【摘 要】
:
课题来源于国家自然科学基金项目“含夹杂或裂纹非均质材料摩擦磨损的微观机理研究”(51875059)和重庆市自然科学基金面上项目“高熵合金摩擦磨损微观机理研究”(cstc2020jcyj-msxm X0850)。近年来,高铁、航空航天、国防科技等领域对工程材料提出了更高的要求,材料内部的夹杂或杂质往往会引发材料次表面微裂纹的萌生,从而导致机械关键零部件的失效。实验表明夹杂物的形状、大小以及分布形式等
【基金项目】
:
国家自然科学基金项目“含夹杂或裂纹非均质材料摩擦磨损的微观机理研究”(51875059); 重庆市自然科学基金面上项目“高熵合金摩擦磨损微观机理研究”(cstc2020jcyj-msxmX0850);
论文部分内容阅读
课题来源于国家自然科学基金项目“含夹杂或裂纹非均质材料摩擦磨损的微观机理研究”(51875059)和重庆市自然科学基金面上项目“高熵合金摩擦磨损微观机理研究”(cstc2020jcyj-msxm X0850)。近年来,高铁、航空航天、国防科技等领域对工程材料提出了更高的要求,材料内部的夹杂或杂质往往会引发材料次表面微裂纹的萌生,从而导致机械关键零部件的失效。实验表明夹杂物的形状、大小以及分布形式等会对材料的疲劳寿命带来关键影响,因此探究夹杂物与基体之间的相互作用机制对于材料的综合性能以及寿命评估等方面具有重要意义。本文基于微观力学基本理论,对平面二维任意形状热夹杂的弹性场解进行了研究,其研究结果能够为提高材料的力学性能和疲劳寿命提供一定的理论参考依据。本文的主要研究内容如下:基于微观力学的基本理论,通过格林函数和围道积分,将位移场在夹杂域上的面积分转化为沿夹杂边界的线积分,在夹杂受均匀热膨胀的情况下,提出了基于线单元的边界离散算法,基于直线单元的位移场解,推导了直线单元的应变以及应力场解;针对夹杂受非均匀本征应变的情况,提出了基于三角形单元的数值离散算法。为了验证基于线单元离散算法的正确性,本文还推导了均匀本征应变下二维平面椭圆热夹杂的位移、应变以及应力场的解析解。对于受非均匀本征应变的热夹杂,本文提出了三角形单元离散算法,并通过有限元解对所得结果进行了验证分析。结果表明,本文推导的直线单元基本解析解与所提算法可以高效便捷的实现对夹杂及其周围基体弹性场的分析。引入基于矩形夹杂离散算法,该算法是已有文献中计算任意形状夹杂弹性场解的常用方法,但是由于离散网格数量的增多导致计算效率降低,为此该离散方法引入了快速傅里叶变换算法,使得其计算效率显著提高。为证明本文提出的基于线单元离散算法的计算效率与计算高精度性,与矩形夹杂离散算法进行了对比,结果表明,基于线单元的边界离散算法无论是在效率还是在精度方面均优于基于矩形夹杂的离散算法。圆弧单元作为基本的曲线单元,其弹性场解析解的研究对于边界(部分)涉及圆弧段的夹杂弹性场解具有重要意义。基于格林函数,推导了圆弧单元的位移场表达式。对于夹杂受非均匀本征热应变的情况,提出了基于圆形基本单元的离散算法,通过与有限元解的对比验证分析,表明该算法的有效性与高精度性。基于前文所分析的基本单元弹性场解析解表达式,通过迭加原理对多夹杂系统的响应场解进行了分析,同时建立了多夹杂系统模型,使用有限元方法对其进行了模拟仿真分析,并给出了多夹杂系统在均匀本征热应变与线性本征热应变下的位移、应变以及应力场响应云图,进而通过有限元方法验证了全平面多夹杂系统理论解的正确性和有效性,后面进一步对其他算例进行了分析讨论,结果表明,本文方法可有效的进行多夹杂系统弹性场求解及分析。
其他文献
激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)是一种以激光束为能量源,将金属粉末快速熔化并凝固的逐层累积制造技术。其具有成形精度高,力学性能优良等特点,并且可成形具有复杂拓扑特征的异形件。以三周期极小曲面(Triply Periodic Minimal Surface,TPMS)结构为代表的多孔结构(Porous Structure)是一类具有规则多孔特征的可复制单元,其具
星型人字齿轮传动装置是齿轮传动涡扇(GTF)发动机的核心部件,具有结构紧凑、承载能力强和传动效率高等特点,传动效率是GTF发动机齿轮传动的重要评价指标。齿轮副啮合功率损失对系统传动效率有着较大的影响,其中摩擦功率损失是啮合功率损失的主要部分,特别是高速重载齿轮传动,轮齿承受载荷高,相对滑动速度大,且处于混合弹流润滑状态,齿面摩擦功率损失严重。因此开展星型人字齿轮系统啮合效率计算及宏微观参数优化,对
相较于传统的移动机器人,刚性跳跃机器人在非结构化环境中可以表现出更高的运行效率和更大的工作范围,但其普遍存在社会效益低、发展潜力小、推广难度大等共性问题。由智能柔性材料制成的软体跳跃机器人采用简单的软体结构和控制策略以提高经济性、可靠性和安全性,有望成为解决此类问题的有效方案。但是,现有的软体跳跃机器人驱动方式均无法赋予软体跳跃机器人能够快速、连续跳跃从而灵活越过障碍的能力。本文以软体跳跃机器人为
现代战争正向信息化、智能化方向发展,传统高精度制导弹药因高额的研制成本,在战争中的应用受到限制,面向已经应用的低成本的不可控弹药,研发能够提高其打击精度的修正引信,对提高火炮远程攻击精确度和作战效费比具有重要的意义。首先,基于二维弹道修正技术,设计高旋弹的隔转鸭舵布局模型,建立外流场模型,并进行Fluent仿真,通过对安装不同舵偏角、不同舵片面积的弹丸气动特性进行比较分析,得到弹丸在不同鸭舵气动外
在直升机尾传系统中常常由于花键副过度磨损导致系统中其他零部件提前失效从而降低尾传系统使用寿命,因此探究造成花键磨损的主要原因及花键磨损形式与机理,定量计算尾传花键齿面磨损值并提出花键耐摩减磨措施,对改善花键磨损及提升直升机尾传系统使用寿命具有十分重要的意义。本文在此背景下,利用有限元仿真分析与花键材料摩擦磨损实验相结合基于微动磨损理论及Archard磨损理论探究直升机尾传花键磨损的原因以及定量计算
齿轮箱作为机械传动系统的关键组成部件,具有结构紧凑、工作平稳、传动比稳定、效率高、负载能力强、使用寿命长等优良特性,广泛应用于汽车船舶、铁路运输、数控机床等重型机械的传动系统中。由于结构复杂、服役环境恶劣、常在变速变载等变工况条件下运行,齿轮箱极易发生各种类型的故障。在齿轮箱运行过程中,若不能及时根据其状态监测数据对发生的故障进行准确识别,随着故障的发展,齿轮箱的健康状况持续恶化,将导致其运行的可
为了实现涡扇发动机较大的单级增压比,提升燃烧效率,在发动机低压转子和风扇之间引入人字星型齿轮减速装置,以提高低压压气机和低压涡轮转速,降低风扇转速,使各零部件均工作在最佳转速下。齿轮传动涡扇发动机(GTF)齿轮箱输入转速高,功率密度大,同时受到机动飞行产生的外部非惯性激励以及由时变啮合刚度、齿侧间隙、传动误差等因素引发的齿轮内部动态激励,其动力学行为复杂多变。因此,开展高速人字星型齿轮系统内外多源
机舱罩是保护海上风电机组的大型壳体构件,长期受到海上风、雨雪的侵蚀,气象环境恶劣,对结构的强度、刚度要求高。对此,本文以某大兆瓦海上风机机舱罩为研究对象,综合运用CFD和有限元分析方法,对大兆瓦海上风机机舱罩进行外形气动减阻优化和结构轻量化设计研究,得到满足性能要求的轻量化结构设计方案。论文的研究成果为大型海上风电机组机舱罩的轻量化设计提供了解决方案,具有较高的工程应用价值。论文主要研究内容和成果
疲劳寿命是评估构件使用性能的重要指标,而残余应力对构件的疲劳寿命存在显著的影响。喷丸是一种能够有效提高构件抗疲劳性能的表面强化技术,因价格低廉、操作方便被广泛应用于机械、船舶、航空航天等领域。但喷丸引入的残余应力在疲劳加载过程中不能保持稳定,会随循环周期发生松弛现象,如果不考虑残余应力松弛对疲劳寿命造成的影响,会使预期寿命偏离实际,从而给疲劳寿命的预估带来不确定性。本文以2024-T351铝合金材
随着高性能工程塑料迅猛发展,塑料齿轮的综合力学性能不断提升。塑料齿轮被越发广泛地应用于动力传递领域。然而,其运行温度带来的服役寿命、可靠性和传动效率降低等问题,显著制约了塑料齿轮向更大功率传递领域的发展。诸如塑料齿轮粘弹性接触行为、运行温升、多热源效应等机理尚未阐明,而运行温度对齿轮的模量影响显著,应力-变形-温度场之间的相互影响和耦合机制进一步增加了塑料齿轮运行温度场分析的复杂程度。影响塑料齿轮