尽管缺口和裂纹在工程应用中无处不在,但它们仍然对准确的故障预测构成挑战。对于许多实际应用,希望有一种简单而可靠的方法,使用简单的线弹性有限元模拟和粗网格来局部预测任意形状的缺口和裂纹部件的故障。实现这一目标的众多方法中的两种是临界距离理论 (TCD) [ 2 ] 和平均应变能密度 (ASED) [ 1 ] 标准。虽然后者已广泛应用于传统材料,但它在增材制造领域的局限性仍未得到充分探索 [ 3 ]。增材制造具有许多潜在的优势和用例,例如快速成型、复杂拓扑优化和大规模减重,涉及从医学到航空工程等许多学科,显然需要深入了解增材制造,以弥合其能力与当前工业应用之间的巨大差距。增材制造的概念
熔融沉积成型 (FDM),也称为熔融长丝制造 (FFF),是增材制造领域最成熟的技术之一,由于使用和维护成本低 [1],在低熔点聚合物中广受欢迎。进料材料以长丝形式通过加热喷嘴进料,并逐层沉积在表面上。商用热塑性塑料如丙烯腈丁二烯苯乙烯 (ABS)、聚碳酸酯 (PC)、尼龙、聚乳酸 (PLA) 及其组合经常用于生产 FDM 部件 [2]。虽然可以实现高度复杂的几何形状,但这会引发相对于块体材料的三种主要强度降低机制 [3]:(i) 由于空隙导致横截面积减小。仅此一项就已证明对抗拉强度有巨大影响 [4]。(ii) 空隙引起的应力集中。基于这一观察,Xu 和 Leguillon [5] 提出了双缺口空隙模型来解释 3D 打印聚合物的各向异性拉伸强度。(iii)聚合物链的不完全相互扩散。与几何方面无关,这会降低材料本身在细丝边界处的强度 [1] 。这三种现象由大量工艺参数控制,这些参数的强大影响和复杂相互作用超出了我们目前的知识范围,是一个活跃的研究领域。Cuan-Urquizo 等人 [6] 确定了两大类参数,即制造参数(例如喷嘴温度和打印速度)以及结构参数,
聚合物驱动材料的各向异性一维收缩运动引起了从软机器人到仿生肌肉等领域日益增长的兴趣。尽管光驱动液晶聚合物(LCP)是实现远程和空间触发收缩(<20%)的有希望的候选者,但开发具有超大收缩率的 LCP 系统仍然存在许多挑战。这里提出了一种结合形状记忆效应和光化学相变的新策略,在一种新设计的线性液晶共聚物中实现了高达 81% 的光驱动收缩,其中偶氮苯和苯甲酸苯酯的共晶液晶原自组织成近晶 B 相。重要的是,这种高度有序的结构作为开关段牢牢锁住了应力诱导的应变能,该能通过可逆的反式 - 顺式光异构化迅速释放,从而破坏层状液晶相,从而导致这种超大收缩。纤维作为光驱动的构建块,可以实现精确的折纸,模仿“破损”蜘蛛网的恢复,并筛选不同尺寸的物体,为光驱动 LCPs 从仿生机器人到人类助手的高级应用奠定了新的基础。
7 有限元法简介 145 7.1 简介 145 7.2 变分原理 147 7.2.1 功和补充功 147 7.2.2 应变能、补充应变能和动能 148 7.2.3 加权残值技术 149 7.3 能量泛函和变分算子 151 7.3.1 变分符号 153 7.4 控制微分方程的弱形式 153 7.5 一些基本能量定理 154 7.5.1 虚功的概念 154 7.5.2 虚功原理(PVW) 154 7.5.3 最小势能原理(PMPE) 155 7.5.4 Rayleigh-Ritz 方法 156 7.5.5 Hamilton 原理(HP) 156 7.6 有限元法 158 7.6.1 形函数 159 7.6.2 有限元方程的推导 162 7.6.3 等参公式和数值积分 164 7.6.4 数值积分和高斯求积 167 7.6.5 质量和阻尼矩阵公式 168 7.7 有限元法中的计算方面 171 7.7.1 影响 FE 解速度的因素 172 7.7.2 静态分析中的方程解 173 7.7.3 动态分析中的方程解 174 7.8 超收敛有限元公式 178 7.8.1 超收敛深杆有限元 179 7.9 谱有限元公式 182 参考文献 184
7 有限元法简介 145 7.1 简介 145 7.2 变分原理 147 7.2.1 功和补充功 147 7.2.2 应变能、补充应变能和动能 148 7.2.3 加权残值技术 149 7.3 能量泛函和变分算子 151 7.3.1 变分符号 153 7.4 控制微分方程的弱形式 153 7.5 一些基本能量定理 154 7.5.1 虚功的概念 154 7.5.2 虚功原理(PVW) 154 7.5.3 最小势能原理(PMPE) 155 7.5.4 Rayleigh-Ritz 方法 156 7.5.5 Hamilton 原理(HP) 156 7.6 有限元法 158 7.6.1形函数 159 7.6.2 有限元方程的推导 162 7.6.3 等参公式和数值积分 164 7.6.4 数值积分和高斯求积 167 7.6.5 质量和阻尼矩阵公式 168 7.7 有限元法中的计算方面 171 7.7.1 影响 FE 解速度的因素 172 7.7.2 静态分析中的方程解 173 7.7.3 动态分析中的方程解 174 7.8 超收敛有限元公式 178 7.8.1 超收敛深杆有限元 179 7.9 谱有限元公式 182 参考文献 184
现有的关于裂纹止裂的争议与标准无关(方程 3A 和 3B),而是由于动态分析的缺乏以及对 、 和 的相对贡献的不确定性。dA dA dA 在 SSC-242 [3] 中,Kanninen 对有限尺寸楔形载荷矩形 DCB 试件的扩展和止裂进行了完全动态分析。该分析表明,动能释放率 - dTD 与该试件扩展后期的应变能释放率 - dUD 相当。还发现 - dUD 和静态计算值之间存在很大差异,看来动态效应一般不能忽略。
摘要:为提高热循环和随机振动条件下焊点疲劳可靠性,对板级可靠性(BLR)试验板的螺丝孔位置进行研究。建立BLR试验板的有限元模型,推导了热循环和随机振动条件下影响焊点疲劳寿命的主要参数塑性应变能密度和1-sigma应力。通过灵敏度分析,分析了螺丝孔位置与疲劳寿命主要参数之间的相关性。通过多目标优化,确定了热循环和随机振动条件下焊点疲劳寿命最大的螺丝孔位置。与初始螺丝孔位置的BLR试验板相比,优化螺丝孔位置后的BLR试验板在热循环和随机振动条件下的疲劳寿命明显提高。
应力和应变理论 – 主应力和应变、平衡方程、应变位移关系、兼容性条件和本构关系。 (L9 + T2) 能量方法 – 弹性应变能、卡斯蒂利亚诺定理、虚功和驻势能、应用。 (L6 + T2) 非对称截面的欧拉-伯努利梁弯曲 – 弯曲应力和挠度。 (L 3 + T1) 公式、分析、有限差分和有限元解 – 弹性地基梁、棱柱形构件的扭转。 (L 6 +T 3) 二维线性弹性问题解的公式和分析方法 –平面应力和平面应变的 Airy 应力函数方法、轴对称荷载构件的位移函数方法、温度效应。 (L12 + T 4) 板和壳解的公式和分析方法 –控制方程、简单边界条件的解。 (六级+体能2)
>s lurncnt,I lnlroJut。:tion,剪切力和D�1h.l i ng剪切力和弯矩的微分方程,静定梁的剪切力和弯矩图。桁架:介绍,简单桁架和简单桁架的解决方案,截面法;接头法;如何确定构件是处于拉伸还是压缩状态;简单桁架;零力构件质心和惯性矩:介绍,平面,曲线,面积,体积和复合体的质心,平面面积的惯性矩,平行轴定理和垂直轴定理,复合体的惯性矩。运动学和动力学:线性运动、瞬时中心、达朗贝尔原理、刚体旋转、冲量和动量原理、功和能量原理。简单应力和应变:应力的定义、应力张量、轴向载荷构件的法向应力和剪应力、应力-应变关系、延性和脆性材料单轴载荷的应力-应变图、胡克定律、泊松比、剪应力、剪应变、刚度模量、弹性常数之间的关系。不同横截面构件的一维载荷、温度应力、应变能。
目的本课程的目标是学习如何在力学中使用高级数学工具,学习如何在可变形的身体,流变学响应中构建复杂应力 - 应变状态的物理和数学模型,并学习如何设计静态多样化的不确定的结构。在本课程中,学生将获得以下能力:能够在力学中使用高级数学工具,能够在可变形物体中构建复杂应力 - 应变状态的物理和数学模型,设计静态地倍增不确定的结构。计划遵循和完成课程的计划义务;相关研究文献的介绍;课程主题的概述; 3D连续体的概念;凯奇(Cauchy)对应力矢量,正常和剪切应力的定义,在变形体中有限体积的静态平衡,考奇(Cauchy)的压力定理;应力张量(Cauchy,第一Piola-Kirchhoff,第二个Piola-Kirchhoff,Biot等。学习成果);应力张量的偏离和静水部分;主应力和3D中的最大剪切应力;压力张量和压力张量偏离部分的不变性;菌株理论;位移载体,变形梯度,变形张量,小/有限菌株理论;小应变张量的几何解释;应变的兼容条件;由于外部载荷引起的弹性应变能;能量方法,每单位体积的应变能密度;虚拟工作的原则;理想情况是弹性材料,绿色弹性;物质各向异性;各向同性,线性弹性材料;从实验中确定材料常数;胡克定律,超弹性;体积和失真工作/能量;温度的影响; navier-lame方程;特定的应力应变状态;通风应力功能;使用FEM的计算机模拟;复杂的现实生活中的例子和案例研究的先决条件符合硕士机械工程研究计划的入学条件 - 研发计划。