光弹性法分析扁挤压筒应力

扁挤压筒受力情况复杂, 采用光弹性法进行应力分析,可了解应力分布情况和应力集中部位. 在光弹性实验中,采用软环氧树脂作为加载介质,通过光弹性分析得出应力大小,得到组合式扁挤压筒的应力分布规律,并找出最大应力发生部位以及过盈配合对改变组合式扁挤压筒应力分布的影响, 为生产实践中扁挤压筒的设计提供一定的依据.     

高层筒体结构整体稳定及二阶位移分析的改进条元法

根据柱壳理论,构造了一种柱壳曲条,本文结合柱壳曲条和平壳条元求解高层筒体结构的整体稳定及二阶位移。采用三次H erm ite插值函数模拟条元横截面的翘曲位移变化,能较好地反映筒体受力“剪切滞后”效应;采用一族能较好地逼近弯剪型变形曲线的正交多项式作基函数来描述位移沿竖向变化。用最小势能原理建立稳定及二阶位移分析方程。该方法适用于任意平面形状的高层建筑筒体结构及剪力墙结构的稳定及二阶位移分析。与其它方法相比,该方法具有精度高、通用性强、计算量小等优点。     

箱梁剪滞翘曲位移函数的定义及其应用

提出了箱梁剪力滞效应计算中翘曲位移函数定义的新方法。由竖向弯曲荷载下箱梁截面的剪力流分布规律,定义符合箱梁各翼板剪切变形规律的剪力滞翘曲位移函数,该定义方法与箱梁剪力滞效应的力学定义完全吻合。通过对顶、底板具有不同厚度和内、外顶板具有不同宽度两种情况下的算例筒支粱在跨中集中力作用下的剪力滞效应对比分析,验证了基于剪切变形规律的剪滞翘曲位移函数对于箱梁剪力滞效应分析的精度和适用性。     

轮胎结构分析的一般壳体精化理论

基于一般壳体理论和Reddy型剪切精化理论,发展出适用于充气轮胎的结构非线性分析的一般壳体精化理论.为获得一个具有解析结构的近似解,将Bezier多项式用于分片描述轮胎几何形状和位移场,应用Rayleigh-Ritz 法构造轮胎在充气内压作用下的内力、变形和层间应力的解.这一模型具有任意铺层性、复杂曲面逼近便捷和求解精度可控等优点.为比较起见,文中还对轮胎结构作了三维有限元数值分析.两种方法的综合比较表明,该文提出的轮胎模型不仅预测结果精确,而且大大节省计算量.     

直角坐标下厚圆柱扁壳弯曲的一般解

基于直角坐标下考虑横向剪切变形情况下厚圆柱扁壳的几何方程、物理方程、平衡微分方程,建立了以3个中面位移和2个中面转角为独立变量的中厚圆柱扁壳弯曲的位移型基本微分方程.因该方程可退化为薄圆柱扁壳弯曲的基本微分方程,说明了其推导过程的正确性及一般性.此外,厚圆柱扁壳的位移型基本微分方程是一个10阶微分方程,对其使用双重三角...     

含面内转动自由度的广义协调曲面矩形扁壳元

扁壳单元中引入结点转角自由度可以在不增加结点的情况下,增加位移场的阶次,提高计算精度,从而显著地提高单元性能。同时在单元中引入泡状位移场,能有效地扩大了单元位移场的解空间,所构造的单元具有计算精度高、对计算网格畸变不敏感的优良特性。本文利用广义协调薄板单元RGC-12的位移函数作为扁壳元的法向位移,利广义协调矩形膜元的位移函数作为扁壳面的切向位移,通过附加面内转动自由度构造了一个具有24个自由度的4结点广义协调曲面矩形扁壳元GRC-S24。在此基础上再增加一个广义泡状位移,又构造了一个具有更高计算精度的曲面矩形扁壳元GRC-S24M。并通过实例分析对这两个单元的收敛性和精度进行了验证。     

考虑横向拉伸的FGM夹层双曲扁壳自由振动分析

在双曲正弦高阶剪切变形理论的基础上,针对横向位移增加厚度坐标的幂函数项,考虑了横向拉伸的影响,研究了简支条件下功能梯度夹层双曲扁壳的自由振动。基于Hamilton原理推导出了其动力学模型,利用Navier方法计算了表层是功能梯度材料,芯层是匀质材料的双曲扁壳的量纲为一的固有频率,并与已有结果进行了比较。分析了功能梯度材料性质梯度变化指数、芯层厚度、长厚比、曲率半径与厚度比对量纲为一的固有频率的影响。结果表明:与已有结果比较,基于考虑横向拉伸影响的正弦剪切变形理论,功能梯度夹层双曲扁壳对量纲为一的固有频率的计算结果是准确的;量纲为一的固有频率随着材料性质梯度变化指数的增加而单调减小,随着长厚比的增加而单调增加,随着芯层厚度的增加而单调增加。     

Elliptic cavity in a three-dimensional anisotropic body with inclined strata deformed by line loads and dislocations

Summary Analytical solutions are proposed for the stress and displacement fields in a quasi three-dimensional elastic anisotropic body containing an elliptic cavity or rigid inclusion. The directions of the principal elastic axes are allowed to be inclined arbitrarily with respect to the axes of the elliptic cavity. As an application, expressions for the stress intensity factors are formulated when the cavity reduces to a colinear crack.     

基于贝叶斯信息融合的岸桥有限元模型修正研究

为建立精确的岸桥有限元模型,研究了基于贝叶斯信息融合的模型修正方法．通过方差分析,确定待修正参数,利用中心复合试验设计获取样本点,根据有限元计算结果与实测的结果残差为目标函数获得响应样本．拟合样本点和响应样本值构建二阶多项式响应面模型,并检验响应面模型的精度．基于贝叶斯理论更新融合系数来优化响应面参数,从而获得修正模型．以宁波大榭3号岸桥为工程背景,对比修正后的模态频率和实测频率,最大频率相对误差不超过5%,进而验证了基于贝叶斯信息融合的动力学有限元模型修正方法的有效性．修正后的有限元模型可进一步应用于岸桥的健康监测和安全评估．     

Mode decomposition of nonlinear eigenvalue problems and application in flow stability

Direct numerical simulations are carried out with different disturbance forms introduced into the inlet of a flat plate boundary layer with the Mach number 4.5. According to the biorthogonal eigenfunction system of the linearized Navier-Stokes equations and the adjoint equations, the decomposition of the direct numerical simulation results into the discrete normal mode is easily realized. The decomposition coefficients can be solved by doing the inner product between the numerical results and the eigenfunctions of the adjoint equations. For the quadratic polynomial eigenvalue problem, the inner product operator is given in a simple form, and it is extended to an Nth-degree polynomial eigenvalue problem. The examples illustrate that the simplified mode decomposition is available to analyze direct numerical simulation results.     

Axi-symmetric bodies of equal material in contact under torsion or shift

Summary Two axi-symmetric bodies are pressed together, so that their axes of symmetry coincide with the contact normal and the normal force is held constant. A small torque about the contact normal or a small tangential force is applied. For bodies of equal material, the normal and tangential stress states are uncoupled, and can solved separately. The surfaces of the bodies are thought as a superposition of infinitesimal rigid flat-ended punches. Consequently, the normal stress distribution can be calculated as a summation of differential flat punch solutions. A formula results, which is identical with the solution of Green and Collins. After application of a torque an annular sliding area forms at the border of the contact area. For reasons of symmetry, the common displacement of the inner stick area must be a rigid body rotation. Similarly to the normal problem, the solution can be thought as a superposition of rigid punch rotations. The tangential solution can be derived analogically, in form of a superposition of rigid punch displacements. The present method also solves the problem of simultanous normal and torsional or tangential loading with complete adhesion. As an example, Steuermann's problem for polynomial surfaces of the formA _2nr²ⁿis solved. The solutions for constant normal forces can be used as basic functions for loading histories with varying normal and tangential forces.     

形状记忆合金椭圆孔口问题的有限单元法

基于Lagoudas形状记忆合金(SMA)三维本构模型,假设材料为各向同性,推导了SMA平面应力状态的增量型本构方程,继而编写了ABAQUS用户自定义材料(UMAT)子程序,研究了在双向拉伸情况下,外载荷、温度、椭圆孔口长短轴之比对超弹性SMA椭圆孔口板中应力诱发马氏体相变区的影响。数值结果表明:应力诱发马氏体相变首先发生在椭圆孔口长轴端点部位,在外加载荷作用下逐渐扩展到板内,并由内向外形成马氏体相区、相变混合区和奥氏体相区;SMA板内应力诱发马氏体完全相变区面积与施加外载荷成正相关,与温度成负相关;随着椭圆孔口长短轴之比增大,SMA板内应力诱发马氏体完全相变区面积呈现出先减小后增大的趋势;拉应力差值相同时,相较于拉应力沿椭圆孔口长轴方向较大的情况,当拉应力沿椭圆孔口短轴方向较大时,SMA板内完全相变区面积较大,椭圆孔口周边应力集中现象更明显。     

Dependence of modulus of elasticity and thermal conductivity on reference temperature in generalized thermoelasticity for an infinite material with a spherical cavity

Introduction Thetheoryofgeneralizedthermoelasticitywithonerelaxationtimebasedonamodified Fourier’slawofheatconductionwasdevelopedbyLordandShulman[1].Thistheoryallowsfor theso_calledsecond_soundeffectsinsolids,hencethermaldisturbancespropagatewithfinite wavespeeds. Themathematicalmodelofthegeneralizedthermoelasticitytheoryisofacomplicatednature thathindersthepossibilityofderivingananalyticalsolution.Mostattemptsdealingwiththese equationsarebasedoneithershort_timesolution[2-4]. Modernstructur…     

准饱和黄土中暗穴水动力扩展响应的研究

为分析强降水过程中暗穴扩展机理,在野外调查资料的基础上,建立了准饱和黄土暗穴的扩展计算模型,概化为弹性准饱和土层中无限长圆柱形孔洞表面受水压力的动力响应问题。通过引入势函数,得到了Lap lace变换域中的应力、位移及孔隙水压力的解析表达式,并利用数值逆变换方法求得时域解,分析了降雨历时及饱和度等因子对暗穴动力响应的影响。结果表明,水动力是引起黄土暗穴扩展的主要因素,水压力作用历时对位移及应力有较大的影响,同时饱和度的细微变化对径向位移有显著影响。     

复杂载荷下复合材料对称层合板的椭圆形分层屈曲

应用Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｒｉｔｚ法对含有单个椭圆形分层的复合材料对称层板在压剪载荷联合作用下的脱层屈曲问题进行了分析计算。给出相应于不同的椭圆长短半轴之比ａ／ｂ值下及不同椭回主轴的偏角时，脱层屈曲的临界应变值。此计算考虑了层板的拉伸剪切藕合刚度影响及子层本身弯曲－扭转耦合刚度，和拉伸－弯曲耦合刚度的影响，给出有工程参考价值的计算结果。     

颗粒介质弹性参数测量方法及装置研究

本文发展了一种实施简便的颗粒介质弹性参数测量方法,设计并加工了基于该方法的实验装置。利用加载设备对该实验装置在一个方向上加卸载,在加载方向和与之垂直的另一方向上测量载荷和位移后即可获得颗粒介质的等效弹性模量和泊松比。该实验装置的容器还可方便地调节尺寸,适用于测量不同粒径颗粒堆积在不同大小容器时的弹性参数。本文还研究了尺寸效应的影响,分析了容器尺寸和颗粒粒径分别对介质弹性参数的影响规律。     

椭圆截面战斗部爆轰驱动壳体的断裂及毁伤特性

为研究椭圆截面战斗部爆轰驱动下壳体破片的形成机制和毁伤特性,设计了5种装药质量和壳体质量比相同而短长轴比不同的战斗部,开展了静爆威力试验,获得了椭圆截面战斗部破片径向速度分布规律,并结合细观观测方法分析了爆轰驱动下壳体断裂过程及破片损伤特性,通过测量破片对Q235钢板的侵彻开坑参数,量化了椭圆截面战斗部破片的侵彻毁伤能力。研究结果表明：椭圆截面战斗部破片速度由短轴至长轴方向呈对数趋势增长,相较于圆形截面战斗部存在明显的速度增益,短长轴比为0.40时,增益达到83%;靠近长轴处,由于壳体受到滑移爆轰为主导的驱动作用,壳体内部环向拉应力导致破片内表面出现拉伸裂纹,随着短长轴比增大,破片表面裂纹逐渐消失,而在战斗部短轴处,散心爆轰占据主导地位,壳体主要受到径向压应力作用,并未出现裂纹损伤;受端面稀疏波影响,战斗部轴向最大毁伤威力出现在距离非起爆端1/4处,而在战斗部径向方向,短长轴比为0.40时,短轴毁伤威力达到长轴的1.83倍,且该差异随着短长轴比增大逐渐减小。