玻壳压制成型中残余应力的数学建模与模拟方法

玻壳成型过程中产生的残余应力对制品质量的影响很大．在分析玻壳成型特点的基础上，建立了玻璃压制成型过程中残余应力计算的数学模型，其中材料假定为热流变简单黏弹性材料，忽略了成型中的流动应力，讨论了模型问题的平衡推论及相容性方程，并详细分析了成型中不同阶段的边界条件．模型的数值求解采用了薄层理论，并通过空间上的分层离散和时间上的有限差分来进行．所提出的模型及求解方法可以很容易地扩展到通常的玻璃压制成型过程，也可用于分析许多与玻璃压制成型相关的问题，具有较广泛的参考价值．     

SiC/(W,Ti)C梯度陶瓷喷嘴的设计与制备

针对磨料喷射加工中陶瓷喷嘴在出、入口磨损最严重，而中间区域磨损相对较小的特点，提出将梯度材料理论运用于喷嘴材料的设计和制造中，研发梯度陶瓷喷嘴材料。通过控制陶瓷喷嘴材料的成分，使其沿喷嘴轴向呈梯度变化，从而使陶瓷喷嘴材料制备过程中于喷嘴入口表层形成残余压应力，达到缓解陶瓷喷嘴在使用过程中所产生的应力，提高其使用寿命的目的。建立了梯度陶瓷喷嘴的物理模型、物性参数模型及成分分布模型。采用有限元方法分析了SiC/(W,Ti)C单梯度陶瓷喷嘴分布指数P对应力的影响，确定了SiC/(W,Ti)C单梯度喷嘴最佳分布指数为0.5。以本设计模型和有限元分析结论为基础，制备了SiC/(W,Ti)C单梯度陶瓷喷嘴。     

基于铝合金板材应力反求与应力评测的飞机结构件加工变形控制新方法

在飞机结构件的高速切削过程中,随着7075铝合金厚板的材料去除,残余应力释放成为加工变形的关键因素.因此,研究加工变形随毛坯初始残余应力释放的演化规律,是进行加工质量控制的核心环节和基础,对于实现加工过程的高效化和精密化至关重要.首先依据弯曲变形理论,推导出工件随材料去除而产生的加工变形力学模型,通过厚向逐层施加单位应力,利用有限元方法计算变形因子,将力学模型分解为变形因子与残余应力之积的数学形式.其次,将加工要求作为加工变形的控制限,结合残余应力的自平衡特性建立残余应力规范模型,采用夹逼原则这一数学技巧,通过引入单位变量将应力规范模型转化为齐次线性不等式组,提出应力规范模型的枢轴变换反求技术.最后,通过任意变量转化为两个非负变量之差的数学技巧,提出了毛坯的实测应力值为应力规范的解的线性规划判断方法,实现了加工变形满足加工要求的预先评估.通过枢轴变换和线性规划方法将被动的加工变形分析转化为主动的残余应力评测,为切削上游工艺提供合理的出厂应力标准,实现毛坯制备与切削工艺的有机结合.     

各向异性体中J2的显函数表达式及其应用

给出了各向异性体中Ｊｋ矢量第２分量的显函数表达式并对它在主微裂纹干涉及微裂纹屏蔽机理中的作用做了详尽的研究。用理论分析和电算实践证明了远场Ｊ积分在微裂纹屏蔽离散模型中的再分配关系，即Ｊｋ矢量的投影守恒关系。在这个关系中，被Ｈｅｒｍａｎｎ所轻视的Ｊ２积分分一样起着重要的作用，证明了微裂纹损伤造成局部材料的刚度下降和残余应力释放这两种能量耗散过程，可用远场Ｊ积分在损伤区中的损失来描述。     

Al2O3-SiC纳米复合陶瓷中的残余应力分析

用Ｘ射线衍射的方法测定了Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＣ纳米复合陶瓷的残余应力，建立模型，计算了残余应力，并与实验测定结果吻合，探讨了纳米复合陶瓷的增韧补强机理。     

沿海高层建筑玻璃幕墙风致应力现场实测研究

沿海地区受台风的影响,高层建筑玻璃幕墙容易发生破坏.目前关于玻璃幕墙抗风性能的各种研究方法都具有一定的局限性.在台风登陆时,受大气压变化、温度变化和暴雨的冲击作用的影响幕墙整体会发生振动和变形,使得幕墙玻璃实际的应变和应力分布情况与模型试验和风洞试验的情况大不相同.本文对厦门沿海某高层建筑的玻璃幕墙进行了现场实测研究,获得了台风登陆过程中幕墙玻璃表面的风压情况及大量风致应力数据,并分析了幕墙玻璃上的风压与应力或应变的关系,总结了应力分布情况.     

利用有限Fourier系数算法求解光学制造中误差校正输入数据

光学自由曲面是一类极难制造的异形曲面, 采取计算机控制光学表面成型技术制造时, 元件表面材料去除量由单位去除函数与输入参量(驻留时间)之间的卷积分决定. 求解加工驻留时间, 一般利用低通滤波器或迭代的方法借助于反卷积算法, 但是结果中存在的近似解将会影响加工稳定性. 本研究基于有限Fourier系数算法构建输入参量求解模型, 可以有效提高参量求解精度并保证加工过程的连续稳定. 通过对影响计算机控制光学表面成型工艺参数的仿真分析, 对求解模型实施评价, 实验结果验证这一方法可以指导高精度自由曲面光学元件的超精密制造.     

注塑成型模拟理论与数值算法发展综述

注塑成型数值模拟近20年取得了长足的发展,应用日益广泛,也面临模拟结果不准确、新方法与商业软件集成困难、微观机理考虑不足等问题与挑战.本文系统回顾注塑成型理论模型的发展历程和各阶段主要成果,简要介绍多尺度模拟方法,分析材料本构模型的特点及适用范围,阐明结晶对状态方程、本构模型的影响,评价求解注塑成型问题的数值方法的特点,指出黏性、黏弹性方法的差异,分析流动前沿追踪方法的优点与缺点,介绍一些特殊物理现象如喷泉流效应的模拟方法,以及充填流动的无网格法.基于现有理论、算法的分析与评价,结合塑料加工行业的实际需求,指出了注塑成型模拟的发展趋势和亟需解决的问题.     

基于ABAQUS的P110整形套管残余应力研究

套管整形完卸载后,其内部会有残余应力,严重降低了套管的抗挤压强度和承载能力。利用弹塑性力学理论,推导出整形套管残余应力的计算模型,然后用有限元分析软件ABAQUS建立P110套管整形复合系统的三维有限元模型,研究整形后不同滑块锥角下套管径向和环向残余应力的分布规律,尤其是最长残余应力带的应力分布。研究结果表明:锥角70°的径向残余应力带以条状的形式分布,环向残余应力带以片状形式分布;径向残余应力具有内压外拉规律,环向残余应力与整形部位有关;最长环向残余拉应力的仿真值与理论值吻合较好。本文建立的有限元模型是可靠的,且综合套管抗挤压强度和整形效率来看,建议整形工具的滑块锥角在70°~80°范围内选取。     

球体内PCM接触熔解分析

建立了一个更能准确地描述相变材料在球内接触熔解时两相界面形状的数理模型，并求解得到了液膜厚度分布及相变熔解速率随时间的变化关系。与实验对比表明，提出的模型能较好地描述整个接触熔解过程。     

基于ANSYS的二次优化方法的实例探究

基于有限元分析技术的优化设计是一种全新的优化技术,其中的有限元分析技术能够满足用户对零部件满应力分布的需要,结构优化技术能够为零部件的设计提供更合理的设计尺寸,用ANSYS软件对模型进行参数化建模、静力学分析、并在此基础上进行多参数同时优化的传统的优化设计方法,可以得到符合工程应力要求的结构模型、合理的结构形式和优化尺寸,实现了结构轻量化的目标,但是却并不一定是最节省材料的优化方法,使其在达到要求性能的条件下,最大限度地减少材料,为了更高效的节省材料,可以采用二次优化方法来解决这个问题。本文通过一个石油机械中马达座的优化例子来说明二次优化方法的优越性,它能有效提高建模速度,提高模型质量,对工程技术人员来说意义十分重大,结果表明,运用ANSYS进行优化设计问题的求解,可以很大程度上减少设计成本,使产品设计更为科学合理。     

热电有限元模型应力分析研究现状及方法介绍

旨在分析热电模块及系统内部应力分布情况的热-电-结构耦合问题近年来得到了产业和学术界的广泛关注,该类问题以有限元模型分析为主要手段,研究内部应力云图及曲线的分布及变化情况,对设计热电模块时预防和减少应力集中提供直观有效的帮助.本文总结了国内外热电有限元模型应力分析的最新研究进展,介绍了热电有限元模型应力分析的基本原理,模型建立过程及相应部件物性参数的选择依据,利用有限元分析软件计算得到的应力分布及变化的结论,以及对热电模块结构进行优化设计的方法.     

含裂纹多材料反平面分析的解析奇异单元

含裂纹多材料反平面问题是一个典型的III型断裂问题,已有的文献给出了其极坐标辛体系下的辛本征解,并讨论了其裂纹尖端的应力奇异性阶次.本文在此基础上,首先补充给出界面有外力作用时其非齐次边界条件所对应的特解,然后利用辛本征解和特解构造出相关问题分析的一类解析奇异单元.将所提出的奇异单元与外部的常规单元相结合,就可用于多材料III型断裂问题的分析,并直接给出应力强度因子的数值结果.数值算例表明,本方法具有很好的求解精度,是相关问题分析的一个非常有效的数值方法.     

基于ANSYS的ITER边校正场线圈电磁-结构分析

针对国际热核聚变实验堆（ITER）磁体系统中不含铁磁性物质的特点，提出了不含空气单元的电磁分析方法，得出了边校正场线圈（SCC）上磁场及电磁力的分布，为结构分析奠定了基础．考虑到SCC总体结构的复杂性，进行了简化的整体模型分析．针对应力最大部位，采用子模型技术进行局部结构分析．得到了线圈盒、铠甲以及绝缘层的应力分布，为SCC设计改进及生产提供了可靠的理论依据．     

考虑应力敏感的产水气井产能方程

在气藏开发过程中,随着地层压力下降,有效应力增加,孔隙度和渗透率均降低,再加上气井产水的影响,将导致气井产能大幅下降。为综合研究储集层应力敏感性和产水对气井产能的影响,基于渗透率随压力的指数式变化关系式,建立了考虑应力敏感的产水气井产能方程。通过推导与求解,获得了受应力敏感指数与水气比同时影响的二项式气井产能方程,提出了产能方程预测IPR曲线求解方法。最后结合实例进行分析,定量展示了应力敏感和产水对气井产能变化的影响,同时也证实了该产能方程的可靠性和实用性。     

前处理与超音速火焰喷涂金属陶瓷涂层对TC21钛合金疲劳性能的影响

为研究喷砂与喷丸前处理及超音速火焰喷涂(HVOF)WC-17Co金属陶瓷涂层对新型超高强度TC21钛合金疲劳性能的影响,利用旋转弯曲疲劳试验机研究了疲劳性能的变化规律,利用X射线衍射仪、表面粗糙度仪、显微硬度计、扫描电子显微镜和X射线应力测试仪等分析了前处理及涂层的基本特性与表面完整性.结果表明,喷砂与喷丸前处理均可以在TC21钛合金表面引入残余压应力;HVOFWC-17Co涂层与钛合金基材结合紧密,涂层硬度显著高于钛合金的表面硬度,但涂层的次表层存在一定的残余拉应力.喷丸能够显著提高TC21钛合金的疲劳抗力,主要归因于喷丸引入了表面残余压应力;喷砂对钛合金疲劳抗力无显著影响,此归因于喷砂引入的表面残余压应力与造成的表面缺口效应的相互抵消.TC21钛合金喷砂后进行WC-17Co涂层处理,其疲劳抗力较基材显著降低,此归因于HVOF过程的热效应极大地松弛了喷砂表面的残余压应力,WC-17Co涂层韧性低、含孔洞型缺陷、且有残余拉应力,以及喷砂造成的钛合金表面缺口效应的综合作用.TC21合金喷丸后进行WC-17Co涂层处理,其疲劳抗力较基材有所降低,但降低的程度比喷砂预处理试样小这是因为喷丸处理改善疲劳抗力的有利作用部分弥补了WC-17Co涂层及HVOF高温效应对疲劳抗力的不利影响.     

颗粒强化氧化铝基复合陶瓷断裂特性的预测

计算了颗粒强化的氧化铝／碳化硅和氧化铝/莫来石复合陶瓷的残余微应力．结果表明，这两种复合陶瓷基体中的微应力与颗粒含量成线性关系．分析了应力状态对裂纹扩展和晶界强化的影响．从微应力作用的角度计算了氧化铝／碳化硅和氧化铝／莫来石复合陶瓷基体晶界与晶粒韧性比，并进一步得到断口的穿晶断裂百分比，从而建立了这两种复合陶瓷微观结构及成分、基体微应力、穿晶断裂百分比三者的对应关系．这样根据颗粒强化复合陶瓷的微观结构、第二相含量及分布可以预测复合陶瓷的断裂特性．     

基于CAEPIPE的空气导管应力分析与补偿

在考察大型客机空气导管结构尺寸、材料物性参数、工作条件及补偿方式的基础上,基于CAEPIPE软件建立了空气导管引气系统计算模型;选用米塞斯（VONMIESE）应力准则,进行了应力计算分析;并系统研究了补偿方式、补偿位置等因素对导管应力性能的影响。研究工作对于我国大型客机空气导管系统的设计优化具有参考价值。     

激光冲击强化机理研究

研究表明,高功率密度激光作用于材料表面时,表层材料吸收激光能量产生等离子体,它喷射爆炸时形成强烈冲击波。当材料表面覆以约束介质和吸收涂层时可大大增强冲击波强度,从而有一个强大的冲击动量作用材料表面,当冲击强度超过材料的动态屈服强度时,就在材料上造成一个塑性变形层,塑性层中存在着表面残余应力和高密度位错,这些因素的综合作用延长了材料的抗疲劳寿命。     

基于ABS熔融堆积成型中孔轴类零件收缩及变形实验研究

快速成型能将CAD模型转化为实物模型,但材料的收缩变形可能导致成型件尺寸出现较大的偏差。为保证快速原型件能合理装配,以孔轴类零件配合为研究对象,利用熔融堆积成型原理对ABS材料进行成型实验,运用回归分析法研究发现,孔轴原型件收缩与尺寸存在着线性关系。对原型件变形机理进行实验分析可知,当材料填充率在10%~40%之间时,轴的圆度误差较小。利用这些成型规律及特性对模型进行处理,可保证装配的合理性和打印零件的质量。