摘要：为了实现同升钻机底座下层主梁结构强度的快速设计计算,研究了大挠度悬臂梁计算方法,推导出一种用于钻机底座下层主梁结构强度评估的简化计算经验公式;以辽河钻采公司设计的ZJ50DB同升型钻机为例,用该经验公式计算了钻机底座主梁强度和刚度,并且采用SESAM软件进行有限元求解对比验证,有限元计算结果与该经验公式理论计算结果吻合度较高,所以该经验公式是可以用于底层主梁结构的快速设计及强度的安全评估,准确度满足工程设计需要。

摘要：锆合金包壳管在核电应用中存在变形及破裂等问题,严重影响核电运行安全。为了更好地评价锆合金包壳管等薄壁管材受内压时的变形性能,给燃料组件的设计、计算、验证提供参考,设计基于内压法的泊松比测试方法。根据薄壁圆筒受均匀内压时的应力解,推导出基于内压加载的薄壁管泊松比理论公式。按照该理论公式设计合理的内压试验方法,采用该方法对N36锆合金薄壁管开展20~400℃下的泊松比试验,同时通过拉伸法进行相应温度下的对比试验。结果表明,内压试验方法可以有效获得不同温度下锆合金薄壁管的泊松比,且内压试验方法得到的锆合金薄壁管泊松比与拉伸法结果较为一致,相对误差均在2%以内。试验结果同时表明:N36锆合金薄壁管的泊松比随试验温度的增加呈增大趋势。

摘要：为应对海洋钻井过程出现的高压溢流和井涌风险,设计了一种井下应急封隔器装置,在内外胶筒间添加金属骨架提高其坐封强度。为评估井下应急封隔器的坐封效果,利用有限元方法建立井下应急封隔器模型,模拟了封隔器的坐封过程,并对比了金属骨架对胶筒接触应力、坐封效果的影响。结果表明:20 MPa坐封压力下,胶筒与套管接触应力达到12.1 MPa,封隔器能够封堵20 MPa井下溢流;添加金属骨架后,胶筒峰值应力、变形均显著降低,坐封能力大幅提升。所设计的井下应急封隔器装置可实现高压溢流、井涌的有效封堵,保障平台作业安全。

摘要：航空发动机转子部件众多,多部件高维复杂系统计算量大,导致动力学分析困难、计算时间长,进而影响转子结构设计和动力学验证的效率。基于部件模态综合方法,提出一种针对多部件高维复杂系统降维计算的多级模态减缩策略。对每个单独的子结构利用固定界面模态减缩,并行减缩各子结构的内部自由度,同时完整保留子结构间的耦合关系。通过子结构组合定义新一级的子结构,应用多级模态减缩策略提升降维减缩效果,结合多重模态减缩方法,构建界面分支模态,可显著降低转子有限元模型的维数,同时保留关键子结构的动力学特征和系统整体关键动力学特性。此计算策略被用于某弹用发动机转子系统低维减缩模型的建立,利用减缩模型提升了转子动力学分析的效率,加速轴承刚度参数的优化设计。研究结果表明,与ANSYS计算相比,转子动力学分析所需时间降低了99.5%,精度误差不超过0.1%,该计算策略可用于多部件高维复杂系统的快速分析。

摘要：亿万年的“物竞天择”促进自然界生物进化出精妙绝伦的微观结构,生物材料的力学性能因此得以突破传统结构材料著名的“强度-韧性”倒置关系,这为未来先进工程结构材料的研发提供了新的思路.但复杂的微结构也使生物材料的宏观断裂行为呈现出多尺度、多过程、多介质耦合的复杂特征,为建立基于均匀性假设的经典断裂力学理论方法带来新的挑战.对含有微结构的生物复合材料的断裂力学行为进行深入研究,对拓宽断裂力学的研究范畴,推动断裂力学理论的发展,启发新一代先进结构材料的优化设计具有重要的科学意义和潜在应用前景.本文试从理论分析、数值模拟、实验手段三个方面回顾近年来关于含有精细微结构的生物及仿生复合材料断裂力学的研究进展,重点介绍新方法与新思想,为非均质材料断裂力学的发展和先进材料的强韧化设计提供借鉴.

摘要：锂离子电池在受到挤压、冲击载荷时会发生内部短路而引发热失控,因此,研究电池失效影响因素对电池结构耐撞性设计具有重要意义。以圆柱形锂离子电池为研究对象,利用自制的平面压缩和局部压痕实验系统,研究不同挤压/冲击工况下锂离子电池的力-电-热响应,并与有限元模拟结果进行对比分析,结果表明,实验与有限元模拟结果具有较好的一致性。基于显式非线性有限元方法,研究了加载速度、压头形状和压头直径对锂离子电池失效行为和力学响应的影响。研究表明:局部压痕相较于平面压缩更容易导致锂离子电池失效;随着压头直径的减小,电池的峰值力显著降低,失效位移相应减小;失效位移随着冲击速度的增加而增大,但当冲击速度超过15 m/s时,失效位移开始减小。研究结果将对锂离子电池的耐撞性多目标优化设计和安全性评估提供一定的指导。

摘要：飞机舱门以及机身口盖的密封结构对于气动外形以及机舱的气密性非常重要,然而不恰当的密封结构设计,会引起密封性欠缺或者气动表面齐平度不佳的问题。由于常用的密封结构变形分析方法涉及到材料非线性以及接触计算,导致分析过程需要消耗巨大的计算成本。通过对密封件的压缩特性曲线拟合,并依据最小位能原理,可以构建出带有密封件加载特性的简化单元。利用商业软件以及简化单元分别对密封结构案例进行分析,结果表明简化单元在提高密封结构变形计算效率的同时,计算结果具有较好的精度,且计算精度与曲线的拟合优度相关,可以应用于舱门结构有限元分析,具有一定的工程应用价值。

摘要：为了研究围缘扁钢加强的开圆孔无限平板应力解析计算方法,近似认为围缘扁钢区域的平均应力处于广义平面应力状态。运用复变函数论的方法,将应力函数表示为两个待定的解析函数;列出围缘扁钢的边界条件、围缘扁钢与平板之间的应力连接条件和位移连接条件,求出应力函数,根据求出的应力函数便可求出应力。为了描述围缘扁钢减缓孔口应力集中的效果,提出围缘扁钢加强系数的定义。算例计算表明:本文提出的解析算法计算结果与有限元法计算结果吻合良好,围缘扁钢加强的开圆孔无限平板应力普遍小于开圆孔无限平板应力,围缘扁钢加强效果明显;相同体积的加强构件,围缘扁钢的加强效果优于环形加厚板。

摘要：针对变刚度层合结构,大多采用板壳理论或常规的位移有限元法分析其力学行为。相较位移元,非协调广义部分混合元同时引入位移和应力边界条件,提高了应力结果精度,且边界应力更符合真实情况。扩展了纯弹性体的非协调广义部分混合元理论,提出适用于变刚度层合结构修正的非协调广义部分混合元模型。与ABAQUS计算结果对比证明,即使在网格较稀疏的情况下,该文方法也具有较好的适用性,且数值结果精确度高。通过算例分析了纤维铺设角度的变化对变刚度层合板平面内位移场的影响,可为变刚度结构的设计提供一定的思路。

摘要：面向航空发动机机匣包容精细设计需求,研究飞失过程中叶片耗散能对机匣包容性的影响规律。结合打靶试验及有限元数值仿真,对以TC4靶板为对象的机匣包容原理模拟件进行研究,揭示了机匣包容能力对叶片冲击耗散能的敏感性,验证了数值分析方法的准确性和合理性。基于建立的简化风扇模型,明确了机匣包容不同阶段中叶片-机匣能量转化机制,分析了叶片与机匣碰撞过程中机匣包容能力对叶片材料主要参数的敏感性。结果表明,叶片在冲击、碰撞过程产生的耗散能对机匣包容能力有着明显的影响,在工程设计中可考虑通过改善叶片材料延伸率和硬化系数以及降低弹性模量等途径提升机匣的包容能力。