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关键词： 弹簧应力松弛   微细结构演变   位错运动   间歇松弛   初始载荷   Cottrell气团  

摘要： 研究弹簧应力松弛过程中的微结构变化对于揭示应力松弛机制、改善弹簧服役条件、研发新型弹簧材料具有重要意义。本文借助初始载荷-温度耦合作用,探讨位错脱钉、位错回复两个过程对弹簧应力松弛的影响,并分析弹簧应力松弛后的微观组织。结果表明:当初始载荷为设计载荷的70%和80%且试验温度低于393 K时弹簧的载荷损失较大,这是Cottrell气团对位错运动的阻碍作用较弱所致;当初始载荷为设计载荷的90%和100%时,试验温度越高弹簧的载荷损失越大;初始载荷超过设计载荷后,会出现间歇松弛现象,这是位错脱钉与回复协同作用引起的。位错运动引起的应力松弛主要包含位错脱钉与位错回复两个过程,位错脱钉引起弹性应变到塑性应变的转化,回复耗散塑性变形能,随着脱钉与回复过程的进行,材料微结构不断发生变化。

关键词： 压力容器   有限元分析   接管载荷   载荷方向  

摘要： 为了解决工程实践中封头接管根部安全评定时最危险工况选取困难的问题,文章以核电站中常见的椭圆封头为例,利用有限元分析软件模拟不同载荷类型及组合方式在各个方向上对封头接管根部的影响。研究结果表明,载荷方向对接管根部应力有显著影响,确定了使接管根部产生最大应力的载荷方向并总结了规律。为类似结构安全评定时最危险工况的选取提供了重要依据。

关键词： 大型矿砂船   应力重构   船体结构   动态载荷   结构健康监测  

摘要： [目的]大型矿砂船货舱段大开口设计的不连续性与高密度货物分布的非均匀性给船体结构安全带来巨大挑战，需要提升结构健康监测系统对矿砂船结构安全状态的感知适应能力。[方法]提出一种总体-局部载荷联合作用下船体应力场实时重构方法。选用精细化的大型矿砂船货舱段有限元模型作为研究对象，综合考虑总体-局部、时变-静态载荷共同作用的复杂工况，根据载荷形式与结构响应特征，构建监测点布置方案与单位载荷基，基于多源载荷叠加原理与有限的测点数据，实现大型矿砂船货舱段结构应力场的实时重构，并进一步探讨动态载荷幅值和周期特性对应力重构精度的影响规律。[结果]结果显示，该方法在典型波浪工况下展现出良好的预测精度，超过97%的重构数据点相对误差率控制在5%以下，最大相对误差率在10%左右。重构误差随载荷幅值的增大与载荷周期的缩短有所增加，载荷周期变化对重构结果的影响更为显著，在规范设计值内，该方法的最大绝对误差不超过6 MPa，可一定程度满足实际工程需求。[结论]该方法在大型矿砂船结构应力重构时具有良好的工程适用性，可以为船体结构健康监测与剩余寿命预测提供参考。

关键词： 复合材料   预拉应力   砰击载荷   动响应试验   Hashin失效准则  

摘要： 以船身式下机身复合材料壁板结构为研究对象,考虑机身壁板在飞行状态下所受预拉应力情况,设计试验夹具为复合材料板提供预应力载荷,基于数控系统控制冲头装置以模拟水面砰击载荷,开展预应力下复合材料板在砰击载荷下的动响应试验;采用显式有限元方法,建立数值仿真模型,引入Hashin失效准则计算,将仿真结果与试验结果对照分析,为高海况船身式下机身结构抗冲击设计提供支撑。结果表明:采用数控系统模拟的载荷波形与真实试验测得的载荷曲线拟合一致;试验方法与仿真方法获得的结果误差控制在15%以内,分析结果可靠;预应力增加了复合材料壁板的刚度,结构冲击位移减小,但关键部位应变值增大;1 m/s着水载荷对部件间粘贴部位产生脱粘损伤,未出现材料损伤;随着载荷量级增大,壁板的长桁与蒙皮处发生层内损伤。

关键词： 轴箱螺栓   螺栓松动   有限元分析   运行安全  

摘要： 针对高速动车组运行过程中轴箱螺栓出现的松动问题,利用有限元软件HYPERMESH建立B类轴箱螺栓的有限元模型,并通过有限元分析软件ABAQUS来模拟螺栓连接的受力过程,对螺栓的松动机理进行分析。研究不同交变载荷幅值、预紧力对工作螺纹表面的等效应力分布、切应力以及滑移状态的影响。结果表明,在轴向交变载荷作用下,随着圈数增加,工作螺纹受到的等效应力、切应力和滑移量逐渐减小。保持螺栓预紧力不变的情况下,增大轴向交变载荷幅值会导致等效应力和切应力增加,滑移量增大,使得螺纹表面更容易发生滑移。增大螺栓的初始预紧力会使螺纹表面不容易发生滑移,但过大的预紧力会导致螺栓连接失效。研究结果有助于分析和预测螺栓连接的稳定性和可靠性。

关键词： 定向井井筒   Mises等效应力   非均匀地应力   三维力学模型   剪应力   应力分析   套管强度  

摘要： 定向井井筒承受内压、外压、轴向力和剪应力以及弯曲应力(狗腿度引起)等复杂载荷作用,常引发套管破裂、挤毁、错断等井下复杂情况。目前的相关研究中,井筒力学模型多局限于二维平面,未考虑剪应力的影响,导致对井筒等效应力的评估偏低。建立了综合考虑内压、非均匀地应力、轴向力、剪应力和弯曲应力荷载的定向井井筒三维力学模型。基于该模型,推导了井筒的Mises等效应力计算公式,并分析了非均匀地应力、剪应力、井壁岩石弹性模量、泊松比、套管内压和方位角等因素对井筒Mises等效应力的影响规律。研究结果表明,两向地应力相同,第三向地应力载荷的非均匀度增加18%时,套管的Mises等效应力增加36%,且随着非均匀度增加,等效应力增加明显。三向地应力均不同时,非均匀度增加17%时,套管的Mises等效应力增加38%,相同不均度下套管的应力更大,井筒更不安全。当施加的剪应力达到正地应力幅值的7.3%时,井筒套管Mises等效应力增加2.84倍,水泥环Mises等效应力增加2.79倍,井壁岩石Mises等效应力增加3.75倍。套管的Mises等效应力与井壁岩石的弹性模量和泊松比成反比。该研究可为定向井井筒建立更准确的失效判据,从而避免或者减少井筒复杂事故的发生,同时也为复杂地应力作用下定向井井筒的Mises等效应力求解提供了新思路。

关键词： 裂纹   应力场   特性曲线   断裂  

摘要： 采用弹塑性有限元方法分析了力载荷下含裂纹体的应力场演变历程，提出了表征应力场演变历程的σn/σs-I1max/σs特性曲线，该曲线由弹性变形段、弹塑性变形段和全塑性变形段三部分组成；建立了平面应变和平面应力状态下应力场演变特征值w1的表达式；基于I1断裂准则和σn/σs-I1max/σs特性曲线建立了含裂纹体的断裂分析图。

关键词： 切口   应力场   特性曲线   断裂  

摘要： 采用弹塑性有限元方法分析了力载荷下含切口体的应力场演变特性及其影响因素，提出了表征应力场演变历程的σn/σs-I1max/σs特性曲线，该曲线由弹性变形段、弹塑性变形段和全塑性变形段三部分组成：当σn/σs小于1/Ktσ时含切口体处于弹性变形阶段，当σn/σs等于1/Ktσ时含切口体局部屈服进入弹塑性变形阶段、定义此时的I1max/σs为参量ω1，当σn/σs等于1时含切口体全面屈服进入全塑性变形阶段、定义此时的I1max/σs为参量ω2，1/Ktσ、ω1和ω2为σn/σs-I1max/σs特性曲线的三个特征值；推导了特征值1/Ktσ和ω1的表达式；探明了影响σn/σs-I1max/σs特性曲线的主要因素为材料泊松比与塑性应力应变本构关系、含切口体的应力状态与加载方式、切口位置与尺寸；基于I1断裂准则和σn/σs-I1max/σs特性曲线建立了含切口体的断裂分析图。

关键词： 激光布点阵列   局部破坏   弹塑性力学模型   脉冲荷载   最大应力   数值模拟  

摘要： 激光产生的大部分能量能够被冰吸收，是一种高效的辅助破冰手段。与传统机械方法结合使用，可以显著提高破冰效率。为研究激光布点参数对冰块内部最大应力及其应力分布规律的影响，本文通过激光布点辅助机械荷载破冰实验与激光预打孔冰块在静压和脉冲荷载作用下的弹塑性力学数值模拟，探讨了激光布点的数量、深度及间距对冰块内部最大应力及其出现时间的影响。研究结果表明，激光布点可以在冰块上形成局部破坏区域，这显著增强了荷载作用下的应力集中效应。此外，相比于静压荷载，在脉冲荷载条件下，冰块内部达到相同最大应力所需的时间显著缩短，进而有利于冰块的快速破碎。本研究为极地破冰作业的高效实施提供了方法和理论参考。

关键词： 柔性电子复合薄膜   数字图形相关法   热应变   电学稳定性  

摘要： 为定量表征热载荷作用下铜膜层对柔性电子复合薄膜应变分布和电学特性的影响,建立了基于数字图像相关法的热变形测试工作站和电学测试站的综合测试系统,首先在柔性聚合物上通过磁控溅射方法制备了铜导电层厚度为50、100、200、500 nm的二维马蹄形柔性电子复合薄膜,并对柔性电子复合薄膜在恒速率加热条件下进行原位和全局变形检测和电信号稳定性检测。提取了二维马蹄形互连的热应变场,并重点分析了薄膜铜层附近单位面积内的应变场特征。结果表明,500 nm膜厚铜层在热载荷作用下与衬底配合关系最佳,样品整体应变成稳定趋势。同时配合电学测试站对样品进行电信号采集,发现随着铜膜层厚度增加,500 nm样品的电阻松弛至3Ω,并在持续温度载荷下可以保持优异的工作稳定性。综上所述,通过建立热载荷测试系统揭示了不同金属层厚度对柔性电子复合薄膜衬底和金属层连接的热应变与信号传输效率的影响,实验表明了500 nm铜膜层样品在热载荷下的性能优势,为可拉伸电子元件的安全设计提供了理论依据。