圆锥微凸体在粗糙表面接触分析中的应用

为了从微观角度研究粗糙表面的法向接触特性,构建了一种具有圆锥微凸体的有限元分析模型。对反双曲余弦应力进行定积分,获得了作用在单个圆锥接触区域的总法向弹性接触力;给出了圆锥顶点法向变形量与接触半径之间的拟合公式。数值模拟表明:反双曲余弦应力在锥尖处(接触区域的中心)有一个自然对数奇点,但作用在单个圆锥接触区域的总法向弹性接触力有边界;单个圆锥的法向弹性接触载荷随着半顶角的增加先增大后减小;结合部整体的法向接触载荷随着表面粗糙度的减小而增大;当法向最大变形量明显增大时,结合部整体的法向接触载荷随着法向最大变形量的增加仅有微小的增加;半顶角越大,单个圆锥的法向接触刚度也越大;随着圆锥顶点法向变形量的增加,单个圆锥的法向接触刚度先略微减小,而后保持不变;法向临界变形量较小时,结合部整体的法向接触刚度随着法向临界变形量的增加而近似于线性增大;表面粗糙度越小,结合部整体的法向接触刚度增加得越明显;法向临界变形量较大时,结合部整体的法向接触刚度趋于不变。     

匀速移动载荷激励浮冰层大幅响应的临界速度

从弹性薄板振动微分方程和势流理论出发,基于二维傅里叶积分变换方法,建立了匀速移动载荷作用于弹性浮冰层的位移响应和临界速度的理论计算模型.通过数值计算获得了浮冰层的位移响应和移动载荷的临界速度,分析了水深、冰厚、载荷强度、载荷半径等因素对位移响应和临界速度的影响.计算结果表明:基于奇点法和能量法获得的临界速度具有很好的一致性;冰层的位移变形随载荷速度的增加先增后减,在临界速度时达到最大;水深的增加导致临界速度和位移变形增加,冰层厚度的增加导致临界速度增加,但位移变形减小;移动载荷强度的增大或载荷半径的减小虽然使冰层的位移变形增加,但对临界速度的影响很小.     

PIM颗粒表面接触面积及接触载荷的分形模型

用Weierstrass-Mandelbrot分形函数来表征粉末颗粒表面轮廓的分形特性,然后根据接触力学理论,借助于弹性和塑性临界转化面积,分析了PIM中粉末颗粒接触时的弹塑性变形过程,进而得到了当颗粒表面发生弹性、弹塑性、塑性变形等不同接触状态时粉末颗粒表面真实接触面积和接触载荷的分形模型。     

弹塑性接触粗糙表面切向载荷-位移模型

针对在法向载荷和切向载荷联合作用下粗糙表面的接触问题,建立了一种同时考虑微凸体弹性接触和塑性接触的接触界面切向载荷-位移新模型。对弹性接触的微凸体,采用Hertz弹性理论描述法向接触载荷-变形关系,采用Mindlin微观滑移理论解描述切向载荷-位移关系;对塑性接触的微凸体,采用Abbott和Firestone塑性接触理论描述法向接触载荷-变形关系,在切向采用Fujimoto模型的切向载荷-位移关系。利用概率统计分析方法,建立了整个粗糙表面切向载荷-位移关系。将模型与仅考虑微凸体弹性接触情况的模型进行了对比,研究了不同模型参数对切向载荷-位移关系的影响。结果表明:考虑微凸体弹塑性接触的模型能够更好地描述粗糙表面切向载荷-位移关系;微凸体高度分布密度函数的方差增大,相同平均接触距离下,切向载荷-位移关系受塑性接触微凸体的影响增大;方差相同时,平均接触距离增大,切向载荷-位移关系的斜率增大。     

304不锈钢超声表面纳米化后的表征

利用超声表面纳米化技术(ultrasonic nanocrystal surface modification,UNSM),采用4组静态载荷(70 N,90 N,110 N,130 N)分别在304不锈钢表面获得强塑形变形层,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、XRD等研究了由表层到基体的显微特征、残余应力、硬度分布及相组成等.利用有限元方法探讨弹性模量及泊松比同时由表层到基体梯度增加时,弯曲试件内的正应力分布.结果表明:随静态载荷增大,304不锈钢表面强塑性变形层深度增加,表面硬度略有增大,表面残余压应力增大,γ相向α相的转变效应增强;随静荷载增大,试样表面粗糙度由于静荷载较大反而有所增加;表面纳米化处理后,弯曲试样截面最大正应力降低,回转弯曲疲劳条件下能有效提高材料寿命.     

受压简支正变异性矩形脱层的屈曲和后屈曲

本文用力法求解了不同材料的受压简支正交异性矩形脱层的屈曲和后屈曲问题,并给出了有关的数值结果.结果表明,无量纲临界屈曲载荷随着矩形脱层长宽比的减小而增大;随着载荷的增大,脱层中点的挠度逐渐增大而成为大变形,且挠度与载荷呈非线性关系.     

分形特征表面接触磨损模拟

为实现粗糙表面微观接触磨损的精确预测,根据分形理论对传统的只考虑弹性-塑性两状态的二维分形接触模型进行了修正,并构建了包含弹性-弹塑性-塑性完全状态的三维粗糙表面分形接触模型.通过去除塑性接触微凸体在截断平面作用下形成的球台方法来模拟微观磨损,磨损系数由被去除的球台体积与总接触微凸体体积之比来表征,采用数值仿真分析了磨损系数与分形参数、载荷和材料等因素间的依赖关系.计算结果表明,磨损系数随表面粗糙程度的增大而增大,随接触载荷的增大而减小并趋于相对稳定.接触副材料属性决定了微凸体临界接触面积,进而影响了磨损系数.该模型给出了微观磨损机理的数学描述,为界面接触磨损研究提供了新思路.     

双粗糙表面接触模型中微观摩擦系数的确定

通过考察双粗糙表面接触模型中微观摩擦系数的取值对接触表面的法向变形与法向载荷关系的影响,研究了磨削表面接触模型中微观摩擦系数的取值问题。采用表面轮廓仪测量磨削表面的轮廓数据,然后建立二维弹塑性有限元模型,计算不同微观摩擦系数时试样的法向变形与法向载荷关系。计算结果表明,接触表面间的微观摩擦系数对低面压下的接触变形影响比较大,载荷比较高的时候,摩擦系数的取值并不显著影响接触变形。在微观摩擦系数不为零时,法向变形与法向载荷关系曲线存在一个下陷区,摩擦系数越小,下陷区越小。与实验结果对比,发现忽略摩擦系数的计算结果与通过实验获得的法向变形与法向载荷关系最为接近,双粗糙表面接触模型中忽略微观摩擦系数比较合适。此外还根据计算结果研究了微观摩擦系数的取值对最高接触应力和真实接触面积的影响,发现忽略微观摩擦时,接触应力水平降低,真实接触面积有减小的趋势。     

粗糙球形表面的分形接触力学模型

为了获得粗糙表面点接触的力学特性,提高接触元件的承载能力,采用Weierstrass-Mandelbrot函数生成了三维粗糙球形表面,建立了粗糙球形表面与一刚性平面接触的分形力学模型,推导出不同接触区域上各个频率指数的微凸体的截断面积密度分布函数,获得了真实接触面积与总接触载荷的解析表达式,得到了接触半宽上的接触压力分布。计算结果表明:微凸体的频率指数范围直接影响粗糙球形表面的接触力学性质;当最小频率指数n_(min)与临界弹性频率指数n_(ec)满足n_(min)+5≤n_(ec)时,粗糙球形表面在整个接触过程中呈现弹性变形性质,当最小频率指数n_(min)与临界弹塑性频率指数n_(epc)满足n_(min)>n_(epc)时,粗糙球形表面在整个接触过程中呈现非弹性变形性质;粗糙球形表面的接触半宽主要由基圆确定,对于相同比例的下压量,接触压力峰值与最小频率指数成正比;在弹性变形与弹塑性变形阶段,接触压力在接触区域中心达到最大,向接触区域边缘方向递减,在完全塑性变形阶段,接触压力在整个接触区域近似均匀分布。     

3D复合材料纤维搭桥对椭圆脱层屈曲的影响

用能量法求解了绑结层合板和编织层合板等3D复合材料中有纤维搭桥的椭圆搭桥的椭圆形表面脱层的屈曲问题，搭桥纤维被视为连续分布于脱层表面，可提供人与脱层屈曲挠度成正比的恢复力的线性弹簧，通过假定合理的屈曲模态，得到了满意的结果，算例表明，纤维搭桥对提高临界屈曲载荷的作用十分明显，随着纤维搭桥弹性系数的增大，临界屈曲载荷迅速提高，椭圆长轴的长度增大时，临界屈曲载荷减小并逐渐收敛。     

压磁压电层合复合材料圆柱壳表面局部分层屈曲

摘要：
基于复合材料层合壳理论,利用压磁压电纤维材料的本构关系,考虑在温度和电场、磁场作用下,推导含压磁压电材料的局部非对称分层子层壳的总势能及屈曲控制方程.分析子层屈曲时,考虑了面内横向位移.通过对不同铺层形式的计算,给出了温度、电场、磁场荷载作用下,压磁压电复合材料层壳的几何参数、物理参数对任意方向椭圆形的局部分层屈曲临界应变值的影响规律. 关键词：
压磁压电复合材料; 复合材料层合圆柱壳; 局部分层屈曲; 温度载荷; 电场强度; 磁场强度; 临界应变 中图分类号： O 341
文献标志码： A     

壁厚对称波动圆环在静水压力作用下的临界外压

为了进行不均匀壁厚圆环和圆管的临界外压计算,从研究壁厚关于2个正交轴对称且波动变化的圆环在均匀静水压力作用下的平面内稳定性入手,采用傅里叶级数逼近圆环屈曲的变系数常微分方程的解,导出圆环屈曲的特征方程,分别求得圆环对称屈曲和反对称屈曲的临界外压系数.用最小相对误差拟合法得到了精度较高的临界外压系数拟合公式,其最大相对误...     

Plastic Buckling of Cylindrical Shells Under Transverse Loading

Thick cylindrical shells under transverse loading exhibit an elephant foot buckling mode, whereas moderately thick cylindrical shells show a diamond buckling mode. There exists some intermediate geometry at which the transition between buckling modes can take place, This behavior is significantly influenced by the radius-to-thickness ratio and the material yield strength, rather than the length-to-radius ratio and the axial force. This paper presents a critical value at which the transition of buckling modes occurs as a function of the radius-to-thickness ratio and the material yield strength. The result shows that the circumferential wave number of the diamond buckling mode increases with decreasing wall thickness. The strain concentration is also intensified for the diamond buckling modes compared with the elephant foot buckling modes.     

薄壁矩形钢管混凝土受压柱临界宽厚比

对薄壁矩形钢管混凝土柱在轴压作用下的局部屈曲性能进行了研究。使用能量法分析了钢板的局部屈曲系数。假设钢管壁在非加载边受到弹性约束,在内侧受到混凝土的径向压力,通过计算弹性约束系数,得到了矩形钢管混凝土柱轴压下的临界宽厚比。从公式中得知径向力降低了钢管的屈曲应力。钢管屈曲系数随着约束系数的增大而增大,且与钢管截面高宽比和邻边厚度比有关。     

132m跨双层圆柱面网壳的非线性稳定分析

以132 m跨国内最大的干煤棚双层三心圆柱面网壳为研究对象,采用ANSYS有限元分析程序研究其稳定性。在计算中,考虑了载荷作用方式及结构的几何缺陷等因素对网壳稳定性的影响。研究表明:竖向载荷的分布方式对网壳的屈曲载荷影响不大,但对屈曲模态影响较大;满跨水平载荷的屈曲载荷仅为满跨竖向的56%;网壳的屈曲载荷均随结构几何缺陷的增加而减小,且几何缺陷对水平载荷作用下屈曲载荷的影响大于对竖向载荷作用下的影响。     

静水压力作用下两铰圆拱稳定的截面优化设计

采用泛函极值分析方法,推导出圆拱截面函数和挠曲函数的稳定方程．利用瑞利-里兹法,近似求解在静水压力作用下,两铰圆拱呈反对称屈曲和正对称屈曲状态的临界荷载和截面的优化形式．     

猫头型输电塔在覆冰与风荷载下的动力稳定

利用增量动力分析法和弧长法有限元分析了猫头型输电塔的动力稳定,对比了输电塔静力与动力失稳前、后的受力特征,分析了覆冰厚度和风向角对输电塔动力失稳的影响。通过静力失稳与动力失稳塔顶侧移比相等原则得到了不同覆冰厚度及风向角下,输电塔动力失稳临界平均风速。结果表明:杆塔失稳主要由塔身底部主材屈服、斜材面外变形增大引起;随着覆冰厚度的增加,杆塔静力失稳与动力失稳的差别加大,杆塔在风力动载下的塔顶侧移显著增加,动力失稳临界平均分风速显著减小。输电塔在风荷载作用下的整体稳定性应考虑动力效应及覆冰条件的不利影响。     

加筋真空容器稳定性分析

研究塑料加筋容器在真空状态下的稳定性·基于线性和非线性分支屈曲模型,用有限元法分析了这种组合壳体的临界载荷·分别计算了圆柱壳和椭圆封头的屈曲,并将总体屈曲载荷作为结构承载能力的理论值·利用平衡路径上两点间的割线,求解非线性路径的分支点·为了检查壳体稳定性的缺陷敏感度以及理论结果与真实的承载能力间的差别,做了两种壁厚容器的真空试验·理论与实验比较表明加筋真空容器稳定性对几何缺陷敏感·根据实验结果,建议了一个对于临界载荷理论值的修正系数·     

大型真空消毒柜屈曲分析

对带方形夹套的矩形真空消毒柜进行屈曲分析,利用屈曲理论公式分析法和有限元分析软件计算得到其屈曲临界载荷.从容器的结构及安全性角度出发,对运用理论公式能量法和有限元屈曲分析模块计算得到的结果进行分析比较,最终获得最佳值.     

承受弯矩和轴力的薄梁的弹塑性侧屈

本文讨论在弯矩和轴力联合作用下两端简支的矩形截面薄梁的弹塑性侧向屈曲问题。在屈曲分析中,采用了增量型本构关系和Shanley全面加载理论,最后将侧屈问题化为常微分方程的特征值问题,进而得到薄梁的侧屈临界载荷所满足的方程。给出了算例,并作了讨论。