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Simulation on Residual Stress of Shot Peening Based on a Symmetrical Cell Model

Chinese Journal of Mechanical Engineering 2017年第2期30卷 344-351页

作者： Cheng WANG Jiacheng HU Zhenbiao GU yangjian xu Xiaogui WANG College of Mechanical Engineering Zhejiang University ofTechnologyHangzhou 310014China

The symmetrical cell model is widely used to study the residual stress induced by shot peening. However, the correlation between the predicted residual stresses and the shot peening coverage, which is a big challenge for the researchers of the symmetrical cell model, is still not established. Based on the dynamic stresses and the residual stresses outputted from the symmetrical cell model, the residual stresses corresponding to full coverage are evalu- ated by normal distribution analysis. The predicted nodal dynamic stresses with respect to four corner points indicate that the equi-biaxial stress state exists only for the first shot impact. Along with the increase of shot number, the interactions of multiple shot impacts make the fluctuation of the nodal dynamic stresses about an almost identical value more and more obvious. The mean values and standard deviations of the residual stresses gradually tend to be stable with the increase of the number of shot peening series. The mean values at each corner point are almost the same after the third peening series, which means that an equi-biaxial stress state corresponding to the full coverage of shot peening is achieved. Therefore, the mean values of the nodal residual stresses with respect to a specific transverse cross-section below the peened surface can be used to correlate the measured data by X-ray. The predicted residual stress profile agrees with the experimental results very well under 200% peening coverage. An effective correlation method is proposed for the nodal residual stresses predicted by the symmetrical cell model and the shot peening coverage.

关键词： Residual stress Symmetrical cell model Equi·biaxial stress state Shot peening coverage Dynamic stress

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加热、冷却下变物性梯度功能材料板瞬态热应力

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机械强度 2005年第4期27卷 510-517页

作者：许杨健涂代惠马士进河北工程学院土木工程学院邯郸056038 河北工程学院理学院邯郸056038

用非线性有限元法分析由ZrO2和Ti6Al4V组成的变物性梯度功能材料板在加热、冷却过程中的瞬态热应力问题,检验方法的正确性,给出不同力学边界条件下该材料板的瞬态热应力场分布,并与常物性时的结果进行比较。结果表明,考虑变物性比常物... 详细信息

用非线性有限元法分析由ZrO2和Ti6Al4V组成的变物性梯度功能材料板在加热、冷却过程中的瞬态热应力问题,检验方法的正确性,给出不同力学边界条件下该材料板的瞬态热应力场分布,并与常物性时的结果进行比较。结果表明,考虑变物性比常物性时的最大拉应力减少26%,最大压应力减少23.2%;在冷却初瞬时,陶瓷侧出现很大拉应力;此外,材料组分的分布形状系数M的变化和力学边界条件对该材料板的加热、冷却瞬态热应力场分布的影响显著。此结果为该材料的设计、制备提供了准确的理论计算依据。

关键词：梯度功能材料板变物性瞬态热应力加热冷却力学边界非线性有限元法

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换热边界下变物性梯度功能材料板瞬态热应力

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机械工程学报 2005年第7期41卷 198-204页

作者：许杨健张京军涂代惠河北工程学院土木工程学院邯郸056038 河北工程学院科研处邯郸056038 河北工程学院理学院邯郸056038

用有限元和有限差分法,分析了由ZrO2和Ti-6Al-4V组成的变物性梯度功能材料板的瞬态热应力问题,检验了方法的正确性,给出了对流换热边界下变物性梯度功能材料板的瞬态热应力场分布,并与不考虑变物性时的结果进行了比较。结果表明:在计算... 详细信息

用有限元和有限差分法,分析了由ZrO2和Ti-6Al-4V组成的变物性梯度功能材料板的瞬态热应力问题,检验了方法的正确性,给出了对流换热边界下变物性梯度功能材料板的瞬态热应力场分布,并与不考虑变物性时的结果进行了比较。结果表明:在计算瞬态热应力场分布时,变物性是影响梯度功能材料板瞬态热应力场的最重要因素之一。此外,材料组分的分布形状系数M、环境介质温度和对流换热系数的变化对变物性梯度功能材料板的瞬态热应力场分布均有明显的影响。此结果为梯度功能材料的设计和应用提供了理论计算依据。

关键词：梯度功能材料板变物性瞬态热应力对流换热边界有限元法

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基于遗传算法的功能梯度材料参数的反演分析

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复合材料学报 2013年第4期30卷 170-176页

作者：许杨剑李翔宇王效贵浙江工业大学机械工程学院杭州310014

采用一种基于遗传算法结合响应面插值的反演方法,利用微压痕实验和有限元模拟,对功能梯度材料(FGM)的本构模型参数进行识别分析。此方法首先以解耦的方式对压痕试验进行有限元模拟计算,然后利用三次拉格朗日插值函数构造荷载-位移响应面... 详细信息

采用一种基于遗传算法结合响应面插值的反演方法,利用微压痕实验和有限元模拟,对功能梯度材料(FGM)的本构模型参数进行识别分析。此方法首先以解耦的方式对压痕试验进行有限元模拟计算,然后利用三次拉格朗日插值函数构造荷载-位移响应面,并将响应面上插值得到的相关结果传递给遗传算法以实现材料参数的反演辨识。对功能梯度材料参数的反演研究表明:该方法在保证较高精度的同时能够极大地提高常规遗传算法的反演效率;另外,利用大、小压头组合的双压头模式对功能梯度材料进行压痕的反演分析,较之单压头能够获得更为合理的结果。

关键词：反演分析遗传算法响应面微压痕有限元模拟

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基于EMI结构损伤检测技术的模拟与分析

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压电与声光 2018年第1期40卷 134-137,143页

作者：许杨健韩朋成河北工程大学土木工程学院河北邯郸056038

该文基于压电阻抗法(EMI)对带有损伤板类结构进行模拟分析,研究了损伤拓展对EMI信号的影响规律。首先,采用有限元软件ANSYS建立6种不同损伤情况下的三维精细"压电片(PZT)-主体结构"有限元模型;然后,对有限元模型进行动力谐响应分析,得... 详细信息

该文基于压电阻抗法(EMI)对带有损伤板类结构进行模拟分析,研究了损伤拓展对EMI信号的影响规律。首先,采用有限元软件ANSYS建立6种不同损伤情况下的三维精细"压电片(PZT)-主体结构"有限元模型;然后,对有限元模型进行动力谐响应分析,得到考虑损伤深度d、损伤位置与压电片距离s的压电片电导频谱信号;最后,通过横纵向对比分析了板类结构损伤扩展对压电片电导频谱信号的影响规律。分析结果表明,采用建立的含有细小损伤的三维精确压电有限元模型,可以精确地检测到压电片电导纳谱中的共振模态,进而可以很好地识别板类结构局部的细小损伤;验证了现有电阻抗法对含有细小损伤结构分析理论的有效性;当损伤位置越靠近压电片,电导频谱信号模态峰值向左偏移的就越多,因此,通过布置压电片的合理位置可以确定结构细小损伤的位置。

关键词： ANSYS软件压电片谐响应分析电阻抗法损伤检测

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非均匀温度场下变物性二维功能梯度材料板的瞬态热应力分析

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机械科学与技术 2018年第6期37卷 980-984页

作者：仝国军许杨健西北工业大学力学与土木建筑学院西安710072 河北工程大学土木工程学院河北邯郸056038

研究了非均匀温度场下变物性二维功能梯度材料板的瞬态热应力分布问题。并且建立了Al1100-Ti6Al4V-ZrO_2的二维功能梯度材料板的结构模型,构造了二维功能梯度板的有限元求解方法,计算得到了:1)二维功能梯度材料板在不同时刻的瞬态热应... 详细信息

研究了非均匀温度场下变物性二维功能梯度材料板的瞬态热应力分布问题。并且建立了Al1100-Ti6Al4V-ZrO_2的二维功能梯度材料板的结构模型,构造了二维功能梯度板的有限元求解方法,计算得到了:1)二维功能梯度材料板在不同时刻的瞬态热应力分布规律;2)变物性(组分系数沿板长度和宽度方向变化)二维功能梯度材料板的瞬态热应力分布;3)非均匀温度场下(线性温度分布、非线性温度分布及周期性温度分布)的二维功能梯度材料板的瞬态热应力分布。

关键词：非均匀温度场组分系数二维功能梯度材料板热应力

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初始和边界不同恒温时二维梯度板瞬态温度场

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固体力学学报 2014年第2期35卷 209-216页

作者：许杨健王飞杜海洋河北工程大学土木工程学院邯郸056038 哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

为了研究二维功能梯度板的平面瞬态温度场及影响因素,假设热导率和容积比热容在板的高和宽方向为同一类型指数函数分布,基于该板的瞬态热传导基本方程,采用分离变量法,导出在初始和边界不同恒温时该板平面瞬态温度场的级数解析解.通过... 详细信息

为了研究二维功能梯度板的平面瞬态温度场及影响因素,假设热导率和容积比热容在板的高和宽方向为同一类型指数函数分布,基于该板的瞬态热传导基本方程,采用分离变量法,导出在初始和边界不同恒温时该板平面瞬态温度场的级数解析解.通过两种方法的对比,验证了论文研究结果的正确性.结果表明:方板内的等温线,在梯度参数α=β时,对称于板的45°对角线分布,在α=β=0时,对称于板的中心分布;在α≠β时,板的等温线不具对称性;随着冷却时间的增加,非均匀板的等温线向左下(或右上)角移动,右上(或左下)角等温线间距变宽,左下(或右上)角等温线间距变窄,且矩形板的冷却过程比方板更快.因此,可选择适合的梯度参数和几何形状来满足设计、应用和热应力分析的需要,该解析解可作为检验其他近似方法的参考标准.

关键词：二维梯度板平面瞬态温度场分离变量法冷却过程恒温梯度参数

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芯片封装焊球连接疲劳寿命预测分析——能量法和有效应变法之比较

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应用力学学报 2005年第2期22卷 279-284,i011-i012页

作者：许杨剑刘勇梁利华余丹铭浙江工业大学浙江310032

研究了目前常用的两种芯片封装焊球连接的寿命预测方法-能量法和有效应变法。对焊球连接的材料本构关系进行了对比分析,并利用FORTRAN语言编制了相应的材料本构模型子程序,将其与有限元仿真工具ANSYS耦合,实现了将焊球连接的材料本构模... 详细信息

研究了目前常用的两种芯片封装焊球连接的寿命预测方法-能量法和有效应变法。对焊球连接的材料本构关系进行了对比分析,并利用FORTRAN语言编制了相应的材料本构模型子程序,将其与有限元仿真工具ANSYS耦合,实现了将焊球连接的材料本构模型用户子程序导入到ANSYS的材料库。在此基础上模拟了三维芯片叠层球栅阵列尺寸封装的焊球结构,在热循环条件下(-40～+125℃的工作状态,并分别利用能量法和有效应变法对焊球连接的寿命预测进行了比较分析,最后对两种方法作出了评价。

关键词：封装焊球连接寿命预测能量法有效应变法有限元

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复杂边界条件下二维功能梯度结构温度场解析解

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燕山大学学报 2018年第6期42卷 525-531页

作者：许杨健白雪刘硕河北工程大学土木工程学院河北邯郸056038 哈尔滨工业大学特种环境复合材料技术国防科技重点实验室黑龙江哈尔滨150001

假设功能梯度材料的热导率以指数函数的形式沿水平、竖直方向分布,在已知二维稳态热传导方程的基础上,采用分离变量法推导出该结构在第一、二、三类边界条件共同作用下的稳态温度场解析解。将该解析解与有限元解对比计算,所得到的节点... 详细信息

假设功能梯度材料的热导率以指数函数的形式沿水平、竖直方向分布,在已知二维稳态热传导方程的基础上,采用分离变量法推导出该结构在第一、二、三类边界条件共同作用下的稳态温度场解析解。将该解析解与有限元解对比计算,所得到的节点温度基本一致,误差均小于1%。选取数值算例进行计算,得到了该结构的二维稳态温度场并分析了材料的热导率、上边界介质温度以及下边界热流密度对温度场的影响。

关键词：分离变量法热流密度第三类边界条件功能梯度材料解析法

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石墨烯纳米复合材料的降阶均匀化方法及其数值实现

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复合材料学报 2021年第12期38卷 4362-4370页

作者：鞠晓喆朱加文梁利华许杨剑浙江工业大学机械工程学院杭州310023

对石墨烯纳米复合材料进行三维有限元建模通常需极其精细的网格。在考虑塑性演变的情况下,细观代表性单元体模型的计算效率极其低下。为此,基于非均匀变换场分析理论,提出了石墨烯纳米复合材料的降阶均匀化方法。首先,针对不同加载路径... 详细信息

对石墨烯纳米复合材料进行三维有限元建模通常需极其精细的网格。在考虑塑性演变的情况下,细观代表性单元体模型的计算效率极其低下。为此,基于非均匀变换场分析理论,提出了石墨烯纳米复合材料的降阶均匀化方法。首先,针对不同加载路径进行预分析,提取细观塑性应变场信息;然后对这些信息进行本征正交分解,从而得到若干个塑性模态,用作降阶模型的基函数;基于宏、细观耗散功的等效原理,导出降阶变量的本构模型。该方法的离线分析部分通过MATLAB编程实现。为了便于工程计算,在线分析部分则由商业有限元软件ABAQUS的UMAT用户子程序接口实现。基于三维算例分析,验证了所提方法的有效性。结果显示,在保证较高精度的前提下,针对三维代表性单元体计算的加速率可达10^(3)~10^(4)量级。

关键词：石墨烯纳米复合材料模型降阶均匀化方法非线性多尺度分析代表性单元体

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