摘要：针对复杂载荷作用下焊接结构应力应变响应出现非完全封闭而交叉的现象,考虑封闭环以外的塑性应变能密度,提出了一种改进的应变能密度计算方法。通过设计制作对接接头试验试件,开展了焊接接头机械性能和疲劳试验研究,获取了Ramberg-Osgood方程参量并构建了基于总应变能密度的疲劳损伤模型。建立了电动轮自卸车车架有限元模型,开展了车架焊缝多载荷步非线性有限元分析。结合新方法和数值模拟得到的应力应变响应计算危险点各应变能密度,依据拟合的疲劳损伤模型进行寿命预测,计算结果与实际失效位置和开裂时间吻合较好。

摘要：以装载机前车架疲劳寿命评估为目的,从前车架焊接结构关键部位中提取三种典型焊接接头,对其进行疲劳试验和分析.以局部应变能密度法为理论基础,对获得的试验数据进行处理,得到了基于局部应变能密度的疲劳寿命曲线,并采用文献中十字接头的疲劳数据验证该理论的准确性和适用性.结果表明,局部应变能密度法既可用于焊根失效疲劳评估,也可以用于焊趾失效疲劳评估;不同位置的疲劳裂纹会影响结构的刚度,进而影响结构的疲劳寿命.此外,研究了焊脚尺寸和熔深对焊接接头疲劳寿命的影响,推导了基于局部应变能密度法的疲劳失效位置转换区间.并通过文献中的疲劳数据验证了文中提出的焊趾失效和焊根失效转换区间的准确性,为合理设计未焊透厚板T形接头抗疲劳性能提供依据.

摘要：基于蠕变-疲劳寿命模型,将实际工况条件下的应力和应变能密度作为随机变量,推导出不同可靠度下应变能密度与疲劳寿命的关系曲线,并在600℃下进行了P92钢应力控制的蠕变-疲劳寿命试验,利用试验数据验证了蠕变-疲劳寿命可靠性模型的正确性,计算了P92钢在不同试验条件下的平均疲劳寿命。结果表明:可靠度为99%时P92钢的蠕变-疲劳寿命约为平均寿命的43%。

摘要：铜互连导线导电后会产生由热扩散主导的电迁移现象,而根据广泛使用的一维电迁移引起的回流模型和原子通量散度的概念,可得到传统的线性应力演化方程.通过在表面晶体材料的表面自由能中计入应变能密度的影响,推导出适合铜导线的非线性应力演化方程.数值求解有界和半无界边界条件下铜导线中的瞬时应力分布.结果表明当考虑应变能密度影响后,导线中的拉应力演变较线性应力演化方程的解更缓趋于稳态,拉应力数值较线性方程应力解更小,而压应力则恰恰相反.同时还讨论了铜条的临界长度效应.计入应变能的影响后,导线内部的应力呈非对称分布,而这种趋势在导线长度减小时更加明显.文中的研究结果将为集成电路设计和铜互连材料的制备提供技术参考.

摘要：层级材料具有优异的力学性能和吸能特性。提出一种面内分形的形内自相似六边形蜂窝结构,运用应变能密度优化方法,对三维形内自相似六边形蜂窝结构进行尺寸优化,分别得到应变能密度最大和应变能密度最小的优化结构,并与未经优化的形内自相似蜂窝结构及典型的圆形蜂窝结构进行吸能特性比较。结果表明:应变能密度最大的自相似蜂窝结构比应变能密度最小的结构吸能特性强,但整体刚性相比较弱,应变能密度最小的形内自相似蜂窝结构抗冲击刚性较强;两种应变能密度不同的形内自相似六边形蜂窝结构都具有较强的吸能特性,其比吸能比未经优化的形内自相似蜂窝结构和典型圆形蜂窝较好。结构的自相似分形方式和应变能密度优化能够很好改善蜂窝结构的耐撞性和吸能特性,同时实现结构轻量化。

摘要：为避免车身刚度设计出现突变或不连续的情况,本文探究了均匀应变能密度法在车身结构刚度设计的应用。首先,对车身关键区域进行划分,分析不同加载工况下车身结构不同区域的应变能密度,并获取其承载系数;其次,根据承载系数的大小对重点关注区域进行刚度调整;最后,基于均匀应变能密度设计准则进行结构更改,调整刚度,使得整体结构刚度均匀连续。优化结果表明调整后结构承载系数出现了一定程度的下降,验证了基于均匀应变能密度设计准则的车身刚度设计的有效性。

摘要：以航空发动机涡轮盘为代表的关键热端部件在服役过程中伴随着严重的蠕变-疲劳载荷交互作用,这一直是高温结构寿命设计中的难题。然而我国对航空发动机高温热端部件蠕变-疲劳性能预测的研究起步较晚,尚未构建相对完整的材料、理论和方法体系,对结构强度与可靠性的预先研究没有更为清晰的认识。围绕这一问题,本文通过大量试验探究了国产镍基高温合金GH4169在650℃下的蠕变-疲劳宏观力学行为、从微观尺度揭示了载荷相关的蠕变-疲劳损伤机理。

摘要：以航空发动机涡轮盘为代表的关键热端部件在服役过程中伴随着严重的蠕变-疲劳载荷交互作用,这一直是高温结构寿命设计中的难题。然而我国对航空发动机高温热端部件蠕变-疲劳性能预测的研究起步较晚,尚未构建相对完整的材料、理论和方法体系,对结构强度与可靠性的预先研究没有更为清晰的认识。

摘要：椎间融合器在临床上经常用于脊柱感染性和退行性疾病的治疗,然而,进一步的临床应用通常受到一些缺陷的困扰,如应力遮挡和融合器沉降.本研究旨在提出一种新的脊柱融合器个性化设计理念:从微观到宏观的多尺度联合设计方法,创建与腰椎骨终板弹性模量和手术形式皆匹配的脊柱融合器.具体而言,引入三周期极小曲面来模拟聚醚醚酮(PEEK)融合器的多孔结构,通过调整孔隙参数以实现定制的宏观力学性能和孔隙结构的渗透性能。接着,针对经皮内镜下腰椎后路椎间融合术(PE-PLIF)进行多目标(屈伸、弯曲和扭转)拓扑优化,得到二次设计的新型多孔拓扑融合器。最后,将临床常用的钛融合器、PEEK融合器和本文设计的新型融合器进行基于有限元方法的生物力学对比分析。结果表明,与其他两种融合器相比,新型多孔拓扑融合器有着较低的骨-融合器界面应力和较高的内部移植骨应力和应变能密度,证明其有着较低的融合器沉降率和应力屏蔽的风险.总之,新型多孔拓扑融合器由于其良好的生物力学性能成为椎间融合术的理想选择.本文所提出的融合器设计思路和理念也可用于指导其他不同椎间融合术.

摘要：用在工程车辆上的新型粘弹性悬挂 ,可有效缓冲车辆所受的振动与冲击。由于悬挂机构所用的粘弹性材料具有大变形、严重非线性及不可压缩等特性 ,致使粘弹性悬挂结构参数的选取十分困难。本文采用非线性混合有限元法 ,引入拉格朗日乘子对不可压缩性的约束进行放松 ,对悬挂机构所用橡胶材料的应力、应变及应变能密度进行分析计算。为工程车辆粘弹性悬挂的产品设计提供了合理的结构参数。