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中国科学：物理学、力学、天文学 2021年第6期51卷 140-147页

作者：熊晨辰刘叠纪天鸿王皓宇郑建友任付伟赵骧白静东北大学秦皇岛分校资源与材料学院秦皇岛066004 东北大学材料各向异性与织构重点实验室沈阳110819 河北省电介质与电解质功能材料重点实验室秦皇岛066004

Ni-Mn-Sn合金是一种极具工业应用潜力的新型铁磁形状记忆合金,化学成分对Ni_(2)Mn_(1+x)Sn_(1-x)合金的马氏体相变和磁性能影响重大,而在成分调整过程中势必会产生一系列的点缺陷.本文使用量子力学计算软件包VASP(Vienna ab-initio soft... 详细信息

Ni-Mn-Sn合金是一种极具工业应用潜力的新型铁磁形状记忆合金,化学成分对Ni_(2)Mn_(1+x)Sn_(1-x)合金的马氏体相变和磁性能影响重大,而在成分调整过程中势必会产生一系列的点缺陷.本文使用量子力学计算软件包VASP(Vienna ab-initio software package)研究了包含反位缺陷、空位和原子交换在内的点缺陷对Ni-Mn-Sn合金的结构稳定性、磁性能和电子结构的影响.通常借助第一性原理计算可以高效经济地对不同成分下合金的相变、磁性能和弹性性能展开研究,而且还可以得到不能直接用实验方法获得母相和产物相的基态能量、相变驱动力以及微观磁性能.研究结果表明,大多数点缺陷的形成能为负值,表明这些缺陷能够在Ni-Mn-Sn合金中形成并稳定存在.富Mn贫Sn是实验中常见的成分设计,势必会在合金中产生大量形成能相对较低的MnSn反位缺陷.Sn空位的形成大大降低了母相的稳定性,促进合金发生马氏体相变.当过量的Mn占据Sn位时,Mn-Mn间距减小30%,导致过量Mn的磁矩反平行于正常Mn原子的磁矩方向排列.本研究有助于更好地理解Ni-Mn-Sn合金的马氏体相变行为及其基础物理性能.

关键词： Ni-Mn-Sn 形状记忆合金马氏体相变缺陷稳定性磁性能

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共晶基复相陶瓷中缺陷的稳定性分析

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机械强度 2017年第6期39卷 1366-1370页

作者：于金凤刘协权倪新华付云伟军械工程学院车辆与电气工程系石家庄050003 军械工程学院基础部石家庄050003

共晶基复相陶瓷材料中,不同相间的热膨胀系数的差异产生的缺陷是降低材料强度的重要因素。基于等效夹杂理论和相互作用直推估计法,计算得到颗粒周围缺陷在热残余应力和外载应力作用下的应力强度因子,研究了缺陷的扩展稳定性,并分析了颗... 详细信息

共晶基复相陶瓷材料中,不同相间的热膨胀系数的差异产生的缺陷是降低材料强度的重要因素。基于等效夹杂理论和相互作用直推估计法,计算得到颗粒周围缺陷在热残余应力和外载应力作用下的应力强度因子,研究了缺陷的扩展稳定性,并分析了颗粒刚度、形状、含量等参数对扩展稳定性的影响规律。结果显示:扁平形的颗粒环向最容易产生热裂纹;刚性颗粒能够在一定程度上降低外载应力在基体中平均作用效果,且长椭球状刚性颗粒的降低程度要大于扁椭球颗粒,因此有利于缺陷的稳定,柔性颗粒作用相反;当缺陷扩展量很小,应力强度因子主要受残余应力控制,缺陷扩展量较大时,应力强度因子主要受基体平均应力控制,长椭球形柔性颗粒有利于提高材料强度。

关键词：夹杂缺陷缺陷稳定性等效夹杂理论

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铝合金蜂窝板—杆单层组合网壳的稳定性研究

铝合金蜂窝板—杆单层组合网壳的稳定性研究

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作者：龚康明东南大学

学位级别：硕士

由于铝合金结构具有自重轻、耐腐蚀和易加工等优点,在结构工程中备受关注,其应用也日益增多。蜂窝板是一种复合夹层结构,其优势在于具有较高的比刚度、比强度和较好的隔振、隔热、耐冲击等性能。本文首次针对由轻质高强的铝合金蜂窝板... 详细信息

由于铝合金结构具有自重轻、耐腐蚀和易加工等优点,在结构工程中备受关注,其应用也日益增多。蜂窝板是一种复合夹层结构,其优势在于具有较高的比刚度、比强度和较好的隔振、隔热、耐冲击等性能。本文首次针对由轻质高强的铝合金蜂窝板参与协同工作的新型铝合金单层组合网壳的稳定性进行研究。通过本文大量的算例分析,结果表明该类新型组合网壳的受力行为、失稳模态、破坏机理和极限承载力,均与无板单层铝合金网壳有很大区别。主要研究内容和结论如下：(1)对铝合金蜂窝板与杆件之间的连接件实体模型和等效模型进行有限元模拟分析,发现两者结果相差很小,可近似采用等效板代替蜂窝板对连接件进行简化分析。不同厚度蜂窝板连接模型的荷载-位移曲线及破坏模式基本一致,表明蜂窝板厚度对连接性能的影响很小。可将等效蜂窝板厚度折减14%,以此考虑蜂窝板与铝合金杆件之间连接的不完全协调。(2)对新型铝合金组合网壳的静力分析结果表明,与同跨度的无板单层铝合金网壳相比,杆件的最大应力减小了65%,最大竖向位移下降了85.4%。经济分析结果表明,组合网壳仅铝合金杆件部分节省材料70%,总造价节省16%,经济性能优越。(3)通过对组合网壳进行特征值屈曲分析,结果表明当网格尺寸较大时,组合网壳的屈曲系数反而小于无板单层网壳。但随着网格尺寸的减小,组合网壳的屈曲系数显著大于无板单层网壳,几乎是后者的数倍。对组合网壳的参数化分析结果表明,组合网壳在L/150的极端初始几何缺陷下的稳定承载力系数,仅比完善结构降低19.6%。建议可将初始几何缺陷的控制指标由现行规范的L/300放宽至L/200。与无板单层钢网壳不同的是,组合网壳和无板单层铝合金网壳的极限承载力均随矢跨比的增大而增大。(4)调整支座附近杆件的截面尺寸和蜂窝板厚度,对组合网壳进行特征值屈曲分析,发现当杆件截面不变时,增大蜂窝板厚度对提高组合网壳的特征值十分显著,增幅达3-6倍,表明支座附近蜂窝板的刚度对组合网壳的稳定性影响很大。(5)随着网格密度和加载方式的改变,新型铝合金组合网壳的失稳破坏模式,也逐渐由部分蜂窝板的局部失稳转为结构的整体失稳。分别对无板单层网壳和组合网壳进行几何非线性缺陷稳定分析,发现组合网壳的极限承载力为无板单层网壳的3.52倍,而极限位移仅为无板单层网壳的38.5%,且比特征值屈曲分析的结果下降了73.8%,表明几何非线性对组合网壳的整体稳定性影响很大。对组合网壳进行双重非线性缺陷稳定分析,发现其极限承载力系数仅比几何非线性分析结果下降11.2%,表明铝合金的材料非线性对新型组合网壳的整体稳定性影响很小可以不予考虑。

关键词：铝合金蜂窝板铝合金组合网壳连接性能缺陷稳定性双重非线性分析

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新型铝合金蜂窝板单层组合网壳的稳定性试验研究

新型铝合金蜂窝板单层组合网壳的稳定性试验研究

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作者：赵阳建东南大学

学位级别：硕士

空间网格结构的稳定问题一直被认为是该类结构最需要解决的关键问题之一,因此,单层网壳结构的稳定性问题始终成为该领域的研究热点,而单层铝合金组合网壳相比钢网壳结构更加轻而柔,自然对稳定问题更为敏感。但现有文献的研究对象大都针... 详细信息

空间网格结构的稳定问题一直被认为是该类结构最需要解决的关键问题之一,因此,单层网壳结构的稳定性问题始终成为该领域的研究热点,而单层铝合金组合网壳相比钢网壳结构更加轻而柔,自然对稳定问题更为敏感。但现有文献的研究对象大都针对钢网壳或铝合金网壳结构。为此本文针对由轻质高强的铝合金蜂窝板参与协同工作的新型单层铝合金组合网壳结构的稳定性开展试验研究。结果表明该类结构的受力行为、失稳模态、破坏机理和极限承载力,均有别于一般的单层铝合金网壳。本文的主要研究内容和结论如下:(1)由于蜂窝板的内部构造比较复杂,实际工程中若对蜂窝板按实体建模进行有限元分析的工作量非常庞大。此外,蜂窝芯与面板接触部位的不规则也容易导致刚度矩阵的奇异。为了能对蜂窝板进行高效而可靠的计算分析,就必须对蜂窝板进行合理的简化、等效。本文针对三明治夹芯板理论、蜂窝板理论和等效板理论三类等效方法,从静力变形和模态频率两个方面,与按蜂窝板实际构造建模的有限元分析结果进行对比研究,讨论三类等效方法的优劣,为今后在计算整体模型时蜂窝板的简化分析提供依据。分析结果表明,蜂窝板理论相对精度较高,更适合实际工程中的蜂窝板简化分析。(2)单层铝合金组合网壳结构是一种缺陷敏感型结构,在稳定承载力分析时,必须考虑缺陷的影响。分析表明,单层铝合金组合网壳结构的最低阶屈曲模态并不都能反映结构的几何缺陷分布形式,因此,一致缺陷模态法得到的并不都是结构的最小临界荷载。(3)针对六个单层铝合金组合网壳结构的试验模型,运用基于高斯分布的随机缺陷模态法,对单层铝合金组合网壳结构的缺陷敏感性以及临界荷载,分别进行200个样本的非线性稳定分析。结果表明,运用随机缺陷模态法的计算结果与试验实测结果吻合良好,误差均在10%以内。今后在对大型工程结构分析时,随机缺陷取100个样本基本可满足一般的工程精度要求。(4)试验研究与有限元分析均表明,单层铝合金组合网壳结构由于蜂窝板参与结构共同工作,受力性能得到显著改善,其稳定承载力至少比无板网壳结构提高了 16%,并且对缺陷的敏感程度要比无板铝合金网壳结构小。(5)现行的《网壳结构技术规程》中对初始几何缺陷的限值,主要是针对无板网壳结构的,为定量探究新型单层铝合金组合网壳的缺陷允许极值,本文对19200个单层铝合金组合网壳算例的计算分析后,发现当初始几何缺陷值达到跨度的3/1000左右时其影响才充分体现出来,从偏于安全角度考虑,在对单层铝合金组合网壳结构稳定承载力分析时,建议取缺陷最大值为网壳跨度的3/1000。为今后制定单层铝合金组合网壳结构的技术规程中有关节点安装偏差的限值提供了一定的参考依据。

关键词：铝合金蜂窝板等效理论单层铝合金组合网壳缺陷稳定性双重非线性分析

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