先进增强结构仿真分析与实验研究

目的研究先进增强结构受载条件下的应力分布特点。方法开展先进增强结构有限元仿真分析,模拟先进增强结构在单轴载荷作用下的应力应变特点,同时开展先进增强结构力学试验。试验以0.02 mm/s的速度匀速加载至20kN,采用应变检测方法获取先进增强结构复合材料结构和金属基体结构的应力应变大小,对比分析有限元和试验结果。结果先进增强结构有限元仿真分析结果和试验测试结果吻合度高,先进增强结构能降低金属基体结构的应力水平,降低程度约为15.8%。结论按照飞机高应力区结构特点和载荷分布特点,合理布置先进增强结构,减小局部区域的应力水平,提高该区域的疲劳和损伤容限性能。     

基于平面压入技术研究焊接接头单轴应力-应变关系

目的 获取异种金属焊接接头母材和热影响区局部拉伸应力-应变关系。方法 对压水堆机组蒸汽发生器接管安全端异种金属焊接接头(20MND 5-INCONEL 52-Z2 CND 18.12控氮)进行研究,通过金相检验和显微硬度测试,研究DMWJ母材、热影响区、焊缝熔合线位置的金相组织和维氏硬度分布。采用等直圆棒拉伸试验获得DMWJ低合金钢(20MND 5)母材的应力-应变关系,采用基于能量等效理论的平面压入技术获得DMWJ低合金钢母材、热影响区和焊缝局部材料应力-应变关系。结果 DMWJ材料组织、力学性能不均匀,等直圆棒拉伸试验得到的低合金钢母材拉伸应力-应变关系与平面压入技术测得结果较为吻合。结论 基于能量等效理论的平面压入技术可精确测得DMWJ低合金钢母材、热影响区和焊缝局部材料应力-应变关系,对压水堆核电站DMWJ在役检测及结构完整性评价具有重要意义。     

固体发动机药柱应力应变仿真与试验验证研究

目的研究某导弹固体发动机药柱在不同环境温度下的性能演变规律。方法利用ABAQUS有限元分析软件,仿真计算了药柱在-40,20,50℃下的应力应变情况,在此基础上通过推进剂拉伸应力松弛试验对仿真结果进行验证分析。结果最大应力应变发生在头部人工脱粘层的根部,药柱内部沿径向越靠近内孔表面,应力应变的数值越大,沿药柱的轴向,内孔表面的最大应力应变发生在靠近药柱中间位置。结论线粘弹性本构关系模型在较低应变水平下可以很好地模拟出推进剂的力学行为,当应变水平在14.3%以下时,试验和仿真的相对误差能控制在10%以内。     

先进增强结构在航空装备应用的腐蚀防护进展研究

综述了先进增强结构在航空装备应用过程中的腐蚀防护。结合先进增强结构金属-复合两种异种材料胶接结构形式,在先进增强结构腐蚀防护国内外研究基础上,从胶接技术、腐蚀防护体系设计、防腐蚀密封设计及试验验证等技术方面综述了先进增强结构腐蚀防护研究方向,目的在于加强腐蚀环境下先进增强结构的腐蚀防护探索研究,提高结构防腐蚀性能,加快工程化应用程度。     

薄板单向和双向拉伸时的应力应变关系

对薄板材料在单向拉伸和双向拉伸状态下的应力应变关系进行了理论和实验研究,给出了两种应力状态下所得 n 值的相关性,分析了两者对预报成形极限的适用性。将研究材料在单拉及双拉时的应力应变关系用于深拉延成形的过程分析和成形极限参数计算,结果证明单向拉伸时的应力应变关系用于分析深拉延成形过程更为符合实验结果。     

分子动力学中应变分析的统计矩方法及应用

分子动力学模拟研究金属的力学性质,需要采用合适的应变分析方法研究金属的变形特征及其演化规律.金属材料复杂变形的局部应变特征缺乏简便有效的分析手段,整体变形也没有合适的描述方法.本文提出分子动力学中应变分析的统计矩方法,通过统计矩建立了微观量和宏观应变的关联.在单晶单轴加载、纳米多晶剪切和冲击加载下的应用表明,矩应变分析方法可以很好的描述和评估材料的局部变形和整体变形特征,并通过应变不均匀度鉴别材料的局部塑性变形和弹性变形,是深入研究复杂结构材料变形机理的一种有效的通用分析方法.     

碳纤维增强复合材料的中低应变率力学性能试验研究

目的研究碳纤维增强复合材料的中低应变率力学性能。方法利用电子万能试验机和高速液压伺服材料试验机对[(±45°)]4s和[(±45°)]8两种铺层碳纤维增强复合材料进行常温下准静态和中低应变率力学性能试验,得到不同应变率下的应力应变曲线和失效参数。结果在应变率6.7×10-4~500 s-1范围内,两种铺层材料均具有明显的应变率强化效应,材料失效应力随应变率的提高而增大。两种铺层材料均发生纤维断裂失效和局部的分层失效,但[(±45°)]4s铺层发生燕尾形失效,[(±45°)]8铺层发生剪切失效。结论获得了碳纤维增强复合材料在不同应变率下的力学性能参数,可为复合材料飞机结构的抗冲击设计和仿真分析提供准确的材料参数。     

半固态加工中的触变强度及其影响因素研究

结合半固态金属具有触变性的特点,提出触变强度是触变点对应的应力,阐述了触变强度的研究意义,并结合高固相率下半固态金属等温压缩真应力-应变曲线研究了外变量包括坯料的加热温度、应变速率、保温时间和内变量包括固相体积分数、晶粒尺寸、晶粒的球形度、结构参数、半固态材料的固相屈服强度、半固态材料的初始表观粘度等对触变强度的影响。     

PI纤维在空间带电粒子辐照下的力学性能损伤

目的研究聚酰亚胺(PI)纤维在电子辐照、质子辐照、应力耦合质子辐照条件下力学性能的损伤行为。方法采用中国科学院长春应用化学研究所自主合成并纺丝制备的聚酰亚胺纤维,在空间环境模拟设备辐照的条件下,研究空间带电粒子对聚酰亚胺纤维辐照后的力学损伤行为,并通过XQ-1型纤维强度仪对辐照前后的样品进行拉伸试验。结果在低能电子辐照条件下,聚酰亚胺纤维的拉伸强度、模量和断裂伸长率均有所降低,但变化不太显著;高能电子辐照会提高材料的模量;质子辐照后,材料的拉伸强度和断裂伸长率随着辐照注量的增加明显降低;单一施加5%的应变会使聚酰亚胺纤维的拉伸力学性能有一定量下降。与单一应变样品相比,应力耦合质子辐照样品的拉伸强度和断裂伸长率进一步下降,但是与单一质子辐照样品相比,应力耦合辐照样品的拉伸强度和断裂伸长率都更高。结论无论是在低能电子辐照条件下,还是在高能电子辐照条件下,电子辐照对聚酰亚胺纤维力学性能影响均较微弱,而质子辐照会较大程度地降低材料的力学性能,增加应力耦合效应之后,质子辐照对材料的力学性能影响减弱。     

冲击载荷下螺栓预紧力对应力波影响分析

目的 研究拉伸冲击载荷作用下螺栓预紧力对应力波的影响.方法 针对螺栓弹性变形、塑性变形和冲击破坏3种情形,对螺栓未施加预紧力及施加不同预紧力下的连接结构进行冲击数值模拟,对比分析连接结构的测点应变及螺栓响应,并与霍普金森拉伸实验结果进行对比.结果 螺栓达到断裂或塑性变形时,预紧力对测点应变及螺栓最大应力影响较小;螺栓弹性变形时,预紧力对测点应变及螺栓最大应力影响较大.结论 螺栓达到断裂或塑性变形时,螺栓拉伸变形远大于预紧力变形,此时预紧力影响可忽略;螺栓在弹性变形时,螺栓拉伸变形与预紧力变形程度接近,此时预紧力影响不可忽略,且预紧力越高,螺栓变形越大.     

FRP加固金属结构技术应用研究进展

从FRP加固金属结构设计研究、界面性能研究、工艺研究、耐久性研究等4个方面回顾了FRP加固金属结构技术的发展历程。探讨了FRP加固技术的优势,总结了现阶段FRP修复技术取得的成就和现阶段发展存在的不足。最后,对未来FRP修复技术的发展做了总结。可以预见,随着高性能FRP的不断研制成功以及研究的深入,FRP修复技术必将得到更广泛的应用。     

含预制缺陷PLA蜂窝加筋结构承载力分析

目的 分析不同加筋构型及预制缺陷形式对蜂窝加筋结构抗弯承载能力的影响。方法 以热塑性PLA为基材,通过增材制造技术,制备含预制缺陷蜂窝加筋结构试件,考虑缺陷的长度、数量、深度、方向等因素,采用三点弯曲实验方式,并结合有限元仿真结果进行综合分析。结果 实验得到了结构的位移-荷载关系及破坏情况。线弹性变形阶段,实验与仿真拟合良好,该阶段内,六边构型PLA蜂窝加筋曲板结构承载能力整体优于正六边结构,但后者在后屈曲阶段的残余承载能力更好,且更不易发生断裂。相较于缺陷长度,缺陷深度和缺损肋壁数量对结构承载力的影响更为显著。缺陷方向越趋近宽度方向,结构承载能力越低。结论 实际工程中,应尽可能避免结构中间承载位置处横向加筋肋壁出现缺损,并充分利用正六边与内六边构型蜂窝加筋结构各自的承载优点。     

湘江子流域重点污染企业影响区土壤重金属镉污染源识别

土壤重金属Cd（镉）是威胁人类健康最严重的重金属污染元素之一.土壤Cd污染来源复杂,明确土壤重金属分布特征,探索重点污染企业影响区土壤重金属源解析方法,对土壤Cd污染防治具有重要意义.2018年5-9月,以湘江流域头山、大河滩两个子流域为研究对象,采用系统布点法,借助2 km×2 km的网格在研究区内均匀布点共计2 638个,分析重点污染企业对土壤Cd污染的影响及w（Cd）的空间分布特征,并借助双变量局部莫兰指数方法（bivariate local Moran's I）、广义加性模型（GAM）量化土壤中w（Cd）与企业分布的空间相关性及不同行业源的贡献率.结果表明:①研究区土壤中w（Cd）为0.032~14.01 mg/kg,平均值（0.63 mg/kg）较高,高值区主要分布在研究区西部,低值区位于研究区东部.②研究区重点污染企业总体聚集程度不高（Moran's I=0.45）,而分行业企业呈显著的高聚集分布（0.88 ≤ Moran's I ≤ 0.97）特征,尤其是冶炼与压延加工业的集聚性最为明显.③土壤中w（Cd）与不同行业的空间相关聚类分析发现,存在较大区域的H-H[土壤w（Cd）高值与企业高密度]聚类分布,说明土壤中w（Cd）受企业分布的影响较大,在企业集聚区存在较多的土壤w（Cd）高值区.④在企业影响区内,土壤w（Cd）分布受行业影响排序依次为采选业>化学品制造业>冶炼和压延加工业>其他行业,其方差解释率分别为51.2%、48.0%、46.2%、19.3%.研究显示,研究区土壤中w（Cd）分布受企业的影响明显,在污染源识别中采选业对土壤Cd污染影响最突出,研究结果可为湘江流域土壤重金属污染防治和企业污染源的管理提供依据.      

织物材料开口结构补强方法研究

对织物材料开口补强结构进行了试验分析研究,以开口处使用帆布扣连接的结构为基础,进行了直接加金属片、金属片胶接、金属片铆接3种补强结构的试验,并与未补强结构进行比较。试验结果表明直接加金属片不能提高结构强度,胶接金属片可提高强度28.5%,铆接金属片可提高强度73.1%。通过对相关数据及生产工艺上差别的分析,最终为类似开口结构补强设计的选择提供理论依据。     

高速冲击下多胞材料细观结构中波传播规律

目的 获取安全防护结构中细观多胞材料在高速冲击下的波传播规律.方法 采用基于3D-Voronoi细观多胞结构数值仿真和基于最小二乘法的局部应变梯度法,研究细观多胞结构在高速冲击下的冲击波波阵面传播规律.通过细观多胞结构数值仿真提取的位移场数据,结合局部应变梯度法得到界面清晰的冲击波波阵面.结果 冲击端和支撑端分别诱发右行和左行冲击波波阵面.冲击波波阵面传播过程分为3个阶段,即冲击端诱发右行冲击波阶段、支撑端诱发左行冲击波且未压缩区刚性向右运动阶段和右行冲击波压缩区域与未压缩区域一体刚性向右运动阶段.通过冲击波波速的演化规律研究,分别获取了右行和左行冲击波波阵面的拉氏位置和拉氏波速,通过严格理论推导解释了右行冲击波波阵面具有恒定减加速度的结论.最后对冲击波波阵面划分阶段的合理性进行了验证.结论 基于3D-Voronoi细观多胞结构数值仿真和基于最小二乘法的局部应变梯度法可以获取界面清晰的冲击波波阵面,细观多胞结构在高速冲击下的冲击波波阵面传播规律可为安全防护结构的设计和研究提供参考依据.     

苏南某镇土壤重金属污染的景观格局特征

评价土壤重金属污染等级并掌握其空间格局特征,对区域土壤环境保护和治理具有重要意义.以苏南某镇8种土壤重金属As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn为研究对象,综合运用单因子评价法、内梅罗综合评价法、地统计分析法、景观格局的粒度效应及景观指数分析方法,在污染评价的基础上,分析了研究区土壤重金属的景观格局特征.结果表明:1研究区各土壤重金属单因子污染指数及内梅罗综合评价指数的均值取值范围为0.145~0.893,整体污染程度低,且南部地区污染程度低于北部;2 As、Pb、Hg和Zn面源污染特征明显,其中As和Pb空间分布特征相似,Hg和Zn空间分布特征相似;Cd、Cr、Cu、Ni点源污染特征显著,其中Cd和Cr空间分布特征相似,Cu和Ni空间分布特征相似;3土壤重金属景观的适宜粒度为30~40 m;4研究区土壤重金属低含量区域面积比例最大,较低含量区域边界最复杂,各污染程度区域分布相对集中且综合污染破碎化程度低.表明研究区重金属污染源数量尚少且分布集中,但有进一步发展的趋势,整体处于土壤重金属污染的早期阶段.     

秦王川盆地土壤重金属来源、分布及污染评价

为探究秦王川盆地土壤重金属的来源、分布及污染情况,测定了研究区51个表层土壤样品的8种重金属（Cr、Zn、Cu、As、Pb、Mn、Ni、Cd）总量和pH值;采用多元统计、地质统计方法和GIS技术对重金属的来源、空间变异结构和分布进行了研究,利用污染指数法和模糊综合评判法对重金属污染进行了评价.结果表明：Zn、Ni含量均值大于当地背景值,其余重金属含量均值都低于背景值;Cd属于强变异,其余均为中等变异,Zn、Cr服从对数正态分布,其余均服从正态分布;Cr、Cu、As、Pb、Mn主要为成土母质等自然来源,Cd、Ni主要来源于工业、交通污染,Zn主要来源于农业生产;Zn、As、Ni、Cd的空间分布呈岛状,Cu、Mn呈带状分布,Cr、Pb呈岛状和带状分布相结合的特点;污染指数评价结果为Cr、Cu、Pb处在警戒线,As、Mn、Ni属于轻度污染,Cd为中度污染,Zn为重度污染;模糊综合评判得出1个土样为轻度污染,2个为警戒程度,其余为安全;土壤质量标准是反映土壤质量的依据,总体看,研究区土壤重金属环境质量良好,均未超过国家土壤环境质量二级标准.     

处理废弃轮胎的一种有效方法——轮胎加筋土结构

废胎占用大量空间 ,且会产生诸多环境问题 ,利用轮胎加筋建筑挡土墙或陡坡 (堤 )是解决该问题的一种有效方法。本文提供了一种加筋堤的设计方法 ,比较了不同加筋模式 ,并对该堤进行了环境及其它指标的评价 ,证明了其可行性。