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2195-T8铝锂合金疲劳多裂纹融合试验与仿真研究

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北京航空航天大学学报 2024年第1期50卷 350-358页

作者：庞闯刘德俊田干郭伟刘德博火箭军工程大学导弹工程学院西安710025 北京航天试验技术研究所北京100048 北京宇航系统工程研究所北京100076

铝锂合金作为航空航天广泛应用的合金材料,其疲劳断裂行为的研究对结构安全性评价具有重要意义。以第三代铝锂合金2195-T8为研究对象,通过恒幅拉-拉疲劳试验和有限元方法对2195-T8铝锂合金疲劳裂纹扩展行为进行试验与仿真研究。基于断... 详细信息

铝锂合金作为航空航天广泛应用的合金材料,其疲劳断裂行为的研究对结构安全性评价具有重要意义。以第三代铝锂合金2195-T8为研究对象,通过恒幅拉-拉疲劳试验和有限元方法对2195-T8铝锂合金疲劳裂纹扩展行为进行试验与仿真研究。基于断面显微测量与观察,在仿真模型中引入多个初始裂纹,模拟多裂纹的融合扩展过程,获得多裂纹独自扩展、交融时扩展和融合后扩展的规律。结果表明:裂纹融合前,在疲劳循环载荷作用下,裂纹尖端应力强度因子总体上不断增大,塑性区域体积增加区域平缓;当裂纹相互融合时,裂纹面处应力强度因子瞬时增大,远高于其余裂尖数值大小;随着裂纹进一步融合,尖端应力强度因子数值趋于平稳;裂纹完全融合后,到达裂纹快速扩展阶段,塑性区域体积与扩展步数呈正比增加,扩展速率呈现先快后慢的规律,裂纹面交汇融合成新的椭圆形状裂纹面。

关键词：疲劳断裂铝锂合金裂纹融合有限元应力强度因子

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复合材料层板开孔压缩损伤分析

复合材料学报 2012年第3期29卷 167-172页

作者：关志东黎增山刘德博李星北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

针对纤维增强复合材料层板开孔压缩,将复合材料层板的失效分为层内失效和层间失效,建立了复合材料层板开孔压缩损伤分析模型。该模型基于逐渐损伤分析,对不同复合材料开孔层板进行了失效预测,并与文献中试验结果进行了对比,破坏强度和... 详细信息

针对纤维增强复合材料层板开孔压缩,将复合材料层板的失效分为层内失效和层间失效,建立了复合材料层板开孔压缩损伤分析模型。该模型基于逐渐损伤分析,对不同复合材料开孔层板进行了失效预测,并与文献中试验结果进行了对比,破坏强度和失效模式均与文献试验结果非常吻合。结果表明,本文中所建立的层板开孔压缩损伤分析模型能够模拟含孔层合板压缩过程中的损伤起始、损伤扩展和最终破坏,并最终预测含孔层合板压缩失效模式和破坏强度。

关键词：复合材料开孔压缩损伤分析逐渐损伤失效模式

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基于界面单元的复合材料层间损伤分析方法

复合材料学报 2012年第2期29卷 130-134页

作者：关志东刘德博李星黎增山北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

为了研究复合材料层间损伤,建立了一种新型零厚度界面单元模型,可以准确地预测复合材料Ⅰ型层间裂纹扩展。模型包括本构关系建立、损伤准则和损伤演化引入,并在大型商用有限元软件ABAQUS用户单元子程序VUEL中实现,采用显示积分方法求解... 详细信息

为了研究复合材料层间损伤,建立了一种新型零厚度界面单元模型,可以准确地预测复合材料Ⅰ型层间裂纹扩展。模型包括本构关系建立、损伤准则和损伤演化引入,并在大型商用有限元软件ABAQUS用户单元子程序VUEL中实现,采用显示积分方法求解,不存在收敛性问题,同时允许使用较粗的有限元网格。最后将该模型应用于国产碳纤维增强树脂基复合材料(CCF300/5428)双悬臂梁试验(DCB)模拟分析中,结果表明,此界面单元模型能够准确模拟复合材料层板Ⅰ型裂纹扩展,为复合材料层间损伤分析提供了一种有效的方法。

关键词：国产复合材料界面单元双悬臂梁试验能量释放率有限元分析

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复合材料低速冲击损伤分析方法

北京航空航天大学学报 2012年第3期38卷 422-426页

作者：刘德博关志东陈建华黎增山北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

为了研究复合材料层间损伤,建立了一种新型零厚度界面单元模型,可以准确预测复合材料低速冲击与冲击后压缩过程中的分层损伤.模型包括本构关系建立、损伤准则和损伤演化引入,并在大型商用有限元软件ABAQUS用户单元子程序VUEL中实现.层... 详细信息

为了研究复合材料层间损伤,建立了一种新型零厚度界面单元模型,可以准确预测复合材料低速冲击与冲击后压缩过程中的分层损伤.模型包括本构关系建立、损伤准则和损伤演化引入,并在大型商用有限元软件ABAQUS用户单元子程序VUEL中实现.层内使用三维实体单元,采用三维Hashin准则作为纤维与基体损伤的判据,并在用户子程序VUSDFLD中实现.将该模型应用于国产碳纤维增强树脂基复合材料(CCF300/5428)低速冲击与冲击后压缩的模拟分析中.结果表明:此方法能够准确预测复合材料低速冲击与冲击后压缩过程中的损伤,为复合材料低速冲击损伤分析提供了一种有效的方法.

关键词：复合材料界面单元有限元分析低速冲击冲击后压缩

基于铌酸锂晶体参量过程提升太赫兹波输出效率研究

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基于铌酸锂晶体参量过程提升太赫兹波输出效率研究

作者：刘德博哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

太赫兹(THz)波在穿透成像、物质鉴别、高速率通信等方面都有着重要应用前景。基于晶体参量过程的太赫兹波参量振荡器(TPO)可以在室温下运转输出宽带连续可调谐,时间和空间相干性好的THz波,具有广泛应用前景,但目前THz参量源的输出效率... 详细信息

太赫兹(THz)波在穿透成像、物质鉴别、高速率通信等方面都有着重要应用前景。基于晶体参量过程的太赫兹波参量振荡器(TPO)可以在室温下运转输出宽带连续可调谐,时间和空间相干性好的THz波,具有广泛应用前景,但目前THz参量源的输出效率比较低。本文利用硅棱镜耦合出射式(Si-TPO)和垂直浅表面耦合出射式(SE-TPO)两种方式,进行TPO实验研究,探索提升THz波输出效率的实验方案。首先,本文理论分析受激电磁耦子散射(SPS)产生THz波的基本理论,然后由铌酸锂晶体的一些参数,得到了其色散特性及吸收特性曲线以及在泵浦光为1064 nm时的相位匹配关系,然后对Si-TPO进行仿真,确定实验的基本参数。搭建Si-TPO实验装置,实验研究其基本输出特性,得到了其角度调谐曲线,并实现了THz波的可调谐输出,实验测得THz波的频率调谐范围是0.7.4 THz,THz波频率为1.2 THz附近,THz波输出最大,在泵浦光能量为14 mJ时,即泵浦光功率密度为255 MW/cm,THz波的输出为474 nJ,能量转化效率为3.39×10。对泵浦光进行切割,发现泵浦光y在方向的尺寸为1 mm左右时,THz波的输出效率更高,最终对光斑进行优化,将泵浦光斑直径为2 mm光斑的y方向尺寸限制成1 mm,与直径为2 mm光斑相比,调谐范围增大,输出能量也有所提升,与直径1mm光斑相比,输出能量提升了1.9倍。搭建SE-TPO实验装置,对其基本输出特性进行实验研究,得到其角度调谐曲线,并实现了THz波的可调谐输出,实验测得THz波的频率调谐范围是1.47.37THz,THz波频率为1.8 THz附近获得最大输出,在泵浦光能量为25 mJ时,泵浦光功率密度为114 MW/cm,THz波的输出能量为23 nJ,转化效率为0.91×10。研究不同直径光斑及不同泵浦功率密度对输出THz波的影响,在光斑直径为2.5mm,泵浦能量为42 mJ,获得THz波的输出为66 nJ,采用两点输出SE-TPO,使泵浦光与Stokes光在晶体内全反射两次,THz波能够从两个全反射位置输出,最终获得两束THz波的总输出为109 nJ,输出能量及效率相对于梯形晶体提升了1.65倍。

关键词：太赫兹波硅棱镜耦合TPO 垂直浅表面耦合TPO 铌酸锂晶体

AA2219-T87铝合金双轴肩搅拌摩擦焊的腐蚀行为

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稀有金属材料与工程 2022年第5期51卷 1620-1626页

作者：邵明皓张健王渭平刘德博郭启龙张华北京石油化工学院机械工程学院北京102617 北京宇航系统工程研究所北京100076 驻成都地区代表室四川成都610100

采用电化学腐蚀和浸泡腐蚀试验对双轴肩搅拌摩擦焊AA2219-T87型铝合金的不同区域进行了腐蚀研究。结果表明,焊缝区具有最高的耐腐蚀性,母材的耐腐蚀性最差。母材中析出相的体积分数最高,越靠近焊核,析出相回溶数量越多。焊核区由细小的... 详细信息

采用电化学腐蚀和浸泡腐蚀试验对双轴肩搅拌摩擦焊AA2219-T87型铝合金的不同区域进行了腐蚀研究。结果表明,焊缝区具有最高的耐腐蚀性,母材的耐腐蚀性最差。母材中析出相的体积分数最高,越靠近焊核,析出相回溶数量越多。焊核区由细小的等轴晶组成,只存在少量θ相。

关键词：双轴肩搅拌摩擦焊铝合金腐蚀行为耐腐蚀性

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复合材料静压痕与落锤冲击初始损伤对比试验

北京航空航天大学学报 2009年第8期35卷 1018-1021页

作者：郭渊关志东刘德博孟庆春北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 北京航空航天大学宇航学院北京100191

为了研究复合材料层合板的分层起始载荷,对不同材料体系和不同铺层数的复合材料层合板进行了准静态压痕试验和落锤冲击试验.得到了复合材料层板的分层起始载荷和冲击分层损伤能量门槛值,并对损伤情况进行了分析.结果表明,层合板的落锤... 详细信息

为了研究复合材料层合板的分层起始载荷,对不同材料体系和不同铺层数的复合材料层合板进行了准静态压痕试验和落锤冲击试验.得到了复合材料层板的分层起始载荷和冲击分层损伤能量门槛值,并对损伤情况进行了分析.结果表明,层合板的落锤冲击试验的分层起始载荷与冲击能级有关,并且分层起始载荷值随冲击能级提高而增加;准静态压痕试验的分层起始载荷值要低于低速冲击试验的分层起始载荷值;当冲击能量达到层板分层损伤能量门槛值时,层板发生大量分层损伤,层合板刚度出现急剧下降.

关键词：准静态压痕试验落锤冲击试验分层起始载荷

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基于界面单元的复合材料Ⅱ型层间损伤分析

复合材料学报 2012年第5期29卷 151-156页

作者：刘德博关志东李星何为北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

为了研究复合材料层间损伤,建立了一种新型零厚度界面单元模型,可以准确地预测复合材料Ⅱ型层间分层扩展。模型包括本构关系建立、损伤准则和损伤演化引入,并在大型商用有限元软件ABAQUS用户单元子程序(VUEL)中实现,采用显示积分方法求... 详细信息

为了研究复合材料层间损伤,建立了一种新型零厚度界面单元模型,可以准确地预测复合材料Ⅱ型层间分层扩展。模型包括本构关系建立、损伤准则和损伤演化引入,并在大型商用有限元软件ABAQUS用户单元子程序(VUEL)中实现,采用显示积分方法求解,不存在收敛性问题。将该模型应用于国产碳纤维增强树脂基复合材料CCF300/5428端部缺口弯曲试验(ENF)模拟分析中,结果表明,此界面单元模型能够准确模拟复合材料层板Ⅱ型裂纹扩展,为复合材料层间损伤分析提供了一种有效的方法。

关键词：国产复合材料界面单元端部缺口弯曲试验能量释放率有限元分析

Cu含量对2219铝合金锻件及其焊接接头组织与性能的影响

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航空材料学报 2017年第3期37卷 1-8页

作者：邢军陈康华陈送义陈运强余芳刘德博中南大学轻合金研究院长沙410083 中南大学有色金属先进结构材料与制造协同创新中心长沙410083 中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083 北京宇航系统工程研究所北京100076

采用力学拉伸实验、焊接实验、电化学阻抗谱(EIS)、循环阳极极化曲线(Tafel)以及金相和扫描电镜(SEM)等分析测试方法,研究Cu含量对2219铝合金锻件组织与性能的影响。结果表明:降低Cu含量,有利于减少2219铝合金基体内的残余结晶相,并有... 详细信息

采用力学拉伸实验、焊接实验、电化学阻抗谱(EIS)、循环阳极极化曲线(Tafel)以及金相和扫描电镜(SEM)等分析测试方法,研究Cu含量对2219铝合金锻件组织与性能的影响。结果表明:降低Cu含量,有利于减少2219铝合金基体内的残余结晶相,并有效抑制在合金焊接过程中粗大Al_2Cu相的析出,使基材和焊件的伸长率显著提高,强度略有下降;Cu在铝基体中形成Al_2Cu相诱导合金发生局部腐蚀,使材料的耐腐蚀性能变差,降低Cu含量能够减小合金的腐蚀倾向,改善合金的耐腐蚀性能。

关键词： 2219铝合金 Cu含量 Al2Cu相腐蚀焊接