基于分离式霍普金森杆的铝合金板料高速冲击液压成形有限元模拟与试验研究

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作者 李旺 张团卫 +5 位作者 常慧 赵聃 毛周朱 魏慧杰 焦志明 王志华 《塑性工程学报》 北大核心 2025年第3期78-89,共12页

针对轻质合金室温塑性较差的难成形问题,利用分离式霍普金森压杆技术进行了高速冲击和高速冲击液压成形的试验设计,对5052铝合金高速冲击及高速冲击液压成形过程进行数值模拟和试验分析,研究了高速冲击液压成形过程和冲击速度、板料厚... 针对轻质合金室温塑性较差的难成形问题,利用分离式霍普金森压杆技术进行了高速冲击和高速冲击液压成形的试验设计,对5052铝合金高速冲击及高速冲击液压成形过程进行数值模拟和试验分析,研究了高速冲击液压成形过程和冲击速度、板料厚度对成形深度和效果的影响规律。结果表明:仿真和试验结果吻合较好,验证了仿真的可靠性。在5052铝合金板料高速冲击液压成形过程中,双冲击体形式存在二次加载现象,第1次冲击波达到峰值之前,板料出现“平底现象”,当反射波到达一定位置,板料深度继续增加。随着冲击速度的增加,成形深度逐渐增加;板料成形厚度的增加需要更大的冲击能量。高速冲击液压成形与高速冲击成形相比有显著优势,既可以提高成形零件的表面质量,又可以在同等成形深度要求下减小冲击速度和能量。 展开更多

关键词 冲击液压成形 分离式霍普金森杆 5052铝合金板料 有限元模拟 成形工艺试验

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冲击载荷下结构拓扑优化设计与动态响应分析 被引量：11

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作者 史峰源 李世强 刘志芳 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期578-587,共10页

为解决结构动态冲击载荷拓扑优化计算过程复杂、计算效率低,而且难以收敛等问题,建立了一种在冲击载荷下结构的拓扑优化方法.将双向渐进结构拓扑优化方法和等效静力载荷优化方法相结合,同时将权值法和材料插值模型引入其中.采用内外双... 为解决结构动态冲击载荷拓扑优化计算过程复杂、计算效率低,而且难以收敛等问题,建立了一种在冲击载荷下结构的拓扑优化方法.将双向渐进结构拓扑优化方法和等效静力载荷优化方法相结合,同时将权值法和材料插值模型引入其中.采用内外双层循环的方式实现了冲击载荷下单相材料和双相复合材料/结构的拓扑优化.通过两个算例验证了方法的可行性与高效性,并且对优化后的结构进行动态响应分析,分析结果表明与传统方法相比,采用新方法优化得到的结构,在冲击载荷下承载能力更好,说明该方法适用于冲击载荷下结构的拓扑优化设计,且优化流程简洁,计算效率高,优化平稳高效. 展开更多

关键词 拓扑优化 双向渐进结构优化 等效静力载荷优化 动态响应

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时效Ni_(2)CoCr_(0.5)Si_(0.3)Al_(0.1)Ti_(0.1)中熵合金的力学行为和变形机理的研究

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作者 罗顺辉 常慧 +3 位作者 王强 张佳鑫 张团卫 王志华 《太原理工大学学报》 CAS 北大核心 2024年第3期465-473,共9页

【目的】设计了一种新型的Ni_(2)CoCr_(0.5)Si_(0.3)Al_(0.1)Ti_(0.1)中熵合金。【方法】在非等原子比Ni-Co-Cr基体的中熵合金中加入微量的Si、Al和Ti元素,并且通过不同温度的时效热处理进一步引入弥散的共格L12相沉淀。【结果】结果表... 【目的】设计了一种新型的Ni_(2)CoCr_(0.5)Si_(0.3)Al_(0.1)Ti_(0.1)中熵合金。【方法】在非等原子比Ni-Co-Cr基体的中熵合金中加入微量的Si、Al和Ti元素,并且通过不同温度的时效热处理进一步引入弥散的共格L12相沉淀。【结果】结果表明,700℃时效后的Ni_(2)CoCr_(0.5)Si_(0.3)Al_(0.1)Ti_(0.1)中熵合金具有最优异的力学性能,其屈服强度为783MPa,极限抗拉强度为1252MPa,伸长率为41.6%;相比退火处理样品,经过700℃时效处理使得合金的屈服强度提升了310MPa.分析合金在700℃时效样品的初始微观结构,可以确定合金中不仅存在共格的L12相结构,还有微量的金属间化合物Ni16Ti6Si7相。同时,由于高轧制量的冷轧变形和短时间的退火处理,在初始结构中发现微量的层错、纳米层错网格、Lomer-cottrell锁和位错钉扎现象的存在。其几何必需位错在拉伸过程中呈现出均匀分布,主要的变形模式以滑移为主,且具有层错结构,并没有发现变形孪晶。 展开更多

关键词 中熵合金 成分设计 时效处理 力学性能 析出强化 变形机理

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爆炸载荷作用下夹层玻璃裂纹扩展的研究 被引量：5

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作者 李胜杰 李志强 +2 位作者 王志华 李鑫 赵隆茂 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第S2期72-77,共6页

为了研究爆炸载荷作用下夹层玻璃(LG)的裂纹扩展规律,利用裂纹扩展的方法对结构在爆炸载荷下的动态响应进行了数值仿真。LG采用JH-2模型,并施加最大主应力失效准则。仿真结果表明:保持爆炸距离不变,随着TNT当量的增加,径向裂纹数量逐渐... 为了研究爆炸载荷作用下夹层玻璃(LG)的裂纹扩展规律,利用裂纹扩展的方法对结构在爆炸载荷下的动态响应进行了数值仿真。LG采用JH-2模型,并施加最大主应力失效准则。仿真结果表明:保持爆炸距离不变,随着TNT当量的增加,径向裂纹数量逐渐增多,并以辐射状由中心向边界扩展。TNT当量较小(小于等于35 g)时环向裂纹不明显,只在中心处有少量产生;保持TNT当量不变,随着距离的增加,LG的裂纹数量逐渐减少,其中以径向裂纹为主,环向裂纹主要集中在玻璃的中心处;爆炸距离20 cm、TNT当量为15 g时,结构的裂纹只有径向裂纹;TNT当量为30 g时,结构开始产生环向裂纹;TNT当量为45 g时,结构的径向和环向裂纹数量明显增加。 展开更多

关键词 爆炸力学 爆炸载荷 夹层玻璃 裂纹扩展 JH-2 失效准则

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镍钛合金冠脉支架纵向柔顺性数值分析 被引量：7

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作者 韦明堂 李志强 郑清丽 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期13-18,共6页

目的利用有限元方法分析自主设计镍钛合金冠脉支架的结构特征与纵向柔顺性的关系。方法通过Soildworks设计一种新型支架的几何模型,运用Hypermesh、MATLAB及ABAQUS软件构建出支架的有限元模型,在ABAQUS中对支架一个结构周期内的9个弯曲... 目的利用有限元方法分析自主设计镍钛合金冠脉支架的结构特征与纵向柔顺性的关系。方法通过Soildworks设计一种新型支架的几何模型,运用Hypermesh、MATLAB及ABAQUS软件构建出支架的有限元模型,在ABAQUS中对支架一个结构周期内的9个弯曲方向上分别施加转角位移,使支架保持纯弯曲状态。结果支架柔顺性在自接触前差异性不明显;当自接触发生后,支架的柔顺性表现出明显的各向异性,同时支架在平面内的纯弯曲载荷作用下发生弯曲变形,并伴随着平面外的偏转及围绕自身轴线的扭转变形。结论支架的结构特征决定了其弯曲行为,连接体的螺旋和自接触使支架的柔顺性始终表现出各向异性,为支架在临床上的应用提供科学指导。 展开更多

关键词 冠脉支架 纵向柔顺性 弯曲 各向异性 有限元分析

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充放电过程中锂离子电池负极铜集流体的电化学和力学行为研究 被引量：1

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作者 刘笑 王志华 +1 位作者 乔力 郭美卿 《太原理工大学学报》 CAS 北大核心 2020年第1期73-80,共8页

使用化学还原法结合聚吡咯软模板法制备了锑纳米颗粒@聚吡咯网络结构负极材料,对不同循环圈数后铜集流体的结构和不同温度下循环50圈后铜集流体的电化学和力学行为进行研究。结果表明,随着循环圈数的增加,铜集流体粉化层的厚度也会增加;... 使用化学还原法结合聚吡咯软模板法制备了锑纳米颗粒@聚吡咯网络结构负极材料,对不同循环圈数后铜集流体的结构和不同温度下循环50圈后铜集流体的电化学和力学行为进行研究。结果表明,随着循环圈数的增加,铜集流体粉化层的厚度也会增加;0℃和60℃下循环50圈后铜集流体的弹性模量和硬度相比于原始集流体都有明显的降低,可能是由于Li、Sb和C扩散到集流体中形成的不溶体具有强化作用;而20℃下铜集流体的弹性模量和硬度有轻微的增加,说明其比原始集流体脆性增大,韧性下降,由此表明温度对电池的放电性能有显著影响。 展开更多

关键词 锂离子电池 锑纳米颗粒 力学行为 温度 集流体

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压缩载荷下锂离子电池锑碳负极的稳定性研究 被引量：1

7

作者 孙维岩 孟伟嘉 +2 位作者 赵松楠 郭春丽 郭美卿 《太原理工大学学报》 CAS 北大核心 2023年第3期425-431,共7页

采用锑碳复合材料作为负极活性材料组装纽扣锂离子电池,对其进行准静态平板和接触(钢球)挤压加载实验,研究其在载荷作用下的电化学循环稳定性、电极表面裂纹及其失效。结果表明,在0~960 N的范围内,接触压缩载荷和准静态平板载荷均会对... 采用锑碳复合材料作为负极活性材料组装纽扣锂离子电池,对其进行准静态平板和接触(钢球)挤压加载实验,研究其在载荷作用下的电化学循环稳定性、电极表面裂纹及其失效。结果表明,在0~960 N的范围内,接触压缩载荷和准静态平板载荷均会对电池容量造成损伤,随着载荷增大,电极表面裂纹越大,活性材料剥落越多,导致可逆容量损失越大。接触压缩载荷作用后,电池外壳出现凹陷,电极表面形成较大裂纹,导致电池可逆容量大幅度下降,循环稳定性差;准静态平板载荷作用后,电池可逆容量损失较小,循环稳定性没有明显变化,归因于电池外壳的保护作用。该研究为锑碳负极材料在压缩载荷作用下的失效提供了参考。 展开更多

关键词 锂离子电池 锑碳负极 准静态平板载荷 接触载荷

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爆炸载荷作用下夹层玻璃动态响应的近场动力学数值模拟 被引量：3

8

作者 王木飞 李志强 张英杰 《太原理工大学学报》 CAS 北大核心 2022年第5期869-876,共8页

为了研究透明夹层玻璃在爆炸载荷下自发的动态断裂行为,引入近场动力学(PD)模拟玻璃裂纹的萌生、扩展、分叉、贯通和止裂等动态响应。首先,通过落锤冲击实验和野外爆炸实验得到相关的参数和损伤模态;然后,通过使用键基PD对夹层玻璃进行... 为了研究透明夹层玻璃在爆炸载荷下自发的动态断裂行为,引入近场动力学(PD)模拟玻璃裂纹的萌生、扩展、分叉、贯通和止裂等动态响应。首先,通过落锤冲击实验和野外爆炸实验得到相关的参数和损伤模态;然后,通过使用键基PD对夹层玻璃进行数值模拟,玻璃零件采用三维不连续伽辽金算法,胶层采用黏接层有限元算法,采用接触算法实现两部分的耦合;最后,通过较大幅度地改变TNT炸药量、爆炸距离、PVB胶层厚度和内外层玻璃的厚度,系统研究夹层玻璃的裂纹扩展规律。仿真结果表明:1)PD可以很好地模拟夹层玻璃自发断裂失效和裂纹扩展行为;2)爆炸距离、炸药量和PVB胶层厚度对夹层玻璃结构的动态响应有着显著的影响;3)通过对不同药量炸药下外层玻璃向内凹陷的最大挠度的比较,发现PD方法与实验、单元删除法结果有很好的契合度,且PD方法的误差范围低于单元删除法;4)PD方法中外层玻璃的能量吸收率远远高于内层玻璃和PVB夹层,同时内外层玻璃厚度的分布对能量吸收率也存在很大的影响,PD方法与单元删除法结果有很高的一致性。 展开更多

关键词 近场动力学 爆炸载荷 夹层玻璃 单元删除法 裂纹扩展

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FeCoCrNiCu高熵合金纳米压痕力学响应的分子动力学模拟 被引量：1

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作者 孙业伟 张路明 +2 位作者 马胜国 张团卫 辛浩 《太原理工大学学报》 CAS 北大核心 2023年第3期562-569,共8页

采用分子动力学(MD)模拟建立FeCoCrNiCu高熵合金纳米压痕模型,从杨氏模量、位错行为等方面对FeCoCrNiCu高熵合金进行相关力学性能分析。研究分析了纳米压痕过程中温度和加载速度对合金基体变形的影响。经模拟以及数据拟合发现,杨氏模量... 采用分子动力学(MD)模拟建立FeCoCrNiCu高熵合金纳米压痕模型,从杨氏模量、位错行为等方面对FeCoCrNiCu高熵合金进行相关力学性能分析。研究分析了纳米压痕过程中温度和加载速度对合金基体变形的影响。经模拟以及数据拟合发现,杨氏模量与实验结果近似一致;纳米压痕过程依次经历弹性-塑性阶段,进入塑性阶段后基体内部产生位错,随着压头的不断深入,位错不断形核扩展最终成环;由于高熵合金复杂的元素组成以及应变梯度效应,剪切应变在合金体内的分布是不均匀的。加载速度对弹性阶段影响不大,但会对位错的增长产生影响,临界塑性压深也会随加载速度的增大而增大;温度对高熵合金的变形有着显著影响,温度升高会使原子运动加剧,基体易于变形。低温下压痕力明显上升,这是由于低温本身会降低原子迁移率,同时也利于孪晶产生,使基体进一步强化。 展开更多

关键词 高熵合金 分子动力学 纳米压痕 温度 加载速度

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圆柱形锂离子动力电池卷绕过程中的应力分析

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作者 陈敬宜 王根伟 +2 位作者 宋辉 雷建银 吴桂英 《太原理工大学学报》 CAS 北大核心 2023年第2期280-289,共10页

在锂离子动力电池的制造过程中,卷绕是极为关键的一道工序。为了保证电池的安全稳定,卷绕过程中不能产生弯折、褶皱,甚至断裂。电池型号不同,适合的卷绕方式不同,最适合的卷绕方式可以根据卷芯成品外半径来确定。首先,把电池卷绕层作为... 在锂离子动力电池的制造过程中,卷绕是极为关键的一道工序。为了保证电池的安全稳定,卷绕过程中不能产生弯折、褶皱,甚至断裂。电池型号不同,适合的卷绕方式不同,最适合的卷绕方式可以根据卷芯成品外半径来确定。首先,把电池卷绕层作为薄膜材料,在卷绕张力的约束下对卷芯的本构方程进行分析,得到平面应变状态下卷芯内r处的环向应力分布函数和径向应力分布函数;进而得到卷绕n圈完成后,卷芯内任意r处的环向应力和径向应力。根据卷绕张力的类型,对不同卷芯外半径下的环向应力进行算例分析,从而得到适合不同卷绕外半径的卷绕方式。随着卷绕外半径的不断增大,恒卷绕张力和锥度卷绕张力逐渐不适合电池卷芯的卷绕,因此提出了全新的抛物线型卷绕张力和复合型卷绕张力。动力电池卷绕完成后,电池卷芯经卷绕产生的应力相当于对电池施加的预应力,从而对动力电池的使用产生影响。 展开更多

关键词 锂离子动力电池 平面应变状态 应力分布 卷绕张力 环向应力

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人体脊柱后凸矫形力的测试分析

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作者 王文治 高辉 +2 位作者 陈维毅 张绪树 刘佳禾 《太原理工大学学报》 CAS 北大核心 2021年第1期151-157,共7页

临床对于矫正轻度脊柱后凸的非手术方法大多是佩戴脊柱后凸矫形器,其通过对脊柱后凸起施加垂直于脊柱的向前的矫形力,该力由矫形器的肩带作用于肩部而产生。采用摄影的方法对脊柱后凸矫形过程中人体颈椎和胸椎段的标志点运动学数据进行... 临床对于矫正轻度脊柱后凸的非手术方法大多是佩戴脊柱后凸矫形器,其通过对脊柱后凸起施加垂直于脊柱的向前的矫形力,该力由矫形器的肩带作用于肩部而产生。采用摄影的方法对脊柱后凸矫形过程中人体颈椎和胸椎段的标志点运动学数据进行记录;通过试验机提供垂直于脊柱沿矢状面方向向后的矫形拉力并记录;利用Image J图像处理软件对采集的图像序列进行非线性拟合分析,量化脊柱后凸的有效矫形力与矫形角度的对应关系;最终得到考虑性别、身高、身体质量指数、上半身长/身高、外肩宽、坐高、坐肩高/坐高等因素在内的矫形角度与对应的矫形力计算的通用公式。结果表明:矫形力与矫形角度函数关系可用三次函数表示,回归系数R2均大于0.99;将身高、体重等个体化因素数据考虑在内的拟合回归方程的P值均小于0.05,拟合方程显著性良好;且拟合的矫形通用公式可适用于根据身高、体重等尺度结合矫形度数初步计算所需矫形力大小。 展开更多

关键词 脊柱后凸 矫形器 矫形角度 矫形力 曲线拟合

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