弯曲载荷下PP/硅藻土复合材料界面应力分布的有限元模拟

应用ANSYS软件对硅藻土填充聚丙烯(PP)复合材料在弯曲载荷下的界面应力分布进行了有限元模拟.结果表明:PP与硅藻土粒子之间界面区各方向的正应力、等效应力、以及xy方向上的剪切应力均于硅藻土粒子的极点处达到最大值,并沿界面朝赤道方向逐渐减小;而yz方向上的剪切应力在粒子的极点附近最小,然后逐渐增大,在距极点约30°处达到最大值;随后回落,距极点约40°后,变化趋于平缓.可见,聚丙烯/硅藻土复合体系在弯曲载荷作用下于粒子极点处产生应力集中,形成脱粘乃至裂纹,是材料失效的主要原因.     

6-相步光弹仪测试细纤维/树脂基体相界面剪应力

用新型的6-相步光弹仪,对直径25μm的单玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的纤维-树脂相界面微观应力分布进行测试.相步弹性学分析表明纤维末端和纤维断裂处附近的等级条纹级数较高,存在较大的应力集中区域.试样两端加载18.38,25.61和32.53MPa时,纤维末端相界面剪应力最大值分别出现在距纤维末端7,18和33μm处,为26.87,30.22和33.20MPa.纤维断裂处,加载为24.69MPa时,相界面剪应力最大值出现在距纤维断裂25μm处,约30MPa;加载增加到33.09MPa时,高的等级条纹级数区域向远离纤维断裂处延伸,相界面剪应力最大值增加到约36MPa.     

PP/CaCO3复合材料拉伸时界面应力的有限元分析

应用ANSYS软件对碳酸钙粒子填充聚丙烯(PP)复合材料在拉伸过程中的界面应力分布进行了有限元分析,并将三维与二维的有限元模拟结果加以比较.结果表明:粒子极点区受到的剪切作用最大,而赤道区则受到基体树脂强烈的挤压提拉作用,拉伸应力达到最大值;相对而言,三维的应力分布曲线起伏较大.     

球形生物材料干燥时的弹性应力研究

建立了弹性应变状态下,生物材料干燥的应力应变模型。应用此模型,可以在得到物料各单元层含水率变化的基础上,得到各单元层的应力与应变。以球型土豆为例,得到:在恒速干燥期,各单元层径向应力与剪切应力逐渐增大,并且剪切应力在1 h～2 h之间达到最大值,径向应力在1 h～3 h之间达到最大值。剪切应力最大值出现在表层,径向应力最大值则出现在含水率高的核心部位。各单元层的应力在达到最大值后缓慢减小,最终接近于零。     

Inconel 718合金喷丸残余应力场及应力松弛的研究

研究了Inconel 718合金喷丸残余应力场及在500℃、600℃保持过程中残余应力的松弛规律。采用钢丸、玻璃丸组合喷丸后，Inconel718合金表面压应力约为-570MPa，距表面0．1mm处压应力达到最大值约为-790MPa，距表面约0.55mm处压应力接近消失。采用玻璃丸喷丸后，表面压应力约-480MPa，距表面约0．06mm处压应力达到虽大值，约为-740MPa，距表面约0．4mm处压应力接近消失。喷丸后的高温保持过程中，残余应力部分发生松弛，应力松弛的动力学过程满足Zener-Wert-Avrami方程。     

加载方向对种植体骨界面上应力分布的影响

目的:探讨加载方向对种植义齿周骨界面应力分布的影响,为临床种植提供参考。方法:用三维有限元法给两种种植分别从垂直、45°及水平方向施加200N载荷,并对其骨界面上应力分布进行分析。结果:种植体颊侧颈部骨界面是高应力集中区;水平向加载时,应力水平最高,是45°及垂直向加载时的2～3倍。结论:在牙科美学范畴内,适当减小种植体植入角度,可以改善种植体周骨界面上所受到的应力水平。     

热障涂层热不匹配残余应力的分析研究

广泛应用于高温部件的热障涂层,在热载荷作用下各层间所集聚的残余应力是导致其层裂和失效的重要原因。针对热障涂层由于热不匹配产生的残余应力,建立了相应的平面应变模型,研究了温度与涂层厚度对界面残余应力和陶瓷层内最大残余应力分布的影响。结果表明,陶瓷层内的残余应力主要表现为横向压缩应力,且最大值位于距陶瓷层表面1/3厚度处;界面残余应力相对较小,但在自由边界处有应力集中现象;随着温度的升高应力值在增大,陶瓷层厚度增加会改变结构厚度方向上的应力分布,且厚度增加使陶瓷层内残余应力值和界面残余应力值减小。     

不均匀胶层对CFRP板加固梁的界面应力影响

采用数值试验研究了CFRP板加固钢筋混凝土梁中不均匀胶层的应力及加固界面应力.被加固梁界面上设置缺口改变胶层的局部厚度,根据缺口的深度、宽度、位置建立6种分析工况.研究表明,缺口距离CFRP板端部较近时,界面峰值应力会高于无缺口工况,缺口远离CFRP板端部位置时,峰值界面应力几乎不受影响;缺口距离CFRP板端部为CFRP板长的0.83%和1.25%时,峰值界面剪应力和正应力分别达到最大值;当缺口的长度或深度增大时,峰值界面剪应力和界面正应力均增大,界面应力对于缺口深度更敏感;在远离CFRP板端部区域,胶层中的应力沿其厚度方向均匀分布;当缺口出现在CFRP板端部附近时,CFRP板端部胶层中的应力沿厚度方向变化更大且应力在缺口区域内分布更加不均匀.     

高速轧机工作界面非稳态润滑过程界面动力学特性

综合运用轧制理论、流体力学理论、摩擦润滑理论,建立考虑非稳态润滑过程轧机系统力学模型.该模型综合运用界面摩擦模型、轧制力、轧制力矩模型、流体动力润滑模型构成的多重耦合模型,定量分析高速轧机工作界面非稳态润滑过程界面动力学特性.研究结果表明:对于较小的压下率,摩擦应力很小,摩擦应力最大值发生在入口和出口的边缘处,并且在较小的压下率下油膜压应力变化非常小;在较大的张应力条件下,工作区压应力低,油膜剪切应力小,压力梯度也相当小;摩擦应力在入口和出口边缘达到最大;随着张应力的减小,油膜压力增大,剪切应力增大更快,最终达到了润滑油抗剪强度;在全膜润滑或者表面粗糙度很小的情况下,轧制力的平均值和轧制力变化的幅度随着压下率的增加而增加,轧制力的最小值几乎一样,不受表面粗糙度和压下率变化的影响;轧制力矩的变化趋势和轧制力的变化非常相似,然而对于带材表面粗糙度很大的轧制过程,轧制力矩的变化幅度比轧制力的变化小.     

316L带极埋弧堆焊残余应力和微观组织的表征

在Q345R表面堆焊焊带309L和316L,其中309L为过渡层。依据标准对熔敷金属进行试验;对试样进行残余应力测定;使用电子背散射技术观察熔敷金属309L层、基体Q345R侧和熔合线附近的微观组织特征。结果表明：熔敷金属铁素体含量、化学成分、晶间腐蚀都满足标准要求;熔敷金属残余应力为压应力,从上表面到316L与309L界面残余应力逐步增大,从316L与309L界面到309L与Q345R界面残余应力逐渐减小,从309L与Q345R界面到基体残余应力逐渐增大。在熔合线附近出现晶粒细化的现象,在热影响区,距离熔合线越近,热输入越大,晶粒直径也越大;熔敷金属层,晶粒倾向于沿着垂直于熔合线的方向生长。     

阳极焙烧传热和热应力的数值模拟

建立了阳极焙烧的三维传热和热应力模型,以现场测定的升温曲线为边界条件,对阳极的升温过程和热应力的变化情况进行了数值模拟.结果表明:阳极内的热应力随温度梯度同步变化,其最大温度梯度和热应力与焙烧时间成抛物线关系.进入中温加热阶段时,阳极在宽度方向上具有最大的断面温差和最大的温度梯度,热应力也达到最大值.焙烧过程中,阳极宽度方向上的传热热流密度远大于长度和高度方向上的传热热流密度,两者相差大于一个数量级.     

钢管混凝土界面抗剪粘结滑移力学性能试验

为探讨钢管混凝土界面抗剪粘结滑移性能,研究钢管混凝土界面应力分布规律,确定界面抗剪粘结应力和粘结滑移本构关系,进行了方、圆钢管混凝土试件的纵向抗剪粘结性能试验研究,试验结果表明:钢管纵向应变沿长度方向基本成呈三角形分布,粘结应力沿钢管混凝土界面均匀分布;方、圆钢管混凝土界面粘结—滑移曲线具有相似的变化规律,圆钢管混凝土界面抗剪粘结强度较方钢管混凝土要大,基于试验结果,提出了平均粘结应力和相对滑移的本构关系。分析比较了钢管混凝土界面粘接性能的主要影响因素,粘结强度受混凝土强度的影响不明显;随混凝土龄期的增大而略有增大;随钢管长径比的增大而增大;随钢管径厚比(宽厚比)的增大而减小。     

不同雨强下土壤大孔隙对坡面流水动力学参数的影响

以室内试验槽为平台,利用人工模拟降雨试验,定量分析了坡度为5°时,在30mm/h,60mm/h和120mm/h降雨强度下,有大孔隙试验槽和无大孔隙试验槽坡面流的水动力学参数的异同点.结果表明,各场次降雨的两坡面流的流态均为层流,除降雨强度为30mm/h时,无大孔隙坡面的坡面流为急流外,其他场次的水流均为缓流;在同一降雨强度下,相对于无大孔隙坡面,有大孔隙坡面的坡面流流速、单宽流量、弗劳德数和雷诺数较小,径流深、径流切应力、水流运动阻力以及坡面糙率较大;随着降雨强度的增大,两坡面的径流深和单宽流量增加,坡面流流速、径流切应力和雷诺数均增大,阻力系数和曼宁糙率均呈现先增大后减小的趋势,弗劳德数则呈现先减小后增大的趋势.     

基于三维重构的原岩硬性结构面抗剪强度

节理面形貌特征是影响岩石节理面剪切破坏的重要因素。具有相同形貌特征的岩石节理面,沿不同剪切方向其力学行为存在差异性。结合三维激光扫描和3D打印技术,针对天然节理岩石的表面形貌进行逆向处理,将其制备为不同剪切方向的人工节理试样,并进行5种法向应力条件下的直剪试验。依据室内试验结果与理论分析,提出了定量计算节理面三维粗糙度与沿剪切方向接触面积有效系数值的方法,建立了不同剪切方向下含有三维形貌参数的抗剪强度模型。结果表明,影响剪胀角的因素与节理面的粗糙度系数和沿剪切方向接触面积有效系数值有关;沿不同的剪切方向会得到不同的剪胀角。基于剪切破坏的爬升和摩擦效应理论,并利用非线性拟合方法,得到峰值剪胀角的变化规律。最后,与已有的Barton抗剪强度公式进行对比分析,进而验证了该方法的合理性。     

外应力作用下小角晶界的斜排位错运动研究

[目的]探讨纳米晶材料中小角度晶界位错在应力作用下的演化机理。[方法]通过分析位错受力,建立动力学方程,分析晶界斜排位错在受到外应力作用下的运动规律。[结果]晶界位错的3个部分结果不同,处在中心位错以上的位错(第1部分)在剪切应力不断增大的过程中,会经过滑移,波动,最后沿柏氏矢量方向滑移过程;中心位错(第2部分)会经过滑移,波动,再滑移过程;中心位错以下的位错(第3部分)会先逆柏氏矢量方向滑移,然后改变运动方向进行攀移,最后回到第5个位错的初始位置后沿柏氏矢量滑移。[结论]当晶界位错受到外应力作用时,晶界会马上瓦解,外应力是导致晶界瓦解的主要因素。对比水平位错的晶界,斜排位错组成的晶界瓦解不具有对称性,每个位错的运动规律都各有特点。     

短粗试样（矿柱）渐进破坏的围压效应

采用FLAC,在矿柱端面不存在水平摩擦力条件下,模拟了围压对矿柱渐进局部剪切破坏的影响。在弹性阶段,材料的本构关系为线弹性。峰值强度后的本构模型取为莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型。数值结果表明,随着围压的增加,矿柱的峰值强度、残余强度及应力降增加;剪切带图案变得不规则,对称性变差,发生塑性破坏的单元数量变少,被剪切带切割的块体尺寸及形状变得不规则;总软化区扩展率降低,因此,受到高围压作用的矿柱,不易发生失稳破坏。但在破坏前,前兆不明显;矿柱中部的均匀分布的水平及垂直应力增加,它们的分布具有某种相似性。在剪切带之外,垂直及水平应力均较高,这为剪切带沿其切线及法线扩展提供了所需要的、较高的应力梯度。应力分布的不均匀性,根源于矿柱发生了以多重剪切带为表现形式的局部剪切破坏。     

横观各向同性圆管中的应力波传播

采用沿次特征线积分方法研究了扭转冲击荷载作用下横向同性圆管中剪切应力波的传播问题并进行了数值解析。数值结果表明：荷载分布不连续时，圆管中复杂的应力分布仅在冲击端附近。     

用三单元法确定三维光弹模型逐点的应力张量

用光弹性方法分析复杂工程结构内部应力时,一般需要三个平行切片,或者将切片切子片进行观测。三单元法作出解答时只需要一个切片,将一个切片平行分成三个单元,利用光学等效原理和实验确定的特征参数,能够定出三维光弹模型沿切片厚度方向的剪应力变化的斜率,进而应用切力差法进行计算。显然,三单元法是平行切片法的发展和进步,该法不仅省工、省时,而且可以提高三维应力分析的精度。