基于毗域动力学的机身蒙皮疲劳裂纹仿真

针对航空机身蒙皮结构疲劳裂纹损伤难以开展完整性评估的问题,研究了一种基于毗域动力学的裂纹演化模型,通过构建材料点对间的力函数,建立机身蒙皮结构疲劳裂纹演化的积分方程,给出二维机身蒙皮结构在载荷作用下的孔边疲劳裂纹扩展的计算格式,并结合层流理论对模型方程进行了修正.仿真结果表明,上述方法可以表征裂纹间的于涉效应,实现机身蒙皮结构疲劳裂纹的自发萌生及扩展过程.与扩展有限元方法相比,该方法避免了裂纹尖端的奇异性,在处理此类非局部问题上具有一定优越性.     

欠驱动岸边集装箱起重机防摆控制方法研究综述

针对控制领域的研究热点之一非线性、欠驱动岸边集装箱起重机防摆控制问题,从欠驱动系统的概念和岸边集装箱起重机动力学模型出发,详细分析研究的必要性、国内外研究现状和难点。最后,分析现有控制方法存在的主要问题,并对岸边集装箱起重机防摆控制方法进一步的发展方向进行了展望。     

橡胶材料疲劳断裂特性研究进展

由于橡胶材料的动态疲劳特性对保证橡胶制品使用时的安全性和可靠性具有重要意义,综述机械载荷、环境和橡胶配方等因素对橡胶材料疲劳寿命的影响,总结用疲劳裂纹萌生寿命法和基于断裂力学的疲劳裂纹扩展法预测橡胶材料动态疲劳寿命方法的优缺点,并展望这2种方法的发展趋势.     

45 t岸边集装箱起重机可视化装配仿真

为缩短岸边集装箱起重机生产制造过程中的装配周期并降低成本,针对某45 t岸边集装箱起重机,基于面向装配设计的方法引入可视化虚拟装配技术,运用CATIA对其进行虚拟装配仿真分析,确定零部件装配层次关系,设计零件的部装、预拼装和总装等部分的整体装配流程.在CATIADMU平台建立基于仿真试拆卸的装配路径规划流程,并以运行小车滑轮组为例分析装配路径规划并进行装配干涉检查.该方法可以直观地显示出各零部件的可装配性,优化岸边集装箱起重机装配结构.     

走向世界的中国港口机械 全自动化集装箱码头装卸系统

上海振华港口机械(集团)公司(ZPMC)以制造、销售大型港口设备为主要业务,是目前全球最大的集装箱起重机制造商,集装箱起重机的生产、销售收入占公司主营业务八成以上。自1998年以来,集装箱起重机销售连续8年居全球第一,远销60个国家和地区,其中岸边集装箱起重机的国际市场占有率约为74%。     

机器视觉疲劳裂纹扩展试验摄像头自动聚焦方法

在机器视觉疲劳裂纹扩展试验中,为了能够满足对裂纹宏观观察裂纹和准确定位裂纹尖端的要求,需要采用变焦镜头放大和缩小采集图像范围,针对于摄像头变焦后的聚焦问题,提出了摄像头的自动聚焦方法。首先建立图像采集系统,采集裂纹图像至计算机,通过中值滤波对图像预处理,去除噪声干扰,选取裂纹区域作为聚焦窗口,采用Laplace算子法作为清晰度评价函数,并提出一种变步长穷举法进行聚焦搜索。最后设计了以ARM7为核心的摄像头运动控制器。实验表明,所提出的方法能够实现疲劳裂纹扩展试验中摄像头在各种情况下的准确自动聚焦,为下一步精确测量疲劳裂纹扩展参数奠定基础。     

基于无人机视觉的起重机表面裂纹检测方法

为解决起重机高空金属结构不可达部位裂纹的远程可视化检测难题,提出一种基于无人机视觉的结构表面裂纹检测与识别方法。通过搭载高分辨率可见光相机的倒置式无人机检测平台,全方位采集大型起重机复杂钢结构表面图像;采用Faster R-CNN深度神经网络算法分类检测是否有裂纹缺陷,并以缺陷最小外接矩形框标记其位置;对检测出的裂纹目标框区域,利用最大熵阈值分割、Canny边缘检测、投影特征提取和骨架提取等方法,对裂纹长度、宽度、面积、长宽比等参数进行识别,并为长宽比和面积设置一定阈值,去除漆膜开裂和水渍等伪裂纹缺陷。实验结果表明,Faster R-CNN裂纹检测算法准确率达到95.4%,速度达到2 f/s,同时裂纹宽度识别误差约为5.84%,实现了起重机结构表面疲劳裂纹的远程自动化检测。     

孔边角疲劳裂纹的扩展仿真及分析

给出了一种利用有限元技术模拟周期性张力载荷作用下孔边角裂纹扩展过程的方法。首先利用一系列点定义裂纹前沿，据此形成包含奇异单元的二维有限元网格，再扩展为三维网格．然后利用有限元法进行应力应变分析，最后使用Paris定律计算局部扩展增量．以此来更新裂纹的形状和尺寸。该方法还能够自动地重复执行扩展仿真。文中还对三个不同半径的四分之一椭圆形边角裂纹扩展过程进行了仿真和分析比较，以此来取得裂纹在扩展过程中的形状变化特征和不同方向上扩展的特征。     

正交异性钢桥肋-桥面板焊缝裂纹的三维断裂力学分析

正交异性钢桥的肋-桥面板焊缝处的疲劳裂纹是典型的三维裂纹问题,但是现在普遍采用平面应变二维裂纹模型对其进行断裂力学分析.基于Schwartz-Neuman交替法建立正交异性钢桥肋-桥面板焊缝裂纹的局部三维断裂力学分析模型;评估焊缝处表面裂纹的形状和深度对应力强度因子的影响;采用Paris公式估算等应力幅下焊缝的疲劳寿命.计算结果表明:用平面应变二维裂纹模型进行正交异性钢桥的肋-面板焊缝的断裂力学分析会严重低估其疲劳寿命;采用三维断裂力学模型进行肋-桥面板焊缝裂纹的疲劳寿命分析十分必要.     

圆柱形部件表面疲劳裂纹扩展仿真及分析

给出了一种利用有限元技术模拟周期性张力载荷作用下圆柱形部件内裂纹扩展过程的方法。首先利用一系列点定义裂纹前沿，据此形成包含奇异单元的二维有限元网格，再扩展为三维网格，然后利用有限元法进行应力应变分析，最后使用Paris定律计算局部扩展增量，以此来更新裂纹的形状和尺寸。该方法还能够自动地重复执行扩展仿真。文中还对具有不同半径比的椭圆形和具有不规则形状的初始裂纹的扩展过程进行了仿真和分析比较，以此来取得裂纹在扩展过程中的形状变化特征。     

二维圆环结构中弹性波传播的谱单元分析

为研究弹性波在结构中的波场特征,推导建立一种任意四边形二维谱单元,将其应用于二维圆环结构中的波传播行为模拟.以矩形平板结构中弹性导波传播分析为例,通过与传统有限元分析结果对比,验证所建立谱单元的有效性.有裂纹和无裂纹二维圆环结构谱单元模拟结果表明:弹性波在圆环结构中传播会发生频散;圆环结构表面的裂纹对瑞利波的传播影响最大;根据其反射波包位置可以确定损伤位置.     

ALOF——新一代三维疲劳裂纹扩展分析软件

针对当前亟需开发能分析和评估含缺陷工程结构及装备的专业商业软件的现况,基于成熟的扩展有限元法(eXtended Finite Element Method,XFEM)和自主研发的虚节点法(Virtual Node Method,VNM),推出具有完全自主知识产权的三维疲劳裂纹扩展分析软件ALOF(Analyses Laboratory of Fracture).介绍ALOF求解断裂问题的流程及其特点:可以方便地导入完整的CAD模型及多种形式的裂纹模型,可以自动生成疏密合理的二维和三维裂纹扩展分析网格;具有丰富的失效准则库;能自动分层加密裂尖区域网格;能全自动地进行裂纹扩展计算等.与同类软件相比,ALOF更简单、更精准、更高效和更专业.利用ALOF进行的3个实际工程案例表明,ALOF能准确、高效评估任意复杂缺陷体的剩余强度和疲劳寿命.     

Prediction of constant amplitude fatigue crack growth life of 2024 T3 Al alloy with R-ratio effect by GP

The objective of this study is to develop a genetic programming (GP) based model to predict constant amplitude fatigue crack propagation life of 2024 T3 aluminum alloys under load ratio effect based on experimental data and to compare the results with earlier proposed ANN model. It is proved that genetic programming can effectively interpret fatigue crack growth rate data and can efficiently model fatigue life of the material system under investigation in comparison to ANN model.     

Study of TBM cutterhead fatigue crack propagation life based on multi-degree of freedom coupling system dynamics

Cutterhead is the core component of TBM tunneling equipment, which endures strong, multi-point distributed impact loads when the TBM tunnels, owing to the extreme surrounding rock environment of high hardness, high temperature and high quartz content. For this reason, the cutterhead works in an extremely severe vibration environment, which leads to engineering fault by a large area crack damage before the service life. Hence, the study on life prediction of TBM cutterhead under the impact loads is a core part of cutterhead design. This paper combines with the technology of system dynamics, linear elastic fracture mechanics and cumulative theory of fatigue damage, for the first time, proposes a method of fatigue crack propagation life prediction for the large and complex structures. In this paper, the TBM cutterhead of an actual project is taken as an example, to predict the fatigue crack propagation life of cutterhead piece and analyze the influences of plate thicknesses on fatigue life, then a new improved scheme of cutterhead structure is presented. The results show that the fatigue crack propagation life of actual cutterhead is 26.6 km, which is able to meet the requirement of 20 km service life. Moreover, the upper cover plate thickness has the greatest influence on cutterhead fatigue crack propagation life, with the thickness increasing 10%, the life increases nearly by 1.24 times. Then, the other influencing factors are as follows: thickness of the main support plate, thickness of the annular support plate and thickness of the support plate, whereas the influence of the lower cover plate thickness on fatigue life is minimal. Furthermore, the plate thickness limit sizes meeting the life requirement are obtained, and a new structure modified scheme of cutterhead is proposed. Compared with the original scheme, the new cutterhead scheme meets the requirements of structural strength and service life with 8.08% weight decrease, which achieves life determination design and lightweight design. The proposed method of fatigue crack propagation life prediction is feasible in the design and application stage of TBM cutterhead, besides, it is flexible enough and can also be applied in damage strength assessment, dynamic parameters optimization and establishment of nondestructive inspection cycle for the other large and complex structure, and takes on stronger project value and generality.     

疲劳裂纹的声发射信号检测技术

疲劳裂纹的萌生和扩展是机械零件在变载荷作用下的主要失效形式。使用近几年来得到迅速发展的模态声发射技术获取疲劳裂纹的声发射波形，使接收到的声发射信号与声发射源的物理状态相关。在波形分析中采用参数分析法提取波形特征，建立声发射参数和裂纹扩展速度之间的关系。由于综合采用了多种技术进行信号分析，由信号特征得到的结果将更为准确。     

CAE在同步辐射装置挡光元件设计中的应用

针对第三代同步辐射装置挡光元件承受极高热负载、设计难度大的问题,综述CAE在其设计中的应用情况:借助有限元分析可以获得挡光元件关键部件吸收体的最高温度和最大应力这两个最主要设计参数;通过计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件模拟可以获得吸收体中冷却管道的对流换热与流动阻力特性参数;采用热弹塑性有限元分析可以获得用于低周疲劳寿命预估的吸收体热应力应变迟滞循环.下一步工作将围绕当今研究的核心问题——基于低周疲劳的设计准则展开,包括同步辐射高热负载作用下低周疲劳裂纹的起裂寿命和扩展寿命预测,以及吸收体倾角、表面光滑度、冷却管道排布等对寿命的影响.这些研究均需要充分利用CAE的强大分析功能.