压应力场中爆生裂纹分布与扩展特征实验分析

采用动静组合加载实验装置和数字激光焦散线实验系统,进行了0、3、6、9 MPa等4种压应力场中PMMA试件的爆破致裂实验,分析了沿静态主应力方向扩展的裂纹运动学和力学行为。实验结果表明:首先,静态竖向载荷在预制炮孔周围产生应力集中,在炮孔壁上下端部处出现最大拉应力;随后,在动态爆炸载荷的叠加作用下,裂纹优先在炮孔壁上最大拉应力位置处起裂,并沿最大主应力方向扩展;裂纹扩展过程中,静态竖向载荷越大,裂纹扩展速度越大,且裂纹尖端应力强度因子值越大。     

锚固体变形破坏过程中红外温度场与应力场的分析与比较

应用红外热像技术分别对不同类型的锚固体加载变形破坏过程进行了试验研究。试验结果表明,对于中心位置布置单根锚杆的锚固体:应力峰值前,随着荷载的增加,红外温度场呈现整体均匀性升温变化;应力峰值以后,在锚杆周围形成一个由多条不同等温线组成的区域,其形状是以锚杆为中心的近似圆形区域,由内向外温度逐步降低。有锚杆一侧围岩红外温度高于无锚杆一侧,锚杆周围形成一个近似"喇叭"状的等温线图;高温等温线对应高应力区,低温等温线对应低应力区;红外温度场与应力场的空间分布存在对应关系。     

回转支承构件牵引滚动接触应力解析

回转支承构件是重型机械的重要基础元件,其失效往往导致灾难性的设备事故和人身事故以及巨大的经济损失.及时、充分地了解回转支承构件牵引滚动接触应力分布特点,对于保证整机安全生产和提高企业经济效益具有非常重要的意义.本文将回转支承构件接触模型简化为轴线平行的圆柱体二维平面应变模型,从接触力学理论中McEwen关于轴线平行的圆柱体二维法向接触理论出发,重点讨论牵引滚动与常规法向接触状态的切向分布力的相同点和不同点,从而推导出牵引滚动接触状态下接触区应力场各应力分量解析式,将McEw-en法向理论公式推广到法、切向复合分布力综合作用下.在此基础上,探讨了表面拉应力与摩擦系数的关系,摩擦系数越大则表面拉应力水平越高.最后,运用材料力学二向应力状态受力分析方法,计算了接触应力场最大剪应力位置、大小和方向角与深度的关系,发现与无表面摩擦情况相比,最大主剪应力发生位置变浅,幅值反而变小.     

任意形状夹杂内、外应力场表达式及其有限元验证

借助平面应变问题的Green函数,可推导出任意弱形状夹杂的Eshelby张量表达式。利用该Eshelby张量,给出了由温度本征应变在夹杂内、外产生的应变场和应力场理论解。目的是利用大型有限元软件ADINA和AN-SYS数值模拟含任意弱形状夹杂内、外部的应变场和应力场,验证我们的应力场理论     

On the truth of nanoscale for nanobeams based on nonlocal elastic stress field theory： equilibrium, governing equation and static deflection

This paper has successfully addressed three critical but overlooked issues in nonlocal elastic stress field theory for nanobeams： （i） why does the presence of increasing nonlocal effects induce reduced nanostructural stiffness in many, but not consistently for all, cases of study, i.e., increasing static deflection, decreasing natural frequency and decreasing buckling load, although physical intuition according to the nonlocal elasticity field theory first established by Eringen tells otherwise？ （ii） the intriguing conclusion that nanoscale effects are missing in the solutions in many exemplary cases of study, e.g., bending deflection of a cantilever nanobeam with a point load at its tip; and （iii） the non-existence of additional higher-order boundary conditions for a higher-order governing differential equation. Applying the nonlocal elasticity field theory in nanomechanics and an exact variational principal approach, we derive the new equilibrium conditions, do- main governing differential equation and boundary conditions for bending of nanobeams. These equations and conditions involve essential higher-order differential terms which are opposite in sign with respect to the previously studies in the statics and dynamics of nonlocal nano-structures. The difference in higher-order terms results in reverse trends of nanoscale effects with respect to the conclusion of this paper. Effectively, this paper reports new equilibrium conditions, governing differential equation and boundary condi- tions and the true basic static responses for bending of nanobeams. It is also concluded that the widely accepted equilibrium conditions of nonlocal nanostructures are in fact not in equilibrium, but they can be made perfect should the nonlocal bending moment be replaced by an effective nonlocal bending moment. These conclusions are substantiated, in a general sense, by other approaches in nanostructural models such as strain gradient theory, modified couple stress models and experiments.     

ITER校正场底部线圈结构的有限元分析

采用有限元法(FEM)研究了ITER装置中超导校正场底部线圈 (BCC)结构的力学性能。针对BCC结构各组合部件三个方向尺寸的巨大差异,将BCC结构均匀化模型和局部细化模型分步组合,通过有限元分析获得了整体结构和薄弱部位各材料的位移场和应力场。针对BCC结构提出了支撑部位螺栓中预紧力的确定方法,用有限元法得出合理的螺栓预紧力,可用于指导BCC结构的安装。     

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在注蒸汽吞吐井的井筒应力模型中引入井筒温度场,利用ANSYS软件对不同约束条件下井筒 的应力场进行了计算. 结果表明,最大热应力发生在套管内壁,超过了N80套管的弹性屈服 极限,最大热膨胀发生在温度过渡区. 当套管周围掏空时,热应变远大于材料的弹性极限应 变,是诱发热采井套管变形损坏的主要原因. 为此提出了相应的套管损坏防治措施,在油田 现场采用厚壁合金钢TP120TH套管完井,试验结果验证了防治措施的有效性.     

静止裂纹顶端塑性区内应力场

本文对不可压缩的理想塑性材料裂纹顶端塑性区内的应力场进行了数学分析,证明了当塑性区包围着裂纹顶端而应力函数可用分离变匱型的级数展开且该级数展开的首项与第一类渐近解相同时,第一类渐近解即是塑性区内应力场的精确解。本文又提出了第二类渐近解,说明应力场的渐近解不是唯一的。     

洼38块特稠油油藏流-固-热三场耦合规律研究

近年来,随着石油的不断开发开采,在研究高压注水,稠油热采等涉及到温度剧烈变化的研究领域中,油藏工作者难以通过经典的渗流力学理论和传统的油藏数值模拟方法得到有效、合理的解释,必须考虑到温度场、渗流场、应力场三场相互影响、相互作用、相互变化等相关变化因素.基于考虑热弹性的岩石应力一应变关系、地下流体运动定律、能量守恒定律,建立包括油水两相渗流控制方程、岩石变形体控制方程、温度场控制方程的稠油油藏三场耦合数学模型,运用全耦合算法实现同时求解所有耦合方程组,研究了应用有限元分析软件ADINA进行三场耦合规律的建模过程与方法.以小洼油田洼38块为例研究三场耦合规律.结果表明:距离井筒越近,其总位移、温度场、应力场、渗流场及岩石物性参数越会产生明显的变化;距离井筒越远,其变化越不明显.距离井筒越近的储层温度变化越剧烈,而距离井筒越远的储层温度变化越缓;井筒周围的温度变化呈现倒置漏斗形状,随着注水的不断进行,漏斗会逐渐平缓;最后储层各点的温度会平衡在同一温度水平线上,达到平衡状态.模型较为真实的模拟油藏实际开采情况.     

非理想界面对三相复合材料应力场的影响

对非理想界面的三相复合材料,提出了计算弹性应力场的微观力学模型,在适当的简化假设下,对带界相的颗粒增强和纤维增强复合材料,得到了应力场的计算公式。以剪切载荷为例给出了数值例子。给出的数值结果表明非理想界面对三相复合材料应力场的影响。