分形裂纹扩展对材料疲劳行为的影响

研究了分形裂纹扩展对材料疲劳行为的影响。在实验观测的基础上建立了分形裂纹扩展模型。研究表明，分形裂纹扩展分维Ｄ是裂纹弯折角θ的函数，分形裂纹扩展在裂纹尖端由于弯折而形成“局部混合模式”和裂纹的分形长度效应均很强地影响疲劳裂纹的有效应务强度与有效裂纹扩展速率。本文的理论民一些材料的实验结果取得了很好的一致。     

核压力容器接管安全端堆焊修复对失效评定曲线的影响

核压力容器接管安全端异种金属焊接接头在服役中通常会产生高温高压水环境下的应力腐蚀裂纹扩展。目前减轻和修复这种裂纹的技术为在安全端管接头外表面堆焊一层更抗腐蚀的镍基合金(Alloy52M)材料。通过ABAQUS有限元分析,构建了堆焊修复后结构的失效评定曲线,分析了堆焊层厚度、裂纹深度和裂纹位置对失效评定曲线的影响。结果表明:随着堆焊层厚度的增加、裂纹深度的减小及裂纹位置向接管嘴的移动,失效评定曲线上移,结构的安全性增加。当对堆焊修复接头区的裂纹进行评定时,需要建立与堆焊修复后安全端结构尺寸、裂纹尺寸、裂纹位置和材料性能相关的准确的失效评定曲线。     

粉末冶金涡轮盘裂纹扩展失效概率分析

建立了考虑应力及断裂参数随机性的裂纹扩展失效功能函数 ,提出了亚表面裂纹扩展寿命计算方法。用 Hasofer- L ind方法分析某粉末冶金涡轮盘裂纹扩展失效概率 ,通过敏感性分析指出提高发动机可靠性的主要途径 ,具有工程指导意义。并用蒙特卡罗法和β球法进行验证     

压力管道全寿命周期疲劳裂纹扩展分析

针对制造过程中产生的缺陷对压力管道寿命的影响,提出一种基于Parris模型的疲劳裂纹扩展分析方法(P-FCG)。本方法基于假定或检测缺陷的表征,结合一次、二次应力对缺陷处进行应力强度因子的计算,并通过Parris模型进行循环载荷下的裂纹扩展分析,通过失效评定图进行压力管道的安全评定和剩余寿命的预测。以某公司设计的压力管道方案为例,对不同裂纹深度a0、不同CTOD断裂度等对疲劳寿命的影响进行分析。结果表明,应兼顾简单、通用失效评定图法进行安全评定,韧性好的材料具有较高的寿命,奥氏体不锈钢裂纹扩展明显的范围为1～3 mm裂纹深度。     

钝裂纹或缺口下失效评定图的变化及修正方法研究

应用增量理论弹塑性有限元方法以及弹塑性断裂力学 Ｊ积分理论, 深入研究和全面探讨了一种用于含裂纹结构完整性评定的工程方法——失效评定图, 以及钝裂纹或缺口根部曲率半径、缺口长度、缺口端部椭圆离心率、试样形式和材料等对其的影响。提出了钝裂纹或缺口应力强度因子和极限载荷修正方法。通过这一方法建立的失效评定图可有效地消除缺口因素对失效评定图的影响, 由此, 可完全等效地将裂纹失效评定图用于含缺口结构的完整性评定。     

埋藏裂纹缺陷的模糊概率安全评定方法研究

根据球形压力容器埋藏裂纹缺陷安全评定中随机变量的分布类型及蒙特卡罗模拟法,建立了针对"失效"的模糊隶属度函数,实现了模糊失效概率的计算。在概率失效评定图方法的基础上,充分考虑安全评定结果判定中的模糊性,建立了针对15Mn Mo VN钢球形压力容器中埋藏裂纹缺陷的模糊概率安全评定方法。通过对典型埋藏裂纹缺陷进行安全评定,结果表明,模糊概率安全评定方法有较高的可靠性,能够解决安全评定中的随机性和模糊性问题。     

基于分形理论的复杂应力状态下高温低周疲劳表面短裂纹行为研究

含有裂纹的固体从物理角度看实际上是一个非线性耗散系统,可以用分形理论加以描述.疲劳短裂纹的扩展路径可视为分形曲线,裂纹扩展路径的不规则性可用分形维数加以描述.裂纹扩展的分形维数中隐含着诸多的物理因素,如材料微观组织结构、加载条件等.以复杂应力状态下高温低周疲劳表面短裂纹为研究对象,对20钢进行高温低周疲劳试验,观测试样表面疲劳短裂纹的萌生扩展及合体的演化过程,对试验结果进行分形分析,得到裂纹分形维数随循环过程的演化特征:疲劳短裂纹的萌生扩展行为具有分形特征,分形维数随着疲劳进程的发展而稳定地成比例增加;分形维数不产生缺口依存性,可适用于各种不同应力比的复杂应力状态短裂纹的表征;分形维数可作为把握材料总体损伤状态的参数,为材料短裂纹阶段的寿命预测提供依据.     

解相关路径的裂纹扩展模拟及其应用

化工设备的断裂失效事故多发且危害严重,裂纹扩展模拟分析具有应用价值.裂纹扩展多基于预设路径进行模拟,在较复杂的情况下,裂纹的扩展路径是未知的,对裂纹扩展准确模拟会遇到困难,导致工程应用受到限制.基于扩展有限元法、内聚力模型和连续损伤力学,实现解相关路径的裂纹扩展模拟仿真,并通过一个实际工程失效案例——新氢机排气阀盖断裂失效,对模拟方法进行了应用探讨.结果表明,模拟能够得到潜在的断裂失效发生位置与裂纹扩展路径,且与实际断裂事故基本吻合,对失效分析和事故预防具有指导作用.     

[表面强化及损伤机理]基于结构整体性评估程序和失效评定图方法的含裂纹缺陷钢轨安全性评定

为了研究不同工作状态下不同尺寸裂纹的扩展临界条件,通过实验得到了安全性评估过程需要的力学参数和断裂力学参量,采用相互作用积分法计算轮轨接触时含表面裂纹钢轨的裂纹尖端应力强度因子,并通过计算有效净截面应力得到参考应力。采用结构整体性评估程序和失效评定图（SINTAP-FAD）方法,根据0级失效评定曲线对含表面裂纹缺陷钢轨分别在车轮静止状态下与运动状态下进行了安全性评定。结果表明：车速对钢轨表面裂纹状态的影响较大,与车轮静止状态时评价点位于安全区的情况相比,列车运动时的评价点多向不安全区域发展,并造成了裂纹扩展。     

含裂纹管道的失效评定曲线的实例验证

验证含裂纹油气管道的失效评定曲线，实例来源于某输油管线现场水压试验中爆裂的三个管段。给出基于J积分理论的含裂纹管道的失效评定曲线的基本方程，并采用有限元方法计算裂纹管道的J积分。对三个破坏的含裂纹管段，根据现场测量的裂纹尺寸和管材的力学性能试验数据，建立失效评定曲线，并与水压实验结果作比较，表明所建立的失效评定曲线的准确性。     

Plastic collapse analysis of thin-walled pipes based on unified yield criterion

Based on a unified yield criterion (UYC), the plastic collapse analysis of thin-walled pipes is conducted in the framework of finite strain. A unified analytical solution for the burst pressure of end-capped defect-free pipes is derived, which is fit for various kinds of non-SD (strength differential) materials. A series of solutions can be deduced from this unified solution, and those solutions of burst pressure on the basis of Tresca, von Mises, ASSY, and TS criteria are special cases of it. By comparing with existing test result, it is found that the present unified solution is very convenient and effective for the prediction of burst pressure.     

周向裂纹管道在含扭转各种组合变形时的极限载荷分析

到目前为止，还没有文献给中向裂纹管道在非对称弯曲及扭转组合变形时的塑性极限载荷计算公式。文中根据净截面垮塌准则用沙堆比拟法分别求出埋藏裂纹、外表面裂纹、内表面裂纹、穿透裂纹管道发生扭转变形时的塑性极限扭矩；给出含周向裂纹薄壁管道横截面上的剪应力分布规律，其塑性极限扭矩等于一个闭口薄壁截面与一个开口薄壁截面圆环的塑性极限扭矩之和，闭口薄壁截面的壁厚为管道壁厚减裂纹深度；开口薄壁截面的壁厚为裂纹的深度。推导了各种周向裂纹管在内压、轴力、扭矩及非对称弯矩共同作用时的塑性极限载荷关系式，并由此给出其他一些组合变形时的极限载荷计算公式。本文结果可供管道安全评价时参考。     

腐蚀管道修正B31G评定方法研究

对于腐蚀缺陷 ,应用最为广泛的评定方法就是美国ASMEB31G规范 ,在B31G中 ,它将缺陷简化成矩形或抛物线 ,但实际的腐蚀剖面曲线十分不规则 ,并且具有近似的自相似嵌套结构 ,具有分形的特征。本文运用分形理论来表征腐蚀缺陷的剖面曲线 ,进而求得分形曲线所形成的面积 ,并用此面积修正了B31G公式。实际算例表明 ,本文的方法是可行的     

腐蚀管道评定方法研究--对B31G公式的分形修正

对于腐蚀缺陷,应用最为广泛的评定方法是美国ASME B31G规范,在B31G中,将缺陷简化成矩形或抛物线,但实际的腐蚀剖面曲线十分不规则,并且具有近似的自相似嵌套结构,具有分形的特征.文中运用分形理论表征腐蚀缺陷的的剖面曲线,进而求得分形曲线所形成的面积,并用此面积修正B31G公式.实际算例表明,所提的方法是可行的.     

Fractal model to predict the crack roughness effect on the local bending compliance of circular shafts

In this paper the local compliance due to a transverse fractal crack in a shaft under pure bending is investigated. In a fractal crack, the surface is considered irregular and it is characterized by the presence of nonuniformities at different scales. Therefore, the crack surface can be modeled as a fractal surface with fractal dimension D. An analytical model for the compliance coefficient is presented with and without the effect of the surface roughness. The results obtained shows that as the dimension of the fractal surface increases the compliance increases as well. It is shown that this behavior conforms well with existing experimental results.     

Enhancement of J estimation for typical nuclear pipes with a circumferential surface crack under tensile load

This paper is to report enhancement of engineering J estimation for semi-elliptical surface cracks under tensile load. Firstly, limitation of the sole solution suggested by Zahoor is shown for reliable structural integrity assessment of thin-walled nuclear pipes. An improved solution is then developed based on extensive 3D FE analyses employing deformation plasticity theory for typical nuclear piping materials. It takes over the structure of the existing solution but provides new tabulated plastic influence functions to cover a wide range of pipe geometry and crack shape. Furthermore, to facilitate easy prediction of the plastic influence function, an alternative simple equation is also developed by using a statistical response surface method. The proposed H ₁ values can be used for elastic-plastic fracture analyses of thin-walled pipes with a circumferential surface crack subjected to tensile loading.     

核电管道LBB裂纹张开面积和泄漏率计算程序开发

在核电管道LBB设计和评定中,裂纹张开面积（ COA）和泄漏率是需要计算的重要参数。而裂纹张开位移（ COD）是计算COA的基础。为了提高COD,COA和泄漏率的计算精度和效率,需要采用改进的计算方法并实现程序计算。基于增强参考应力法（ ERS）的COD计算方法,开发了LBB分析中计算环向穿透裂纹管道的COA和泄漏率的计算程序。所开发的程序可以直接输入材料的真应力-真应变关系数据计算,并适用于单纯拉伸载荷、弯曲载荷及拉/弯复合非比例加载三种载荷情况,拓宽了现有计算方法的局限性。通过程序计算结果与有限元计算结果和文献中管道试验结果的对比分析,验证了计算程序的准确性。     

Characterization of silica distribution in rice husk using Synchrotron Radiation µCT and its implications for archaeological interpretation

This article reports the results of a pilot project using Synchrotron Radiation µCT (computer‐aided tomography) to examine the distribution of silica within phytoliths from rice husks. Experiments indicate that computed tomography can be used to show how silica accumulates and is distributed in a distinctive zigzag pattern of long epidermal cells that are characteristic of phytoliths from rice husks. This method will help us to understand why the dry ashing method produced much more zigzag pattern of long cells phytoliths from rice husk than did the acid extraction method. Besides, the zigzag morphological pattern exhibited by long epidermal cells is characteristic of this species which makes it useful in the identification of rice husks from archaeological contexts and indicating heating process. Microsc. Res. Tech. 77:785–789, 2014. © 2014 Wiley Periodicals, Inc.