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机器学习赋能力学专业课教学创新与实践
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作者 王小萌 张娟 +1 位作者 张佳烨 刘虎 《实验室研究与探索》 北大核心 2025年第5期126-130,共5页
为了培养满足新时代科技发展需求的新工科人才,以力学专业课程“复合材料力学”为例,进行了一系列的教学改革和实践探索。对教学内容进行了重构和更新;采用项目式学习、翻转课堂、互动式教学等方法,充分调动学生学习的积极性并加强各种... 为了培养满足新时代科技发展需求的新工科人才,以力学专业课程“复合材料力学”为例,进行了一系列的教学改革和实践探索。对教学内容进行了重构和更新;采用项目式学习、翻转课堂、互动式教学等方法,充分调动学生学习的积极性并加强各种能力的培养。并总结教学改革经验,展望复合材料力学与机器学习技术融合的未来发展趋势,提出进一步的教学改革方向。本教改和实践研究,为复合材料力学教学提出一种思路和方法,可供其他力学课程的改革参考。 展开更多
关键词 复合材料力学 教学改革 机器学习 创新能力 应用能力
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用于获取延性材料力学性能的锥-小冲杆试验新方法与应用
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作者 周甜 韩光照 蔡力勋 《中国测试》 北大核心 2025年第1期143-150,共8页
对于均匀、各向同性、幂律硬化的金属材料,以锥形端头小冲杆对试样圆面中心法向施加压载荷,提出基于能量密度等效的,用于描述试样几何尺寸、材料本构关系参数、载荷和位移之间关系的锥-小冲杆试验(cone small punch test,C-SPT)载荷-位... 对于均匀、各向同性、幂律硬化的金属材料,以锥形端头小冲杆对试样圆面中心法向施加压载荷,提出基于能量密度等效的,用于描述试样几何尺寸、材料本构关系参数、载荷和位移之间关系的锥-小冲杆试验(cone small punch test,C-SPT)载荷-位移模型,并提出获取材料应力-应变关系和力学性能指标的锥-小冲杆试验新方法。通过有限元分析不同弹性模量、屈服强度和硬化指数的100种预设材料进行新方法的数值验证,及对3种金属材料完成CSPT。结果表明:由新方法预测的应力-应变关系与有限元分析预设曲线和传统单轴拉伸试验结果吻合良好,此外,由新方法获得的抗拉强度与单轴拉伸试验结果误差较小。 展开更多
关键词 小冲杆试验 能量密度等效 幂率硬化材料 应力-应变关系 试验应用
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基于机器学习的增材制造合金材料力学性能预测研究进展与挑战 被引量:16
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作者 胡雅楠 余欢 +4 位作者 吴圣川 奥妮 阚前华 吴正凯 康国政 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1892-1915,共24页
增材制造是现代高端装备制造领域的革命性突破技术之一.其中,增材构件的大批量生产和高可靠应用,关键在于制造可重复性、质量可靠性与性能可预测性.而在各向异性组织、广域分布缺陷、深部残余应力和复杂表面粗糙度等诸多因素的共同影响... 增材制造是现代高端装备制造领域的革命性突破技术之一.其中,增材构件的大批量生产和高可靠应用,关键在于制造可重复性、质量可靠性与性能可预测性.而在各向异性组织、广域分布缺陷、深部残余应力和复杂表面粗糙度等诸多因素的共同影响下,基于传统经验模型和有限数据的增材制造金属力学性能预测效率与准确性面临着严峻挑战.近年来,作为大数据与人工智能发展到一定阶段的必然产物,机器学习(machine learning,ML)方法为有效处理高维物理量之间的复杂非线性关系提供了契机,在增材制造合金材料力学性能预测领域得到持续关注.文章综述了机器学习在增材制造材料及构件力学性能预测中的国内外研究进展.首先简述了常见的机器学习算法和通用的机器学习流程,重点分析了融合物理信息的机器学习(physics-informed machine learning,PIML)方法的特点与构造方式;然后概述了增材制造合金材料力学性能4大影响因素的形成原因及机器学习在这些影响因素预测中的应用现状;重点介绍了ML和PIML在拉伸性能和疲劳断裂性能预测中的代表性研究成果;最后指出当前机器学习在力学性能预测中的局限性,并探讨了发展趋势和技术前景. 展开更多
关键词 数据驱动 机理驱动 微观组织 缺陷演化 疲劳寿命
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面向航空铝材力学性能试验的平面压入方法 被引量:1
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作者 尹东霞 肖怀荣 +2 位作者 李纪涛 蔡力勋 吴旻 《中国测试》 CAS 北大核心 2023年第12期67-72,86,共7页
在役结构材料力学性能微损测试是结构完整性评价的重要内容,旨在获取航空铝材基本力学性能的毫微级平面压入试验方法尚需进一步发展。基于平面压入试验获取航空铝材的单轴拉伸力学性能,并建立获取材料洛氏硬度HRB的平面压入试验方法。针... 在役结构材料力学性能微损测试是结构完整性评价的重要内容,旨在获取航空铝材基本力学性能的毫微级平面压入试验方法尚需进一步发展。基于平面压入试验获取航空铝材的单轴拉伸力学性能,并建立获取材料洛氏硬度HRB的平面压入试验方法。针对5种航空铝材进行平面压入试验、单轴拉伸试验和洛氏硬度测试,对比结果表明:由平面压入试验预测得到的材料单轴拉伸力学性能及洛氏硬度与单轴拉伸试验及洛氏硬度测试结果密切吻合,单轴拉伸力学性能误差均在6%以内,洛氏硬度误差在7%以内;表明平面压入试验方法可通过单次单调加-卸载试验实现航空服役构件材料力学性能的微损获取。 展开更多
关键词 平面压入 能量-无量纲位移模型 洛氏硬度 航空铝材
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耐热铝合金在航空领域中的研究进展与发展趋势 被引量:2
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作者 陈汉 伍鹏程 +4 位作者 张涛 匡蜀黔 张良贤 赵科 刘金铃 《航空材料学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1-15,共15页
超声速飞机的发展对能够在300~500℃服役的耐热铝合金材料有迫切需求。然而,耐热铝合金的高温力学性能还无法满足实际应用需求,因此,需要从材料成分设计和显微结构控制等方面开展进一步的研究,提高耐热铝合金的综合力学性能。本文从微... 超声速飞机的发展对能够在300~500℃服役的耐热铝合金材料有迫切需求。然而,耐热铝合金的高温力学性能还无法满足实际应用需求,因此,需要从材料成分设计和显微结构控制等方面开展进一步的研究,提高耐热铝合金的综合力学性能。本文从微合金化设计和共晶合金两个方面综述了耐热铝合金的相关研究进展,并且展望了耐热铝合金研究的发展趋势。文章首先系统介绍了Al-Sc系、Al-Cu系、Al-Si系和Al-Mg系耐热铝合金的发展历史与研究现状,重点讨论了耐热铝合金的微合金化设计思想,以及过渡金属元素和稀土元素对析出相、组织结构和力学性能的影响。接着,全面总结了Al-Fe系、Al-Ni系、Al-Ce系和Al-Si系耐热共晶铝合金的发展现状,重点介绍了快速凝固技术和增材制造技术对发展耐热共晶铝合金产生的重要推动作用。最后,分析了新型耐热铝合金开发及应用所面临的主要问题,并从数据驱动的成分设计、高通量实验验证、工程应用研究和标准体系建设等角度探讨了未来耐热铝合金研究的发展趋势。 展开更多
关键词 耐热铝合金 微合金化 快速凝固 增材制造 力学性能
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基于车辆动力学的铁路轨道曲线啸叫时域模型 被引量:3
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作者 李午垚 刘奔龙 +1 位作者 刘洋 江晓禹 《铁道标准设计》 北大核心 2024年第5期36-43,共8页
曲线啸叫是轮轨切向黏滑接触、轮轨动力学和通过曲线时车辆运行状态的综合结果。为综合研究曲线啸叫的影响因素,基于整车车辆多体动力学,并采用改进的轮轨接触力计算方法,建立了曲线啸叫时域模型。在接触力计算中,使用了离散接触模型,... 曲线啸叫是轮轨切向黏滑接触、轮轨动力学和通过曲线时车辆运行状态的综合结果。为综合研究曲线啸叫的影响因素,基于整车车辆多体动力学,并采用改进的轮轨接触力计算方法,建立了曲线啸叫时域模型。在接触力计算中,使用了离散接触模型,为引入下落摩擦机理,在切向力计算中使用迭代方法确定摩擦系数和接触力,使用模态叠加法计算车轮振动响应,采用无限元方法计算车轮声辐射。研究不同曲线半径和通过速度下,曲线段轮轨间接触力的变化及接触区的黏着-滑动状态,对车轮振动特性进行分析,并研究了车轮声学响应。研究发现,在下落摩擦和整车车辆运动状态的共同作用下会出现啸叫现象;曲线段轮轨间的法向力和切向力均会出现振荡,接触区呈现黏滑振荡状态;车轮振动速度谱的峰值频率与车轮特征模态相近,车轮轴向和径向模态的高幅振动是高频啸叫的原因之一。啸叫现象主要出现在前轮上,相同工况下,前后轮声压级相差近20 dB,车辆速度和曲线半径对啸叫程度有明显影响,当车辆的曲线通过速度为60 km/h时,小曲线半径会出现严重啸叫现象;当曲线半径由200 m增大到400 m时,最大声压级降低34 dB;曲线通过速度由60 km/h降至40 km/h时,最大声压级下降13 dB。 展开更多
关键词 铁路轨道 轮轨噪声 曲线啸叫 离散弹性接触 车辆动力学
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激光焊接近α型Ti60合金高温力学行为 被引量:2
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作者 刘宇云 胡雅楠 吴圣川 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期123-130,共8页
针对高温钛合金焊接结构在大推力、高推重比飞行器中的高可靠性服役需求,研究了激光焊接钛合金高温力学性能及变形机制。结果表明,受焊接热循环影响,焊接接头各区域的组织类型及形态、稀土相分布、晶粒尺寸、再结晶组织体积分数等存在... 针对高温钛合金焊接结构在大推力、高推重比飞行器中的高可靠性服役需求,研究了激光焊接钛合金高温力学性能及变形机制。结果表明,受焊接热循环影响,焊接接头各区域的组织类型及形态、稀土相分布、晶粒尺寸、再结晶组织体积分数等存在显著差异。室温和600℃条件下维氏硬度由大到小依次为焊缝区、热影响区、母材区,焊缝区高硬度主要源于其内部形成的细小针状α′相。高温导致接头各区域的硬度值下降约20%。室温和600℃条件下接头拉伸试样均断裂于母材区,断口呈现出韧窝生长的穿晶断裂模式。接头试样的屈服强度和抗拉强度与母材相当,而延伸率有所降低,其源于焊缝区和热影响区的变形量较少。高温下母材和接头试样的强度均降低,高温塑性变形以回复和再结晶致应变软化为主。 展开更多
关键词 高温钛合金 激光焊接 微结构特征 高温硬度 高温拉伸 失效机制
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基于分布位错法对涂层裂纹力学行为的研究 被引量:1
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作者 吴金波 孙奇 江晓禹 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期171-179,共9页
目的在单轴拉伸载荷下,用理论方法求解弹性涂层中裂纹的力学性质和相互影响。方法根据叠加原理,将问题分为2个子问题,使用分布位错原理求解裂纹问题,将裂纹建模为沿裂纹线分布的位错阵列,叠加后使用数值求解方法进行求解。结果得到了不... 目的在单轴拉伸载荷下,用理论方法求解弹性涂层中裂纹的力学性质和相互影响。方法根据叠加原理,将问题分为2个子问题,使用分布位错原理求解裂纹问题,将裂纹建模为沿裂纹线分布的位错阵列,叠加后使用数值求解方法进行求解。结果得到了不同涂层模量、不同裂纹长度下表面裂纹尖端的应力强度因子(SIF)和涂层界面应力。涂层与基底模量相差越大,表面裂纹越长,其界面应力越大。计算了不同方位下的微裂纹对表面裂纹的影响,给出了60°倾角微裂纹、2l/h=0.2和2l/h=0.04表面裂纹以及2a/h=0.01和2a/h=0.018表面裂纹的影响区域。分析了涂层内部倾斜裂纹对表面裂纹应力强度因子和扩展角的影响。内部倾斜裂纹尖端对表面裂纹尖端的等效应力强度因子(ESIF)有增强作用,两侧有减弱作用。结论较硬涂层对表面裂纹的扩展有增强作用,裂纹越长,受涂层模量对其应力强度因子的影响越大。微裂纹对表面裂纹的影响跟微裂纹位置、方向、长度和表面裂纹长度有关。表面裂纹附近的倾斜裂纹对表面裂纹的扩展具有吸引作用。 展开更多
关键词 涂层裂纹 分布位错 应力强度因子 界面应力 扩展方向
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基于离散位错动力学的纳米层状铜异质结构诱导协同强化研究
9
作者 张逸安 陆宋江 +3 位作者 赵建锋 陆晓翀 刘宝玺 张旭 《塑性工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第11期140-150,共11页
利用三维多尺度离散位错动力学(DDD)方法对粗/细晶交替的纳米层状铜力学行为及其变形机制进行了研究。在多尺度DDD框架内分别构筑了粗/细晶叠层的多晶模型和对应的粗晶、细晶多晶模型,并采用基于粗粒化方法的位错穿透晶界模型描述了位... 利用三维多尺度离散位错动力学(DDD)方法对粗/细晶交替的纳米层状铜力学行为及其变形机制进行了研究。在多尺度DDD框架内分别构筑了粗/细晶叠层的多晶模型和对应的粗晶、细晶多晶模型,并采用基于粗粒化方法的位错穿透晶界模型描述了位错与晶界之间的相互作用。单轴拉伸模拟结果表明,层状材料的屈服应力和应变硬化均大于混合法则预测值,表明层状结构诱导了额外强化。进一步的微观结构演化分析表明,在层状材料中,位错在粗晶和细晶中激活并滑移,细晶中位错开动以后很快就会被晶界阻碍,而粗晶中的位错则会滑过整个粗晶层产生更大的塑性应变,从而诱发粗晶层和细晶层间产生应变分配。界面处的应变梯度促进几何必需位错累积,并产生异质变形诱导(HDI)强化。因此,纳米层状铜表现出更强的包辛格效应。 展开更多
关键词 离散位错动力学 层状材料 微结构演化 塑性行为 包辛格效应
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反应堆控制棒驱动线落棒过程动力学分析与研究
10
作者 陈永超 刘言午 +3 位作者 李鹏 冉小兵 吕路路 马帅 《核科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期995-1003,共9页
反应堆控制棒驱动线落棒时间计算是反应堆设计和安全评估的重要工作之一。目前大量研究未对驱动线组件横向振动的流固耦合效应及其下落过程的冲击及碰撞摩擦力进行充分考虑与分析。本文建立了控制棒冲击模型及摩擦力模型,并给出了分离... 反应堆控制棒驱动线落棒时间计算是反应堆设计和安全评估的重要工作之一。目前大量研究未对驱动线组件横向振动的流固耦合效应及其下落过程的冲击及碰撞摩擦力进行充分考虑与分析。本文建立了控制棒冲击模型及摩擦力模型,并给出了分离与未分离控制棒组件与燃料组件冲击运动方程。重点讨论了刚度值、摩擦系数等对冲击力的影响,并采用有限元方法对不同参数的影响进行了仿真,获得了落棒过程中影响落棒时间和冲击的重要参数。通过与试验数据对比,计算结果与试验数据较为吻合,满足工程设计要求。 展开更多
关键词 驱动线 落棒 冲击模型 摩擦力模型 仿真
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基于刚柔耦合模型的地铁啸叫研究 被引量:1
11
作者 刘洋 李午垚 江晓禹 《铁道标准设计》 北大核心 2025年第4期205-213,共9页
地铁在通过狭窄的曲线轨道时经常会产生严重的啸叫噪声,严重影响人们的出行体验,故建立动力学模型研究地铁车辆在曲线段产生啸叫现象的机理。为使高频范围内的动力学仿真结果更加准确,在动力学模型中引入柔性轮对组成动力学刚柔耦合系统... 地铁在通过狭窄的曲线轨道时经常会产生严重的啸叫噪声,严重影响人们的出行体验,故建立动力学模型研究地铁车辆在曲线段产生啸叫现象的机理。为使高频范围内的动力学仿真结果更加准确,在动力学模型中引入柔性轮对组成动力学刚柔耦合系统,模型采用三维滚动接触方法模拟轮轨间的弹性接触,在计算切向力时使用迭代算法并在此基础上引入下落摩擦机制。针对我国地铁运行的速度和曲线半径,设计了5个研究工况,在动力学系统中对不同工况下车辆通过曲线时的蠕滑率和接触力进行研究,并将接触力的计算结果导入边界元模型中,分析不同工况下车轮的振动响应和约束阻尼层的降噪效果。研究结果表明:由弹性轮对组成的动力学刚柔耦合系统在曲线段的垂向振动加速度和垂向力均大于刚性轮对;引入下落摩擦机制后,当曲线半径分别为200 m和300 m时,轮轨接触力会出现振荡且轮轨间发生两点接触,容易产生啸叫噪声,当曲线半径为400 m时,接触力没有出现振荡且轮轨间主要是踏面接触;车轮在曲线段的振动主要是轴向振动;在相同曲线半径下,列车通过曲线时轮轨间产生的接触力会随列车速度的增大而增大,且当速度较大时轮轨间更容易发生两点接触;车轮添加约束阻尼层后,在相同激振力的作用下,阻尼车轮在测点的总声压级均小于标准车轮的总声压级,最大声压级下降21 dB。 展开更多
关键词 地铁 啸叫 数值模拟 刚柔耦合 降噪 动力学系统
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室温下TA2纯钛的时间相关棘轮行为
12
作者 李琦 陈开卷 +2 位作者 石文翔 阚前华 康国政 《机械工程材料》 北大核心 2025年第2期9-15,111,共8页
在室温下对TA2纯钛进行不同加载工况(不同应力水平、不同应力速率下的拉-压和拉-拉循环,拉-压保载循环,变应力4级加载)下的单轴非对称应力控制循环变形试验以及蠕变-循环变形交替试验,研究了应力水平、应力速率、峰/谷值应力保持时间和... 在室温下对TA2纯钛进行不同加载工况(不同应力水平、不同应力速率下的拉-压和拉-拉循环,拉-压保载循环,变应力4级加载)下的单轴非对称应力控制循环变形试验以及蠕变-循环变形交替试验,研究了应力水平、应力速率、峰/谷值应力保持时间和保持形式以及加载历史对棘轮行为的影响。结果表明:TA2纯钛的棘轮行为具有明显的时间相关性。棘轮应变和应力-应变滞回环面积均随着应力速率降低而增大;只有峰值应力保持工况的棘轮应变高于峰/谷值应力同时保持的工况,且保持时间越长,棘轮应变越大。先蠕变后循环变形与先循环变形后蠕变的最终峰值应变接近且均低于具有峰值应力保持的工况,说明蠕变和棘轮的交替进行会促进塑性变形。 展开更多
关键词 TA2纯钛 棘轮 时间相关 蠕变-棘轮交互作用 加载历史
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受压旋转复合材料钻柱横向振动的格林函数解
13
作者 常学平 陈美 +1 位作者 范谨铭 于学会 《应用力学学报》 北大核心 2025年第2期434-445,共12页
受压旋转钻柱易发生横向振动,引起钻柱失效、井眼扩径等严重事故。采用格林函数法对受压旋转复合材料钻柱系统横向振动响应进行了研究,获得了系统双向耦合振动的响应解析解。以钻柱整体为对象,基于Hamilton原理建立了计入自旋角速度及... 受压旋转钻柱易发生横向振动,引起钻柱失效、井眼扩径等严重事故。采用格林函数法对受压旋转复合材料钻柱系统横向振动响应进行了研究,获得了系统双向耦合振动的响应解析解。以钻柱整体为对象,基于Hamilton原理建立了计入自旋角速度及钻压影响的钻柱双向耦合动力学方程。采用格林函数法,将方程进行分离变量、Laplace变换和Laplace逆变换,获得了受压自旋复合材料钻柱双向耦合振动的格林函数解。在数值分析部分,首先验证本研究方法的可靠性,然后借助系统的格林函数解,分析了纤维铺层角、旋转角速度、钻压、钻井液流速等参数对受压旋转复合材料钻柱系统的横向振动的影响。研究表明,纤维铺层角越大钻柱系统的格林函数响应越大,在一定范围内转速越大对应钻柱的格林函数响应也随之增大;自旋角速度、钻井液流速及纤维铺层角联合效应下,钻柱系统横向耦合振动会产生共振带。据共振带发生的位置可以找出结构因为发生大幅度振动进而导致失稳和破坏的复合材料与旋转角速度的危险取值区间,通过避开危险取值区间从而有效避免结构的失稳和破坏。 展开更多
关键词 格林函数法 LAPLACE变换 复合材料钻柱 旋转角速度 共振带
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基于晶体塑性理论的P91钢高温低周疲劳行为与裂纹萌生寿命预测研究 被引量:1
14
作者 李腾飞 李东铭 +3 位作者 陈子光 郁汶山 阚前华 张旭 《力学学报》 北大核心 2025年第5期1160-1173,共14页
P91钢因其在高温环境下的优异性能,被广泛应用于关键结构部件.然而,其循环软化行为和疲劳裂纹的萌生行为尚未得到全面理解,限制了材料的可靠性设计与寿命预测.为此,提出了一种基于物理机制的晶体塑性本构模型,系统考虑了背应力演化、马... P91钢因其在高温环境下的优异性能,被广泛应用于关键结构部件.然而,其循环软化行为和疲劳裂纹的萌生行为尚未得到全面理解,限制了材料的可靠性设计与寿命预测.为此,提出了一种基于物理机制的晶体塑性本构模型,系统考虑了背应力演化、马氏体板条粗化和位错滑移/攀移机制,并对模型进行了有限元实现.模拟结果成功再现了P91钢在高温循环过程中的实验现象,验证了模型的准确性和适用性.研究表明,P91钢在高温下的循环软化行为主要源于马氏体板条粗化和位错密度下降等微观结构的恢复过程,而疲劳裂纹则倾向于在晶界或三晶交汇区域优先萌生.通过累积塑性滑移和累积能量耗散的两种疲劳指标因子(fatigue indicator parameters,FIPs)进行裂纹萌生寿命预测,结果显示,两种FIPs均表现出良好的预测能力,其预测数据点全部分布在二倍误差带内.在高应变幅值条件下,基于累积能量耗散的疲劳寿命预测精度更高,凸显其在高温疲劳行为研究中的应用潜力.本研究为深入揭示P91钢的循环塑性行为及疲劳裂纹萌生规律提供了科学依据,也为高温材料的可靠性设计提供了方法框架. 展开更多
关键词 P91钢 晶体塑性理论 循环软化 马氏体板条粗化 寿命预测
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动水中带封板圆柱壳振动的轴对称有限元⁃边界元耦合计算方法
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作者 张德春 陈浩然 +2 位作者 李鹏 刘桂祥 杨翊仁 《振动工程学报》 北大核心 2025年第4期687-696,共10页
针对水环境中带封板圆柱壳的动力学计算提出了一种轴对称有限元⁃边界元耦合计算方法。基于结构的周期性特征,圆柱壳和封板的运动可通过其母线的运动唯一确定。将母线离散为若干个单元以进行有限元求解。通过能量法获得单元矩阵并组装成... 针对水环境中带封板圆柱壳的动力学计算提出了一种轴对称有限元⁃边界元耦合计算方法。基于结构的周期性特征,圆柱壳和封板的运动可通过其母线的运动唯一确定。将母线离散为若干个单元以进行有限元求解。通过能量法获得单元矩阵并组装成总体矩阵,建立了结构运动的有限元计算格式;考虑流体的轴对称特征,在结构母线上建立轴对称边界元并构建了流弹压力的边界元计算格式;获得流体压力后将其转换为有限元节点的等效节点力,其表现为流体附加质量、阻尼和刚度;结合结构运动方程和流弹压力计算格式,构造了求解该类流⁃固耦合问题的轴对称有限元⁃边界元耦合计算方法。本文计算结果与已有理论解和商用分析软件计算结果吻合较好,表明了本文方法的准确性。相比于商用分析软件,本文方法具有更高的计算效率,可直接获得圆柱壳在流体中的质量和刚度矩阵,有利于受迫振动的快速计算。基于本文方法分析了端部含封板复杂圆柱壳在动水中的湿频率和稳定性特性,结果表明:封板会改变壳体表面流动特性,更易诱发圆柱壳的流弹失稳。 展开更多
关键词 圆柱壳 流⁃固耦合 封板 轴向流 有限元⁃边界元耦合
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不同阻塞比下真空管道磁浮交通气动热特性 被引量:5
16
作者 张银龙 王潇飞 +2 位作者 张琨 彭方进 邓自刚 《真空科学与技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期394-403,共10页
目前,高速铁路提速面临着轮轨粘着、空气阻力、气动噪声和横风失稳等挑战,将磁悬浮与封闭的低真空管道结合可以极大的突破地面轨道交通的速度极限。然而磁浮列车运行在管道内部,类似活塞运动,会使管道内部的流场更为复杂,气动热问题会... 目前,高速铁路提速面临着轮轨粘着、空气阻力、气动噪声和横风失稳等挑战,将磁悬浮与封闭的低真空管道结合可以极大的突破地面轨道交通的速度极限。然而磁浮列车运行在管道内部,类似活塞运动,会使管道内部的流场更为复杂,气动热问题会更加显著。本文基于三维、定常、可压缩的雷诺平均Navier-Stokes方程和SST k-ω两方程湍流模型以及风洞模型中气流相对于列车运动的原理模拟了高速磁浮列车在管道中的运动。通过数值计算,探究了磁浮列车以1000 km/h速度运行在初始气压为0.1 atm的管道内,不同阻塞比对管道内气动热环境、列车气动力以及流场结构的影响。分析结果:随着阻塞比增加,总阻力增加,列车车身表面温升逐渐增大;在列车头部驻点处出现较高的温度,且头部的温度变化较大,列车尾部处于低温区,其表面的温度较低,列车表面的最低温度出现在尾部;在列车尾部出现了局部超音速区,产生较大的激波,该区域的气流温度会出现大幅降低,当气流通过激波后,温度又大幅上升。本文的分析结果可为真空管道磁浮交通在选取不同阻塞比时提供理论依据。 展开更多
关键词 真空管道 磁悬浮 气动热 阻塞比
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冻融循环冻土的冲击动态力学性能 被引量:5
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作者 李斌 朱志武 李涛 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期164-178,共15页
以典型冻土为研究对象,通过不同冻融循环次数的冻融循环实验、不同温度的冻结实验以及不同应变率的冲击动态实验,综合研究了冻融循环冻土的冲击动态力学性能。结果表明,冻土存在冻融循环效应,随着冻融循环次数的增加,冻土的峰值应力有... 以典型冻土为研究对象,通过不同冻融循环次数的冻融循环实验、不同温度的冻结实验以及不同应变率的冲击动态实验,综合研究了冻融循环冻土的冲击动态力学性能。结果表明,冻土存在冻融循环效应,随着冻融循环次数的增加,冻土的峰值应力有一定程度的降低,但在达到临界冻融循环次数后,峰值应力将维持稳定;同时,冻土表现出明显的应变率效应和温度效应,其峰值应力随应变率的增加或温度的降低而增加。通过定义冻融损伤因子,推导满足Weibull分布的冲击损伤,提出了一个基于Z-W-T方程的损伤黏弹性本构模型。该模型可较好地描述冻融循环后冻土的冲击动态力学行为,为研究季节性冻土区冻土的冲击动态破坏提供参考。 展开更多
关键词 冻土 冻融循环 冲击 损伤 本构模型
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薄壁截锥壳静气动弹性响应分岔研究
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作者 石乔木 石先杰 +1 位作者 李鹏 张德春 《空气动力学学报》 北大核心 2025年第2期51-59,I0001,共10页
为探究薄壳结构的气动弹性失稳问题,设计和完成了低速轴向气流中薄壁截锥壳结构的静气动弹性响应风洞实验。实验中观测到截锥壳出现了显著的非线性响应行为:随着风速的连续变化,结构呈现典型的5瓣式小幅变形向4瓣式大幅变形的突跳现象... 为探究薄壳结构的气动弹性失稳问题,设计和完成了低速轴向气流中薄壁截锥壳结构的静气动弹性响应风洞实验。实验中观测到截锥壳出现了显著的非线性响应行为:随着风速的连续变化,结构呈现典型的5瓣式小幅变形向4瓣式大幅变形的突跳现象。为揭示系统出现这种非线性响应的分岔机理,基于非线性壳体变形理论,提出了截锥壳稳态气动力的简化计算模型,计算和重现了系统响应分岔过程,准确捕捉到了分岔的临界风速。结果表明,考虑结构非线性时,系统响应分岔的临界风速(非线性失稳风速)低于线性系统的失稳临界风速;系统在升、降速阶段会呈现不同的响应路径,具有复杂的全局分岔行为,这本质上是轴向稳态气流“冲击”壳体所诱发的结构非线性屈曲问题。本文研究为薄壁结构的气动弹性设计提供了重要的理论依据。 展开更多
关键词 低速轴向气流 薄壁截锥壳 响应分岔 非线性屈曲 风洞实验
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含初始变形的GPL增强多孔功能梯度梁的振动和热屈曲特性
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作者 邓鹤轩 高芳清 +1 位作者 刘龙波 张剑锋 《噪声与振动控制》 北大核心 2025年第1期34-39,104,共7页
研究热环境下具有初始变形的石墨烯片(GPL)增强多孔功能梯度梁的振动和屈曲特性。考虑3种不同的孔隙分布模式和3种不同GPL散布类型,在高斯随机场分布条件下,确定孔隙率和GPL质量分数之间的关系,并根据Halpin-Tsai细观力学模型得到梁的... 研究热环境下具有初始变形的石墨烯片(GPL)增强多孔功能梯度梁的振动和屈曲特性。考虑3种不同的孔隙分布模式和3种不同GPL散布类型,在高斯随机场分布条件下,确定孔隙率和GPL质量分数之间的关系,并根据Halpin-Tsai细观力学模型得到梁的材料参数的表达式。利用Hamilton原理,建立热环境下有初始变形的梁的控制方程,并利用微分求积法(DQM)进行数值求解。结果表明梁振动和屈曲特性不仅跟孔隙分布模式和GPL散布类型显著相关,还受到初始变形程度等诸多参数的影响。 展开更多
关键词 振动与波 初始变形 功能梯度梁 热屈曲
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基于子结构模态综合法的导叶轴-顶盖耦合系统振动特性研究
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作者 王洋 梁权伟 +4 位作者 马同午 曾劲 何启源 杨洋 王世建 《振动与冲击》 北大核心 2025年第12期80-89,共10页
针对混流式水轮机在水流作用下诱发导叶轴与顶盖之间的碰摩故障,采用有限单元法结合固定界面模态综合法,建立了导叶轴-顶盖碰摩耦合系统的减缩动力学模型,进而详细讨论了导叶轴截断数和顶盖截断数对减缩模型前3阶模态特性的影响规律。此... 针对混流式水轮机在水流作用下诱发导叶轴与顶盖之间的碰摩故障,采用有限单元法结合固定界面模态综合法,建立了导叶轴-顶盖碰摩耦合系统的减缩动力学模型,进而详细讨论了导叶轴截断数和顶盖截断数对减缩模型前3阶模态特性的影响规律。此外,考虑水流作用和导叶轴-顶盖局部接触导致的结构预应力效应,对比研究了全模型和减缩模型前3阶固有频率随水流静载和摩擦因数的变化规律。对比分析了单谐波水流激励下两种接触状态(包括近载端接触和近-远载端接触)对全模型和减缩模型动力学行为的影响规律。研究结果表明:水流静载值的增加使得导叶轴-顶盖局部接触程度加深,从而导致系统前3阶固有频率呈增大趋势,且摩擦因数的增加会使导叶轴-顶盖耦合系统由近载端接触切换到近-远载端接触时所需的水流静载值增大;在共振状态下,单谐波水流激励下导叶轴与顶盖碰摩使得系统的振动响应频谱体现为激励频率的倍频,且在奇数倍频处出现幅值放大现象。 展开更多
关键词 混流式水轮机 碰摩 模型减缩 动力学特性
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