圆孔孔边应力集中的经典解与有限元分析

针对经典解法中将平板开小圆孔视为平面应力问题,采用应力法求得开孔板应力,分析了孔边应力集中的大小。针对某一具体算例,将经典解与三维有限元得到的解相比较,对两种解法所得到的结果进行了比较和探讨。     

平板中心圆孔边应力集中的有限元分析

应用ANSYS软件，对平板中心圆孔的应力集中进行了有限元分析，对圆孔平板在单向和双向应力条件下的应力状况进行了计算和分析，并将有限元结果与解析解进行比较。分析表明，在单向应力条件下，圆孔大小对平板圆孔的应力分布没有明显影响。     

含圆孔有限厚度板的三维弹性应力场分析

通过三维有限元计算来研究含圆孔有限厚度板的圆孔边缘应力场,找出了应力集中系数与板的厚度、圆孔半径之间的关系,同时还分析了圆孔边缘的三维应力约束程度和三维应力约束区域的大小.研究结果表明:离面应力约束系数在板的中面最大,而在表面为0,三维应力约束影响区域的长度约为板厚的一半;应力集中系数沿厚度的分布是不均匀的,其最大值及位置与厚度有关;有限厚度板中面的应力集中系数及其最大值均大于平面应力或平面应变的应力集中系数;对含圆孔任意厚度板的应力集中问题,按平面应力或平面应变来考虑是不安全的;Sternberg等人对含圆孔任意厚度板的应力分布及应力集中系数的近似三维求解,仅适用于厚度较小的板,当板超过一定厚度时同样也是不安全的.     

含N个圆孔的正交异性板应力集中问题

应用复应力函数Ｆａｂｅｒ级数展开的方法，对于含有Ｎ个圆孔的正交异性板，给出了其应力场解，算例结果表明，合理布置孔的相对位置，可大大降低相邻圆孔附近的应力集中。     

动态应力集中的优化研究

用有限元法和动态光弹性法研究了带有圆孔的平面直杆在冲击载荷作用下动态应力集中的优化问题。结果表明,在主孔下方引入辅助孔可减小动态应力集中系数,得出了动态应力集中系数随辅助孔直径的变化规律,获得了辅助孔的优化尺寸。     

含N个圆孔的正交异性板应力集中问题

应用复应力函数Ｆａｂｅｒ级数展开的方法，对于含有Ｎ个圆孔的正交异性板，给出了其应力场解，算例结果表明，合理布置孔的相对伴置，可大大降低相邻圆孔附近的应力集中。     

多孔弹性平板弯曲或扭转的应力集中

针对合有任意多孔无限大弹性平板弯曲或扭转应力集中的计算问题,应用弹性力学的复变函数理论,采用多保角变换的方法,推出了多复变量应力函数的表达式。在边界上进行复Foutier级数展开,用待定系数法确定应力函数的未知系数,从而计算弹性板的应力场。以含有任意多圆孔的无限板为例,进行了算例分析,给出了各种载荷下孔距对应力集中的影响因素和孔边周向弯矩的分布图。结果表明：该方法对处理多孔弹性平板弯曲或扭转问题是行之有效的。     

基于ANSYS不同板宽的孔边应力集中问题探讨

就无限大板宽的孔边应力集中问题,有弹性力学的齐尔西解答(极坐标),但解析解的应用有一定局限性。本文通过ANSYS数值模拟的方法研究有限板宽的孔边应力集中问题,与弹性力学的解析解进行比较,给出了应力集中系数与相对孔径尺度的关系。同时分析表明,带孔平板的圆孔附近应力发生了明显的改变,但数值解的精度易受网格划分方法、尤其网格尺度大小的影响。     

应力集中单元

本文借助于复变函数方法，以圆孔为例，给出一个八节点的应力集中单元。单元的复应力函数，精确地满足孔边的边界条件，而在单元的外边界上，借助于最小余能原理，在变分意义下满足由节点位移参数表示的位移边界条件。实例表明，这样的单元可以较精确地反映出孔边的应力集中现象，在通用程序中应用该单元计算应力集中是非常有效的．     

基于子模型的孔边应力集中的有限元分析

用ANSYS软件对圆孔板的应力集中进行了有限元分析,计算了圆孔平板在单向或双向受力下的应力分布,并与理论解进行了比较,其ANSYS解与解析解均比较接近．同时,把在粗糙拱型下的计算结果和子模型下的结果进行了比较,从而论证了所用方法的优越性．     

厚管板液压胀接残余应力的研究

针对一实际厚管板的开裂问题,应用有限元分析方法,模拟了管板的液压胀接过程,计算了管子与管板接触面上的残余接触压力以及管孔周围的残余环向应力。结果发现,液压胀接后,在管子与管板接触面上的残余接触压力的分布是不均匀的,存在两个有较大残余接触压力的"密封环"。沿管板厚度,管孔周围的胀接残余环向拉应力可达数10 MPa,该应力很可能会触发裂纹形核并促使裂纹沿管板厚度方向发生穿透性扩展。     

铝锂合金薄板自动钻铆残余应力特性

利用主应力法推导了铆接壁板所受压力的力学公式,将壁板等效为厚壁圆筒,根据空间轴对称问题求解方法,得出铆接孔孔壁处径向和周向残余应力的表达式,理论分析结果可以合理解释镦头高度和钉孔直径对孔壁处残余应力的影响规律:随着镦头高度和钉孔直径的变化,孔壁各处径向残余应力的变化并不明显,而周向残余应力的变化十分显著;镦头高度和孔径尺寸的增加使周向残余压应力的绝对值下降,甚至出现残余压应力转变为残余拉应力的情况.对于孔壁处残余应力沿板厚方向的分布,采用有限元方法进行分析.结果表明,上、下壁板间应力存在突变,下壁板孔壁处残余应力呈"C"型分布.得出铝锂合金材料在自动钻铆过程中相关工艺参数的合理取值.     

激光冲击处理对小孔构件残余应力场的影响

采用高功率 Nd：glass 激光器对 LY12CZ 铝合金小孔构件表面进行激光冲击强化处理,并对冲击区域进行残余应力场的测试与分析。结果显示,在激光功率密度为1．75 GW/cm2和光斑直径为6 mm 的强激光冲击作用下,冲击区域产生了残余压应力场,层深约1．2 mm,表面最大残余应力为-57 MPa,厚度方向上最大残余应力为-36 MPa。优化后的激光冲击处理工艺参数能够获得较好的残余应力场。     

轧机辊轴承座的机械加工工艺研究

轧机辊轴承座结构复杂,轴承孔精度要求高、壁厚差大,不利于进行机械加工.通过先粗后精、先孔后面、先车后磨、不断消除残余应力的加工工艺,解决了相关技术问题.     

中红外波段三明治结构的负折射效应

利用AnsoftHFSS有限元软件对响应在中红外波段周期结构的三明治薄膜超材料进行了s参数仿真,并对其负折射效应进行了优化研究。研究发现薄膜结构的负折射性质随着介质层厚度的变化而变化。通过对不同介质层厚度、孔及其反结构的金属一介质一金属薄膜的仿真,发现周期孔阵结构薄膜负折射效应的品质因数和带宽大致随介质层厚度的增加而增大,当介质层厚度达到1μm时,正方品格和中心对称晶格的孔阵结构薄膜FOM值可分别达到0．542和0．544THz,负折射率带宽则可分别达到6．65、4．75THz。周期长条结构薄膜虽然没有这种规律,但当中心对称晶格长条结构的介质层厚度为0．5／am时,材料出现双负性质,品质因数和负折射率带宽可以分别达到6．20和0．935THz。     

含随机微裂纹的椭圆孔口应力分析

针对实际工程中广泛存在的孔洞边缘含有随机微裂纹的孔口应力分析问题建立了理论模型.利用微裂纹在小尺度下的局部保角性构造近似的复变函数,通过对微裂纹与宏观孔洞的尺度分离获得了不同尺度下椭圆孔口的应力场,并扩大了复变函数的应用范围.结果表明,通过近似的复变函数的构造和微裂纹与宏观孔洞的尺度分离,能够准确计算含微裂纹椭圆孔口的应力场和应力强度因子.当含随机微裂纹的椭圆孔洞所在平面承受竖向均布载荷时,椭圆长短轴的比值越大,应力强度因子的极值越大,且应力强度因子沿椭圆边缘的衰减速度越快;当椭圆长短轴的比值足够小时,微裂纹位置对应力强度因子的影响不大.     

自行车U形车架立管扩孔机设计

针对自行车U形车架立管上的鞍管安装孔加工前后壁厚变化率较大,工件容易在加工过程中发生变形并影响成品精度等问题,通过对加工特点的分析,提出了创新设计的夹口平行移动的夹具和转动限制器。采用夹口平行移动的夹具减小了工件的锥状变形;增加工件转动限制器,减小了夹具所承受的扭矩,从而减小了工件变形量,保证了成品的精度。     

带圆孔复合材料层合板的孔边层间应力研究

含圆孔纤维增强层合板的孔边层间应力研究属三维各向异性弹性力学范畴,是一个较复杂的问题。本文利用块体八结点各向异性等参元,求解了在两种平面载荷作用下,含不同圆孔孔径的多层纤维增强层合板孔边层间应力的分布。