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超声滚压金属材料的疲劳性能研究进展

应用力学学报 2024年第2期41卷 260-287页

作者：陈辉涛豆敏李磊曾延刘露黄威孙守义西北工业大学力学与土木建筑学院清洁高效透平动力装置全国重点实验室西安710072 西北工业大学国家卓越工程师学院西安710072

超声滚压(ultrasonic surface rolling,USR)技术结合高能冲击和静载滚压的特点,处理后工件具有表面光洁度高、变形层深、残余压应力大和晶粒细化明显等优势;可通过适当的工艺参数设计,极大提高金属材料的疲劳强度,因而在制造业得到了广... 详细信息

超声滚压(ultrasonic surface rolling,USR)技术结合高能冲击和静载滚压的特点,处理后工件具有表面光洁度高、变形层深、残余压应力大和晶粒细化明显等优势;可通过适当的工艺参数设计,极大提高金属材料的疲劳强度,因而在制造业得到了广泛应用。自该技术应用至今,国内外学者做了大量有关USR工艺及性能方面的研究,并在多种重要金属材料及关键零部件中应用。截至目前,关于USR工艺参数对材料表面完整性和疲劳性能的研究,比较零散,缺乏系统总结。研究首先简要介绍了USR的工作原理和可控性;然后总结了不同USR工艺参数诱导的残余应力和微观组织,以及残余应力在疲劳加载过程中的释放规律;分析了不同工艺USR诱导的表面完整性对疲劳性能的影响及其潜在机理;阐述了与USR相关的复合强化方法的最新进展,并展望了USR金属材料的应用前景。

关键词：超声滚压疲劳性能金属材料残余应力微观组织

含V型缺口分数阶黏弹性复合材料反平面界面断裂的辛方法

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计算力学学报 2024年第4期41卷 689-695页

作者：徐成辉孙义国冷森邓子辰西北工业大学力学与土木建筑学院西安710129 西北工业大学复杂系统动力学与控制工信部重点实验室西安710129

本文提出求解含V型缺口的分数阶黏弹性复合材料反平面界面断裂问题的辛方法.分数阶Kelvin-Zener模型用于描述材料的黏弹性特征;借助Laplace变换,将时域内黏弹性反平面断裂问题的基本方程转换到频域空间;通过引入位移的对偶变量广义应力... 详细信息

本文提出求解含V型缺口的分数阶黏弹性复合材料反平面界面断裂问题的辛方法.分数阶Kelvin-Zener模型用于描述材料的黏弹性特征;借助Laplace变换,将时域内黏弹性反平面断裂问题的基本方程转换到频域空间;通过引入位移的对偶变量广义应力,建立问题的哈密顿求解体系.在该体系下,对偶方程的本征值和本征解可以利用分离变量法求解,本征解级数展开的系数通过本征解的辛共轭正交关系和外边界条件确定.这样将得到含缺口黏弹性复合材料反平面应力/应变强度因子的解析表达式.最后通过Laplace逆变换,得到时域空间内的应力/应变强度因子.数值算例验证本文方法的准确性,并揭示了分数阶参数、缺口角度和外载荷对应力/应变强度因子的影响.

关键词：辛方法分数阶黏弹性界面断裂反平面应力强度因子

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基于折纸结构的收纳式软体抓手设计与试验

机械工程学报 2024年第5期60卷 51-58页

作者：邓栋轩李纪辉朱志韦邓子辰西北工业大学力学与土木建筑工程学院西安710072 复杂系统动力学与控制工信部重点实验室西安710072

现有气动软体抓手的运动范围大多受初始长度限制,难以实现小存储体积、大包络范围的设计目标。结合气动结构和折纸结构的特点,提出了一种高收纳比、弯曲-展开耦合运动的软体抓手设计方案。基于三浦折纸结构,设计了一种可弯曲折展的管状... 详细信息

现有气动软体抓手的运动范围大多受初始长度限制,难以实现小存储体积、大包络范围的设计目标。结合气动结构和折纸结构的特点,提出了一种高收纳比、弯曲-展开耦合运动的软体抓手设计方案。基于三浦折纸结构,设计了一种可弯曲折展的管状折纸模型,并且基于面板刚性假定,分析了边长、夹角等几何参数对该折纸结构曲率半径和弯曲角度的影响;考虑软体抓手的壁厚,利用有限元软件分析了软体抓手的变形行为;采用3D打印和逐层浇筑的方式制作抓手样品,验证了软体抓手的展开和抓取性能。该研究成果可为太空垃圾抓取机器人的设计提供理论支持。

关键词：折纸结构高收纳比软体抓手逐层浇筑

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起落架系统刹车走步动力学特性研究

振动工程学报 2024年第4期37卷 708-716页

作者：刘冲冲刘小川许勇黄兆铭杨正权西北工业大学力学与土木建筑学院陕西西安710072 中国飞机强度研究所陕西西安710065 结构冲击动力学航空科技重点实验室陕西西安710065 西北工业大学数学与统计学院陕西西安710072

起落架碳陶刹车系统的刹车力矩在角速度快速变化时,随着机轮转速的减小而增大,刹车力矩和机轮转速曲线的负斜率与起落架刹车走步振动有较大的关系。本文建立了一个三自由度起落架刹车走步动力学模型,对水陆两栖飞机主起落架刹车振动进... 详细信息

起落架碳陶刹车系统的刹车力矩在角速度快速变化时,随着机轮转速的减小而增大,刹车力矩和机轮转速曲线的负斜率与起落架刹车走步振动有较大的关系。本文建立了一个三自由度起落架刹车走步动力学模型,对水陆两栖飞机主起落架刹车振动进行了分析,重点研究刹车力矩负斜率对起落架刹车振动的影响,计算的加速度响应、频率与起落架外场滑跑刹车试验测试结果一致。研究了初始刹车力矩、负斜率、起落架航向刚度与阻尼、支柱等效高度等参数对起落架动力学系统的影响,给出了初始刹车力矩与刹车力矩负斜率在高速刹车状态下的双参数振动收敛边界。通过Hopf分岔分析得到了起落架刹车系统的刹车力矩负斜率与初始速度的双参数分岔图。通过分析得出,起落架刹车低频振动发散可能由刹车力矩负斜率超过一定范围或刹车压力大导致刹车力矩过大,滑移率超过限值两种原因导致。相对于高速刹车,刹车力矩负斜率对低速刹车稳定性影响更大。在分析结果的基础上给出了抑制起落架刹车走步的方法与建议。

关键词：起落架走步刹车振动稳定性负斜率 Hopf分岔

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气膜孔孔形对CMSX-10平板试样蠕变性能的影响

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航空动力学报 2024年

作者：王心美王大斐李磊西北工业大学-中国航发商用航空发动机有限责任公司商用航空发动机结构完整性联合创新中心西北工业大学力学与土木建筑学院高效清洁动力装置全国重点实验室

针对第三代镍基高温合金CMSX-10平板试样，分别设计带有倾角与偏航角的圆孔、扩张孔、W形孔三种孔形的气膜孔并开展高温蠕变试验，研究了气膜孔孔形对镍基单晶合金冷却叶片模拟试样高温持久断裂寿命的影响。结果表明：在980℃和350MPa... 详细信息

针对第三代镍基高温合金CMSX-10平板试样，分别设计带有倾角与偏航角的圆孔、扩张孔、W形孔三种孔形的气膜孔并开展高温蠕变试验，研究了气膜孔孔形对镍基单晶合金冷却叶片模拟试样高温持久断裂寿命的影响。结果表明：在980℃和350MPa条件下，圆孔试样的高温持久断裂寿命大约为扩张孔试样的1.3倍，扩张孔试样的高温持久断裂寿命大约为W形孔试样的1.3倍。结合扫描电镜分析发现：平板试样的蠕变断裂形式主要是在气膜孔周边区域产生应力集中之后引起的类解理和韧窝混合型断裂。基于晶体塑性理论对三种气膜孔孔形平板试样进行模拟分析，模拟结果显示在气膜孔周边存在应力集中和应力重分布，数值模拟分析结果与观察试样断口形貌得到的断裂特征吻合。采用改进的Lemaitre蠕变损伤模型与Larson-Miller方程来预测圆孔CMSX-10平板试样的蠕变断裂寿命，结果表明基于改进的Lemaitre 蠕变损伤模型预测蠕变寿命精度更高。

关键词： CMSX-10平板试样镍基单晶合金气膜孔孔形晶体塑性理论蠕变性能

激光增材制造镍基高温合金的高温变形行为与本构模型

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火箭推进 2024年第1期50卷 135-146页

作者：苏鹏程赵长安王佩艳袁康博连晨晨西北工业大学力学与土木建筑学院陕西西安710129 航天液体动力全国重点实验室陕西西安710100

开展了激光增材制造镍基高温合金在7种温度下的拉伸试验,通过断口分析、数据处理等手段研究了增材制造高温合金的破坏机制及本构模型。结果表明:镍基高温合金的屈服强度、抗拉强度随着温度的升高而降低;温度高于673 K时,塑性段出现锯齿... 详细信息

开展了激光增材制造镍基高温合金在7种温度下的拉伸试验,通过断口分析、数据处理等手段研究了增材制造高温合金的破坏机制及本构模型。结果表明:镍基高温合金的屈服强度、抗拉强度随着温度的升高而降低;温度高于673 K时,塑性段出现锯齿流变现象,随着温度的升高,锯齿的密度减小;试件断口表面存在大量韧窝和撕裂棱,具有显著的韧性断裂特征;通过考虑应变和温度对材料塑性行为的耦合影响,建立了以J-C和Z-A模型为基础来拟合合金流动应力的改进本构模型,拟合值和试验值吻合较好,相对误差绝对值均小于4%;将有限元仿真结果和试验的载荷-位移曲线进行对比,进一步证明了所建立本构模型的准确性。

关键词：镍基高温合金本构模型流变行为激光增材制造有限元模拟

进阶式教与学耦合驱动的理论力学教学创新与实践

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中国大学教学 2024年第5期 39-44页

作者：张娟西北工业大学力学与土木建筑学院

文章面向新时期国家航空航天等重大需求,探讨理论力学课程如何培养力学思维,如何应用力学思维培养学生分析解决工程实际问题的能力,教育数字化变革背景下如何基于数字化教学资源、信息化教育技术构建新型教学模式,激发学生创新潜力,如... 详细信息

文章面向新时期国家航空航天等重大需求,探讨理论力学课程如何培养力学思维,如何应用力学思维培养学生分析解决工程实际问题的能力,教育数字化变革背景下如何基于数字化教学资源、信息化教育技术构建新型教学模式,激发学生创新潜力,如何在提高课程高阶性的同时激发学生持续学习动力等问题,重构教学内容,建设多学科融合的理论力学案例库,建设线上、线下教学资源群,虚实结合实验体系,赛教融合以赛促学培养体系,同时通过融合式课程思政激发学习内生动力,反馈式考核评价体系增强教学外驱动力,教学相长,提高教学成效,课程建设取得了显著成果。

关键词：理论力学教育数字化教学模式课程思政考核评价

不同增强方向的带支柱体心立方点阵及其填充结构的压缩力学性能分析

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中国机械工程 2024年

作者：张武昆赵剑谭永华高玉闪王珺韩子月耿小亮航天液体动力全国重点实验室西安航天动力研究所西安建筑科技大学机电工程学院西北工业大学力学与土木建筑学院

为研究不同增强方向的BCCZ点阵及其填充结构的压缩力学性能，制备了硅橡胶填充点阵结构试验件。通过试验和仿真方法研究了硅橡胶填充BCC1和BCC2（加载方向分别与BCCZ点阵的Z杆方向相同或垂直）两种点阵结构的压缩力学性能，并采用铁木... 详细信息

为研究不同增强方向的BCCZ点阵及其填充结构的压缩力学性能，制备了硅橡胶填充点阵结构试验件。通过试验和仿真方法研究了硅橡胶填充BCC1和BCC2（加载方向分别与BCCZ点阵的Z杆方向相同或垂直）两种点阵结构的压缩力学性能，并采用铁木辛柯梁理论和极限载荷法分析了两种BCCZ点阵结构的等效弹性模量和压缩平台应力。结果表明：提出的理论模型能够很好的预测两种点阵结构的等效弹性模量和压缩平台应力。经过填充后两种点阵结构的压缩强度和吸能性能均会得到增强，BCC2结构的增强效果更加显著。对BCC1点阵结构，填充提高了其内部杆件的承载力；而对BCC2点阵结构，填充减少了其“V”型剪切带附近的杆件弯曲变形。随着点阵结构半径的增加，两种结构的吸能耦合因子均先增加后减小，而BCC1型结构的吸能耦合因子变化更明显。

关键词：力学性能点阵结构等效弹性模量有限元仿真填充结构

3D打印树脂模在重型燃机透平叶片制造中的应用技术研究

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热加工工艺 2024年第5期53卷 106-110,118页

作者：赵仕志温志勋吴欣洲赵代银张琼元郝悦郭维华西北工业大学力学与土木建筑学院清洁高效透平动力装备全国重点实验室陕西西安710072 东方电气集团东方汽轮机有限公司四川德阳618000

针对重型燃机高温透平叶片精铸流程长、试验迭代慢的特点,介绍了3D打印树脂模在燃机叶片精密铸造开发过程中的应用情况。重点阐述了3D打印树脂模的材料特性、强度控制方法、表面特性以及适应精密铸造过程的工艺匹配方法,为采用树脂模直... 详细信息

针对重型燃机高温透平叶片精铸流程长、试验迭代慢的特点,介绍了3D打印树脂模在燃机叶片精密铸造开发过程中的应用情况。重点阐述了3D打印树脂模的材料特性、强度控制方法、表面特性以及适应精密铸造过程的工艺匹配方法,为采用树脂模直接成型叶片创造了条件。

关键词： 3D打印增材制造精密铸造燃机叶片