宽板弹塑性纯弯曲的一个精化理论

本文采用Q次Lagrange分段插值来逼近材料的真实应力应变关系,对于宽板的弹塑性纯弯曲问题,提出了一个考虑应力中性层、无伸长层及截面的几何中心层分离效应的精化理论。推出了计算变形时板内的径向应力、周向应力、板厚变化、弯矩以及完全卸载后弯曲角的回弹量计算公式。算例表明,理论结果与实验结论一致。本文的结果,对于板材的弯曲成形研究具有重要的意义。     

管件数控弯曲工艺参数对回弹的影响

管件数控绕弯卸载后会产生回弹现象,为更好提高船舶管件绕弯成形质量,需要对弯曲卸载后的回弹进行有效控制。基于有限元软件Dynaform平台建立船用20#管数控弯曲及回弹的三维有限元模型,模拟了管件绕弯卸载后的回弹过程,通过正交实验设计,对回弹角度数据进行极差分析和方差分析,研究了工艺参数对回弹影响的显著性及规律。结果表明:对回弹角度影响显著的工艺参数顺序依次是:防皱模与管件间隙、弯模与管件间隙、芯棒前伸量、镶块与管件间隙;回弹随着弯模间隙的增大而增大,随芯棒前伸量、镶块间隙、防皱模间隙的增大而减小。同时建立显著性工艺参数与回弹角度的回归预测模型,经对比验证,此模型得到的结果与虚拟正交试验之间的相对误差不超过5%。     

非对称型材拉弯成形的数值模拟研究

基于非线性有限元软件MSC.Marc对某汽车门框复杂截面型材的拉弯回弹进行了数值模拟研究。首先以切边模型为例对复杂截面型材有限元拉弯模拟做了详细的分析,提出了回弹半径和回弹间隙两种回弹参数评价,分析了模具半径和预拉力对回弹的影响。然后针对容易起皱的底面提出了一种失稳判定准则,并把复杂截面拉弯成形后的起皱区域划分为三部分,结合MSC.Marc软件的二次开发功能给出了描述失稳程度大小的用户变量曲线图。复杂截面型材拉弯成形的缺陷参数处理,最主要的就是回弹和起皱,有限元数值模拟对汽车型材拉弯件的成形质量、生产效率等都具有重要的指导意义。     

工字形铝合金偏心压杆平面内稳定承载力研究

运用ANSYS软件对常用的铝合金挤压型材偏心压杆的平面内稳定承载力进行了研究,分析了不同长细比和偏心率杆件的稳定性能,并讨论了残余应力与初弯曲对杆件承载力的影响.研究结果表明:除相对偏心率很大及长细比很小的情况外,工字形截面偏心压杆受拉翼缘不会进入塑性状态;初弯曲对杆件的影响随长细比和弯矩的增大而减小;铝合金挤压型材残余应力峰值很小,对杆的承载力影响不大,可忽略不计.在大量数值分析的基础上,拟合出了工字形铝合金偏心压杆的平面内稳定计算公式,可供工程设计参考.     

NiTi形状记忆合金梁的变形特性

针对形状记忆合金材料拉压不对称性,结合梁的纯弯曲理论,研究了NiTi形状记忆合金梁非线性弯曲问题,建立了截面应力、变形量、相变区百分含量表达式,并对简支和悬臂两种梁进行数值求解.结果表明:随着弯矩的增大,中性层先向受压侧移动,后移向受拉侧;在同一弯矩作用下,梁的最大挠度值、曲率、变形量以及相变百分含量随着拉压不对称系数的增大而减小,拉压不对称系数越大材料越不易发生相变.     

不同模量石墨简支梁的弹塑性分析及试验研究

石墨烯是一种强度最大、具有拉压不同弹性模量的材料.石墨是石墨烯的原材料,由于其良好的耐辐照性能,广泛地应用于国防核工业,研究石墨的不同模量力学特性正在成为一种新的研究趋向.实验测试了MSL82型号石墨的力学行为,证明并得到石墨材料的拉压不同模量比值.同时建立了不同模量弯曲梁的弹塑性分析理论模型.通过与测试数据的比较,验证了模型的准确性.研究表明:不同模量石墨梁在弹性阶段,中性轴的位置偏向下方受压侧,但不随荷载变化;拉压模量比对截面的应力分布影响很大,减小拉压模量比,可减小最大拉应力;而增大拉压模量比,则可以减小最大压应力.进入塑性阶段后,随着外荷载的增加,中性层的位置上升,最终的位置由拉压屈服极限的比值决定;随着截面的塑性发展,拉压模量比对截面应力分布的影响逐步减小,但对应变的影响仍然较大.因此,可通过改变拉压模量比来控制截面的最大拉压应变.     

拉压弹性模量不等材料杆的纯弯曲及偏心压缩

基于弹性力学的基本理论 ,分析了拉压弹性模量不等材料直杆在纯弯曲变形状态下的应力和应变 ,给出相应的应力计算公式 ,并讨论了拉压弹性模量的比值参数对应力分布的影响 .在此基础上又分析了拉压弹性模量不等材料杆在偏心压缩时的应力、应变 ,给出了横截面中性轴位置的数值计算方法和数值解 ,并进行了定性的讨论 .     

矩形截面型材拉弯弹复研究的实验新方法

以往的拉弯实验研究都是基于传统的拉弯成形机,设备造价高,操作复杂。本文以矩形截面型材为研究对象,基于弹塑性弯曲工程理论的基本假设和应变的可叠加原理构建了矩形截面型材拉弯的力学模型,讨论了拉弯变形后型材横截面上应力应变分布的不同情况,进一步揭示了拉弯成形的变形机理。设计了一种新型的拉弯实验模具并开展了矩形截面型材拉弯弹复的实验研究,针对某一矩形截面型材,在弯曲半径为200 mm和300 mm时,获取了型材回弹后的半径与截面拉力的关系。利用有限元分析软件ABAQUS开展了基于物理实验的有限元模拟分析,物理实验和有限元分析所获得的拉弯弹复规律与理论解析结果一致,数据吻合。该模具造价低廉,结构简单,操作方便。实验结果可靠,具有一定的理论研究和工程指导价值。     

“FAST”反射面单元试验样机檩条用新型高强度铝合金型材热挤压工艺研究

分析了铝合金材料热挤压成形变形特点,对新型高强度铝合金型材挤压成形进行了实验研究,分析了温度对材料的应力应变的影响,不同变形速率下材料的应力应变规律,确定了新型高强度铝合金型材热挤压工艺参数。     

弯曲荷载下腐蚀介质SO42-、Cl-在混凝土中的分布规律

分析了混凝土试件在弯曲荷载作用下各部位的应力大小和受力状态,并研究了腐蚀介质SO42-、Cl-在混凝土试件中的分布规律.结果表明:在扩散距离相同的混凝土层中,纯弯区部位的SO42-、Cl-含量大于弯剪区;拉应力层中的离子含量大于压应力层;弯曲荷载下混凝土试件受应力破坏最严重的部位为纯弯区拉应力层,该层中SO42-、Cl-含量最大;荷载作用下,不仅渗透进入混凝土中的SO42-、Cl-的量增加,离子的分布规律也发生改变,离子含量由对称分布改变为从压应力表层至拉应力表层呈"√"型分布,至压应力第3层或第4层(中性层)下降至最低,在拉应力表层离子含量最大.     

圆筒中渗碳诱发的扩散应力分析

以菲克第2定律为基础，研究了表面碳浓度恒定时碳由圆筒内表面向外表面扩散的浓度分布情况.运用固体力学理论推导在平面应变条件下圆筒中各扩散应力分量的表达式，分析了圆筒中渗碳诱发的径向应力、周向应力和轴向应力沿壁厚的分布规律，并讨论了圆筒内、外半径比对碳浓度及其扩散应力分布的影响.结果表明，圆筒的内、外半径比对其渗碳表面的碳浓度和扩散应力分布的影响不同.当圆筒的内、外径一定时，其渗碳表面的碳浓度随着渗碳时间增加而增大；径向应力始终表现为压应力；周向和轴向的应力分布相似，并在渗碳初期，处于圆筒内表面周向、轴向的应力达到最大值；随着渗碳时间的延长，从内表面向外表面渗透的过程中，其应力状态逐渐由压应力转变为拉应力.     

X80钢曲面对接焊缝残余应力尺寸效应

以试验测得的X80钢高温性能参数为基础建立了曲面对焊结构仿真模型,并进行了试验验证,研究了曲面外径、曲面壁厚和焊缝宽度等尺寸效应对曲面对接焊缝残余应力分布的影响规律。结果表明：曲面外径、曲面壁厚和焊缝宽度的变化均会对曲面对接焊缝残余应力的分布规律产生影响;随着曲面径向截面面积的增大,焊趾处径向残余拉应力逐渐增大,残余压应力峰值逐渐减小;曲面径向截面面积和焊缝宽度的增加,均会引起焊趾处残余拉应力峰值的增大并导致曲面对焊结构中焊接残余应力水平的升高,降低结构整体的耐腐蚀性能和疲劳性能;在选用曲面壁厚小于4 mm的曲面结构进行工程设计时,焊接残余应力分布对壁厚的变化十分敏感,极易导致结构内部残余拉应力的增大并产生应力集中区域。     

双金属复合板的拉伸回弹特性研究

以弹塑性力学理论为基础,对双金属复合板在平面应力状态下的拉伸回弹过程进行解析,得出回弹残余曲率及残余应变中性轴偏移量的解析方程,继而结合有限元仿真和试验分析钢-铝复合板的拉伸回弹变形行为。研究表明,复合板拉伸回弹后呈现纯弯曲状态,残余曲率随着载荷的增大而增大,对于任意材料的双金属复合板均存在一个复合配比值,在该值下拉伸回弹产生的残余曲率最大。     

冷绕成形螺旋弹簧回弹理论及数值模拟

针对现有研究未考虑张力对螺旋弹簧成形及回弹影响的问题,建立受张力影响的螺旋弹簧成形及回弹理论;讨论当簧丝受弯矩和张力共同作用时,弯矩与簧丝横截面应力、张力与簧丝横截面应力、回弹比与张力的关系;通过大型非线性有限元分析软件ABAQUS 6.8实现不同张力下螺旋弹簧冷绕成形过程的数值模拟.理论计算与模拟结果均表明:张力不同会导致弹簧最终回弹量的不同:张力越大,簧丝在卸载时越容易保持成形时的形状,回弹量越小:实际生产弹簧时,在除张力外的其他参数不易改变的情况下,可通过增大或减小张力的方法来减小或增大回弹量.     

考虑施工过程影响的PCCP地震响应分析

为了研究地震作用下施工过程对预应力钢筒混凝土管(PCCP)的影响,建立考虑PCCP施工过程影响的非线性有限元模型,利用生死单元技术实现PCCP从地应力平衡到施加预应力钢丝预应力、铺设管道,再到回填回填土过程的有限元分析,以压实度作为衡量回填土施工质量的指标,基于黏弹性人工边界理论、等效节点力地震动输入法以及静-动力边界...     

CFRP对称铺层环形法兰连接拉伸刚度计算方法

为计算碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced plastic，CFRP)对称铺层环形法兰连接的拉伸刚度，基于圆板对称弯曲和经典层合板理论提出一种考虑环向支撑、材料各向异性和撬力作用系数的计算方法。在制备过程中，采用预浸料手工铺设和模压成型的方法成型试件，而后开展了3组不同法兰板厚度（2.2，3.0，3.8 mm）连接件轴向拉伸试验。通过对比理论计算值与试验结果，验证了计算方法的正确性，误差均不大于13.61%。通过理论模型分析影响因素，结果表明：拉伸刚度随法兰板厚度、外径和内径的增大而增大，随螺栓所在的半径变大而减小；改变螺栓位置对于拉伸刚度的提升比改变法兰板内外径更显著，当螺栓位置由90 mm调整至85 mm时，拉伸刚度提升59.54%。     

T700/QY8911缝合复合材料细观力学模型研究

建立了两种缝合复合材料单层细观力学几何模型。通过考虑缝线引起面内纤维弯曲角度的梯度渐变分布和纤维弯曲区域宽度的范围,以T700/QY8911缝合复合材料为例,用细观力学方法和数值积分方法分别计算了两种模型的弹性常数和拉伸强度。计算及试验结果表明,缝合引起的面内纤维弯曲变形导致了复合材料纵向弹性常数下降;无论增强纤维最大弯曲变形程度为何值,当纤维弯曲区域宽度越小,纤维弯曲区域宽度对纵向弹性模量的影响越大;即缝线引起纤维在针脚附近只有部分纤维发生弯曲变形比纤维全部发生弯曲变形得到的结果更准确。     

考虑应变软化纤维增强混凝土圆管极限荷载统一解

纤维增强混凝土通常通过在混凝土中掺入少量的钢纤维、合成纤维等制成，能有效地改善混凝土的抗拉、抗弯性能，近年来纤维增强混凝土越来越多地应用到厚壁圆筒的制造中．由于Mohr-Coulomb、Mises、Tresca等屈服准则只适合拉、压强度相等的金属类材料，不适用于纤维混凝土，因此本文在讨论纤维增强混凝土软化特性的基础上，基于俞茂宏提出的能考虑中间主应力影响的统一强度理论和材料应变软化特性，得到了适合应变软化材料的统一强度准则，分析了受内压作用纤维增强混凝土厚壁圆管的受力特性，导出了其弹性与塑性极限荷载统一解形式．利用此解，可以很容易得到具有应变软化特性的各种拉、压强度不等材料以及不同纤维增强混凝土材料的厚壁圆管极限荷载解，同时，由于此解既考虑了材料的软化特性的影响又考虑了中间主应力的影响，因此它更符合实际情况。     

超高强度硼钢B1500HS的热冲压工艺试验

摘要： 研究了奥氏体化加热温度和保温时间对厚1.8 mm的冷轧硼钢B1500HS的淬火组织、原奥氏体晶粒尺寸和力学性能的影响,制定了B1500HS钢的奥氏体化加热规程,并采用带冷却流道的V型弯曲模具进行了B1500HS钢的热冲压和纯马氏体钢M1200的冷冲压对比试验.结果表明：B1500H钢的热冲压成形零件强度高达1.530 GPa,其型面精度较高且基本无回弹;而M1200钢冷冲压成形所需最大成形力约为750 kN,是热冲压成形所需最大成形力的2倍,且出现了明显的回弹现象,回弹角约为9°.     

特厚冲积层冻结井壁受力机理与设计优化

为解决特厚冲积层冻结井筒的支护难题,对井壁受力机理和设计优化方法进行了探讨.井壁实际受力状态分析表明:特厚冲积层冻结井筒,外层井壁的内缘混凝土处于"拉-压"二向应力状态,其中环向处于压应力状态,竖向则处于拉应力状态;而内层井壁的内缘钢筋混凝土处于"压-压"二向应力状态,其中环向压应力是由静水压力或层间压力引起的,竖向压应力则是由自重应力等引起.根据现行混凝土结构设计规范,提出了特厚冲积层冻结井壁设计优化方法.工程实例应用结果表明:采用这一设计优化方法不但可以减薄井壁总厚13%,而且它与现行国家混凝土结构设计规范相衔接,各项参数取值有法可依,优化后的井壁工作状况正常.