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。     

固体装药头部人工脱粘层应力应变仿真分析

目的研究固体发动机药柱头部人工脱粘层在50,20,-40℃等3种温度下的应力应变。方法基于线性粘弹性有限元方法,利用ABAQUS分析软件对药柱应力应变进行仿真。结果得到了人工脱粘层在3种温度条件下的Mises和最大主应力应变云图,及Ⅰ,Ⅱ界面轴向、周向和径向的应力应变对比曲线。结论最大应力应变出现在人工脱粘层根部,应力与环境温度的变化成线性关系,温度变化对Ⅰ界面上脱粘层轴向应变、Ⅱ界面上径向应变影响最大。     

板材弯曲最小相对弯曲半径计算方法探讨

板材在弯曲过程中,外表面的切向拉伸变形程度最大,当外表面的变形程度超过极限变形程度时,板料就会破裂。板料弯曲时的极限变形程度可用最小相对弯曲半径来描述。通过对板料弯曲变形应力应变分析,提出了几种近似计算最小相对弯曲半径的方法。     

板弯成型残余应力的数值分析

应用矩阵分析法,对板弯成型过程,按三维流动理论,考虑材料非线性和几何非线性,加工硬化按实际的应力—应变硬化曲线,通过增量加载,求得加载终了时的应变、应力和外力矩。卸载按弹性变形,通过增量卸载,求得弹复后的残余应变,残余应力,弯曲曲率和板宽方向的翘曲。最后,分别用应变片电测法和x射线法进行了板弯成型残余应力的实验研究,所得结果与数值计算结果比较吻合。     

玻璃纤维-铝合金层合板氙灯老化性能研究

目的研究氙灯环境对玻璃纤维-铝合金层合板性能的影响。方法通过研究玻璃纤维-铝合金层合板在氙灯老化后的力学性能、基体红外光谱、铝合金表面形貌及元素变化,分析层合板的氙灯老化机理。结果随氙灯老化时间的延长,树脂基体老化降解程度越高,树脂与纤维、铝合金的界面强度下降,使材料拉伸及弯曲性能降低,拉伸强度受老化影响最为显著的是正交结构层合板,老化84 d后强度降低13.7%,正交结构0°方向层合板的弯曲强度受氙灯老化影响降低4.6%,其他试样的弯曲强度降幅均低于5%,氙灯老化后的铝合金层表面的微凹坑数量及尺寸无明显变化,但凹坑氧元素随老化周期延长略微增加。结论氙灯环境主要影响玻璃纤维-铝合金层合板中的复合材料层及各界面,树脂基体的降解导致力学性能的衰退,而对于铝合金的影响并不明显。     

压缩和劈裂荷载作用下岩石最大伸长应变差异的试验研究

从力学机制上看,岩石破坏可分为剪切破坏和拉伸破坏两种基本形式,它们各自都有不同的破坏准则,其中最大正应变强度准则是一个应用相对比较简单的岩石破坏准则。最大正应变强度准则判据建立的关键是如何标定极限伸长应变Σ_0。岩石在压应力和拉应力作用下都有可能发生符合最大(伸长)正应变准则的破坏。根据弹性理论,岩石在受拉和受压时对应的最大正应变临界值是等价的。然而,由于岩石材料的复杂性,岩石实际受压与受拉导致最大正应变形式的破坏所对应的最大正应变会有较大的差别。通过试验,本文揭示了不同种类的岩石在受拉、受压破坏时最大伸长应变的差异以及受压和受拉条件下岩石最大拉伸应变的理论值和试验值之间的差异。     

理想弹塑性材料弯曲回弹分析及回弹弯矩计算

分析了弯曲回弹应力应变变化过程 ,推导了矩形截面杆回弹弯矩、回弹曲率的计算公式 (1 4 )、(1 1 ) ;发现经典纯弯曲理论确定回弹弯矩的方法与公式 (1 4 )比较存在较大理论误差     

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。     

波浪-地震对海底管道垂直弯曲段力学状态的影响研究

考虑波浪力和地震波载荷的影响,通过载荷和约束简化推导穿越强震区海底管道在波浪载荷和地震波载荷作用下的运动方程和状态方程,进而得到海底管道垂直弯曲段应力和轴向应变的影响因素;通过数值计算对海底管道垂直弯曲段强度随剪切波速、管径、壁厚、弯管角度及海底土体性质的变化规律进行研究。结果表明:在地震波和波浪力共同作用下,海底管道垂直弯曲段最大应力出现在弯管下部位置;同一工况下波浪载荷比震波荷载对管道垂直弯曲段最大轴向应力的影响更大;实际海底管道设计时应优先采用大直径、大壁厚管道,管道垂直弯曲段弯管设计角度不大于30°。研究结果为特定区域现场施工提供了技术支持,对海底管道设计中的选管、几何形状优化提供科学依据。     

岩石力学、地震和地震预报

岩石受力超过强度极限就要发生断裂。图1是岩石在三轴荷载条件下典型的应力-应变关系。岩体受某种地质营力作用之后沿OAB曲线积累应变能量。OA是弹性形变范围,应变随应力呈线性增加,当外力解除之后,岩体变形即恢复到原来的形态。     

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。     

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。     

受内压椭圆封闭薄壁截面杆的小变形动力学性质

讨论受内压椭圆封闭薄壁截面杆的小变形动力学性质。把内压产生的应力作为初应力,利用薄壁杆理论和初应力位形上附加变形的线性理论,研究相对初应力位形产生的附加变形控制方程,由此给出小变形动力学性质的定量分析方法和拉压、弯曲、扭转固有频率用内压表示的数值结果。     

等离子体处理的时效性对芳Ⅲ/双马复合材料耐湿热性能的影响

目的考察等离子体处理前后及其时效性对芳Ⅲ/双马复合材料弯曲强度、界面性能及耐湿热性能的影响。方法用低温射频耦合等离子体处理芳纶纤维表面,分别将未处理的、等离子体刚处理过的和等离子体处理后在空气中放置三天后的纤维通过溶液预浸渍工艺制备芳Ⅲ/双马复合材料预浸料,再经过高温模压成形技术制备芳Ⅲ/双马复合材料单向板。采用万能材料试验机对水煮前后复合材料的弯曲强度和层间剪切强度进行测试,利用扫描电子显微镜对复合材料层间剪切破坏形貌进行观察。结果等离子体处理后,复合材料的吸水率由未处理时的0.51%下降到0.33%,复合材料层间剪切强度由49.4 MPa提高到62.9 MPa。等离子体处理时效后复合材料的吸水率增加到0.69%,复合材料的层间剪切强度下降到56.0 MPa。结论等离子体处理提高了复合材料界面性能,但等离子体处理的时效后,复合材料的界面性能及其耐湿热性能有所下降。等离子体处理及时效性对复合材料的弯曲强度和耐湿热性能变化不大。     

某型飞机全尺寸雷达罩静强度分析与试验验证

目的考核某型飞机全尺寸雷达罩的静强度,验证其计算模型的准确性。方法采用有限元计算和静力试验相结合的方法,对某型飞机全尺寸雷达罩的承载能力进行研究与试验验证。根据雷达罩的结构特点和载荷分布情况建立有限元计算模型,进行应力应变计算与强度校核,得到了雷达罩的应力应变云图。在此基础上,选用最严重载荷工况对雷达罩的承载能力进行试验验证。通过试验总体方案设计及加载实施方案优化设计,采用矢量加载技术和软硬结合的加载方式对雷达罩施加拉压载荷,保证各加载点的载荷均与所在表面的法向相同,与雷达罩实际受载情况一致。结果雷达罩的应力水平较低,承载能力较高;试验实测应力结果与理论计算结果有偏差,但应力分布规律合理,与理论分析计算结果的趋势基本一致;静力试验结果证明雷达罩及其与机身连接结构能够满足静强度设计要求。结论雷达罩静力试验测得的应变数据与有限元计算结果吻合较好,雷达罩本体及其与机身的连接结构满足强度设计要求。     

黄河冰三点弯曲强度的试验研究

本文介绍了河冰弯曲试验的试验方法，分析了河冰弯曲破坏的机理，提出了河冰弯曲破理论，给出黄河冰三点弯曲强度试验结果，分析了应力速率和冰温对弯曲强度值的影响。结果表明，黄河冰三点弯曲强度随应力速率的增加呈马鞍型分布，随冰温的降低出现极值，在Ｔ＝－１０℃时，弯曲强度达到最大值。     

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。     

硬化模具钢经电火花线切割加工后的表层组织形态与性能

作者应用光学金相、扫描电镜、X-射线衍射分析、X-射线应力分析、电子探针微区分析及多冲疲劳试验等先进测试手段,对电火花线切割加工的硬化模具钢试样的表层结构、表面形貌、自亮层的成份及组织、残余应力、耐磨性、多冲疲劳寿命等方面进行了试验研究。试验表明:电火花线切割白亮层由大量残余奥氏体加部分马氏体及少量残留碳化物组成,其组织具有枝晶形态,白亮层提高了硬化模具钢的耐磨‘性和多冲疲劳寿命,对冲击韧性没有明显影响,而稍稍降低弯曲性能。     

航空发动机叶片振动特性试验研究

目的通过理论计算和试验验证获得航空发动机叶片一阶弯曲振动频率,并在一阶弯曲振动模态下获取叶片所受应力与叶片自振频率、叶片振幅之间的关系。方法利用有限元分析软件对叶片进行模态分析,得到叶片的一阶弯曲振动频率。在振动试验系统上,通过扫频试验验证叶片发生一阶弯曲共振的频率,对叶片进行高应力振动试验。结果叶片一阶弯曲振动频率理论计算值为3584 Hz,实验值为3286 Hz,误差为8.31%,满足工程误差小于10%的要求。叶片所受应力与叶片自振频率、叶片振幅之间的关系为σ=1.8759af。结论得到了叶片的一阶弯曲振动频率以及叶片所受应力与叶片自振频率、叶片振幅之间的关系。     

京珠高速公路某路段软基沉降预测

本文结合京珠高速公路广珠段某软基试验资料 ,运用有限层分析法对某断面沉降作出了理论预测与分析。经与实地观测数据对照 ,效果良好。表明该方法能够较合理地模拟土体的应力应变过程。