韧性材料在球形压头渐进载荷下仪器化划入行为

使用半径为500μm的球形氧化锆陶瓷压头对3种高分子和20种金属材料在渐进载荷下进行微米划入测试,研究了韧性材料在球形压头仪器化划入过程中的弹塑性变形行为.仪器化划入结果发现:随载荷的增加,金属的弹性回复率、残余划痕硬度、几何划痕硬度和侧向划痕硬度均趋于稳定.而高分子的弹性回复率,几何划痕硬度却是单调减小,很有可能产生损伤破坏,在最大载荷下利用线弹性断裂力学方法计算得到的断裂韧度与文献中的结果一致;在大载荷下,残余划痕硬度和侧向划痕硬度趋近于常数.残余划痕硬度大于几何划痕硬度;摩擦系数随着载荷的增大而非线性增大是由于球形压头几何形状的影响(灰口和球墨铸铁的摩擦系数平稳段是由于石墨的影响).大部分材料的划入响应与力学性能有密切关系:临界划痕应变(弹性回复率平稳阶段的起始应变)与屈服应变成正比;趋于稳定的残余划痕硬度与屈服强度有线性关系,并且与努氏硬度成比例.     

正交异性压电双材料反平面界面端裂纹分析

在反平面无穷远处机械载荷和平面内电载荷共同作用下,运用复合函数法和待定系数法,分析了正交各向异性压电双材料反平面界面端裂纹,将反平面界面端断裂问题转换为求解偏微分方程组的边值问题,通过求解偏微分方程组,得到应力强度因子、电位移强度因子,并数值算例分析影响应力强度因子和电位移强度因子的因素.     

谢桥煤矿1242(1)首采工作面矿压显现规律研究

以谢桥煤矿1242(1)首采工作面为例,分析了综采工作面矿山压力显现特征、顶板活动规律、液压支架的性能和对该煤层顶底板的适应性及控制效果、工作面顺槽超前支承压力分布,对初次来压期间和周期来压期间支架载荷特征进行了较为系统的分析,为后期开采11-2煤层积累了经验.     

地面雷达罩受风载荷作用的数值模拟

对风载荷作用下的雷达罩进行有限元数值模拟分析,从而确定拉压应力范围,并给出罩体基圆位置的合力与力矩值.同时对雷达罩也作了屈曲分析,并给出风载荷下的稳定系数.结果表明受风载荷的雷达罩的最大应力发生在截球底座的边界上.有限元方法对雷达罩进行的稳定分析中考虑了基圆位处约束,计算得到的实际屈曲值比理想条件下的解析解更为准确.     

受火侵袭两端完全约束钢梁大挠度行为的参数分析与极限温度准则

本文工作主要包括三部分：1）将有限变形动力学中的最小加速度原理应用于静力学问题,建立了火载荷作用下两端受约束钢梁问题的控制方程和计算模型,该模型考虑了大挠度效应,也涉及热膨胀变形效应,并配合包含温度效应的本构方程,因此形成对钢梁火灾行为进行数值模拟的动力有限差分法,能够充分描述钢梁受火作用下的大挠度行为和悬链线效应.与文献中已有方法相比,本文方法简单有效,并可容易地发展以用于爆炸和火载荷共同作用下钢梁行为的分析.初步数值结果比较表明,所给出的方法是有效和可靠的.2）利用该方法,本文详细比较了应用几种不同的热膨胀变形公式和材料强度、刚度折减系数公式后所给出的不同的位移响应结果,分析了这些参数对临界温度的影响.3）在对包含轴力和弯矩的屈服函数和轴力随温度变化规律分析的基础上,明确提出确定两端完全约束大挠度钢梁极限温度（或称失效温度）的两个准则,即分别由悬链轴力开始出现和达到最大值以确定两个相应的极限温度,而数值结果还表明,这样定义的两个极限温度与分别相应于最大挠度等于L/20和L/10的临界温度是接近的,该结论对于钢梁进行合理的抗火设计是很有益的.     

航天器升空过程振动环境的地面试验条件

卫星、飞船等航天器振动试验目的是考核它们对升空过程低频振动环境的适应性.本文对卫星随火升空和整星地面振动试验两种状态进行了仿真计算,星界面横向振动同的条下,比较两种状态卫星顶点的动响应,结果毫无共同点.这是由于升空过程星界面有角运动,而地面试验却制界面角运动.仿升空状态的计算中,确定了与星界面运动关的角运动,并以此作为振动试验补充条,进行地面振动试验仿真计算,此时卫星顶点动响应与升空状态一致.可见补充角运动条是现航天器地面振动试验与其升空过程振动环境一致的有效方法,也为多自由度振动台的应用和条制定提供了依据.     

考虑机动载荷不确定性的机翼气动弹性优化设计

提出了一种考虑飞行器机动载荷不确定性的气动弹性优化设计方法,并应用于一个小展弦比机翼的结构设计中.针对使用理论线性气动力和风洞试验气动力时存在的不确定性,发展了一种载荷修正模型,用于预测理论线性气动力和风洞试验气动力摄动时的严重载荷.定义了3类严重载荷目标函数,并在4种典型机动状态下,针对机翼三个剖面进行载荷评估,基于序列2次规划法,确定严重载荷状态;在此基础上,以质量最小为目标,以结构应力、变形和颤振速度为约束,采用遗传-敏度混合算法开展气动弹性结构优化设计.所得到的最优结构虽然比单独采用理论线性气动力或试验气动力得到的最优结构要重,但由于在设计之初考虑了气动力的不确定性,因而在实际飞行中遭遇严重载荷时将更具鲁棒性,可降低结构重新设计的风险.     

镐形截齿截割不同硬质岩石的随机载荷模拟

在假设截齿的截割阻力和牵引阻力服从Gamma分布、侧向力服从正态分布并考虑其相关性的条件下,运用随机过程理论通过MATLAB编程对其进行计算机模拟。结果表明,三向力随谱氏系数_厂呈剧增趋势;牵引阻力是栽荷最大峰值的最大分力。通过模拟,可单独研究某一参数对截齿截割性能的影响,从而部分地替代实验和工程实测,节省大量的实验费用。     

基于有限元法的旋冲破岩提速仿真分析

旋转冲击钻井技术是深井、超深井钻井常用的提速措施之一,可以有效提高钻头破岩速率。相较于旋冲工具的迅速发展,冲击参数对钻头破岩效率影响的量化研究还不多见。本文利用有限元法研究旋冲钻井配合PDC钻头的破岩提速机理,研究冲击参数对岩石破碎体积、机械钻速的影响。仿真结果表明:随着冲击载荷增加,冲击破碎坑深度和体积相应增加,增加趋势先快后慢;使用Φ215.9mmPDC钻头旋冲钻井,中硬地层推荐冲击力20～45kN。利用有限元法模拟钻头破岩过程,可针对不同岩性地层、钻头类型、钻井参数进行冲击参数优选,为旋冲工具的参数优选和性能改进提供理论支撑。     

含砾岩样中切削齿冲击载荷变化规律试验

通过直径为19 mm的单齿切削含砾岩样试验,研究砾石直径、胶结强度、切削深度、切削齿后倾角等对切削齿所受冲击载荷的影响规律,分析PDC钻头钻进砾石层的损坏机制。结果表明:切削齿受到的冲击力随着砾石层胶结强度、砾石直径的增加而增大,随切削齿切削深度的增加呈指数增加;相同切削面积下,切削齿受到的冲击力随着后倾角的增大而增大;当冲击载荷大于切削齿的极限冲击强度时,切削齿将直接产生碎裂;即使冲击载荷不能达到切削齿的极限冲击强度,周而复始的冲击载荷达到切削齿的冲击韧性时,切削齿将发生冲击疲劳损坏。