扩展有限元法在疲劳裂纹扩展模拟中的应用

随着计算机技术的发展,有限元仿真技术被大量应用于疲劳计算中。然而,在进行疲劳分析时,常规有限元法往往对于网格的划分限制较大,工作量大,效率低。文章采用扩展有限元法对疲劳裂纹扩展进行仿真分析,简化了网格划分过程,并通过与试验结果的对比,证明了该方法的准确性。     

基于XFEM的膜盘联轴器裂纹扩展模拟

针对某飞机采用的膜盘联轴器曾出现的裂纹故障,文章基于Abaqus有限元软件裂纹故障进行模拟分析。通过在疲劳分析结果的危险点添加初始裂纹,采用XFEM方法不同边界条件下对裂纹扩展过程进行裂纹扩展模拟,分析获得了功率分出轴装机后载荷及裂纹故障成因。     

基于有限元分析的疲劳裂纹扩展及寿命计算

以紧凑拉伸试样静应力分析及疲劳裂纹寿命为研究对象,通过三维建模软件建立紧凑拉伸试样,运用有限元分析软件对试样进行静力学分析,得到其最大变形及最大应力,并对紧凑拉伸试样预制裂纹,运用疲劳子软件进行裂纹扩展分析,得到其循环作用次数以及a-N曲线.此方法可用于疲劳裂纹扩展寿命的计算,并且让裂纹扩展的过程可视化,方便分析和掌握...     

影响疲劳裂纹扩展的几个因素

对含裂纹的构件,da/dN-△K曲线是度量材料疲劳裂纹扩展性能的基本曲线,并用于估算构件的疲劳裂纹扩展寿命。应力强度因子幅度△K,是控制疲劳裂纹扩展速率da/dN的最主要因素。除了应力强度因子幅度△K外,循环应力比R或者平均应力、加载频率、环境等其它因素也有不可忽视的影响。     

基于压力容器裂纹扩展速率的剩余寿命预测方法

压力容器在交变载荷的持续作用下会产生微小裂纹而导致疲劳损坏,出现泄漏或破坏等安全事故。因此,需准确预测压力容器的剩余寿命,在压力容器失效前及时采取措施。裂纹扩展是影响压力容器使用寿命的重要因素,文章首先分析了裂纹扩展的规律及主要影响因素,然后研究了利用安全评定图来评价压力容器安全程度的方法。评定点在安全评定图上形成失效路径,沿失效路径从安全区向非安全区的移动的速率是非线性的,存在速率拐点,该拐点对应的裂纹临界尺寸是计算裂纹失效的主要依据,最后使用Paris公式计算裂纹扩展速率并进行压力容器的剩余寿命预测。文章方法能够保证压力容器的安全性,如果裂纹真实存在,则具有较高的预测精度。     

有机玻璃表面裂纹疲劳扩展仿真研究

针对有机玻璃构件在服役过程中常因交变载荷而导致表面裂纹的产生和疲劳扩展,进而引起断裂的行为,课题组通过仿真研究来预测有机玻璃的表面裂纹疲劳扩展寿命。采用7点递增多项式法拟合疲劳裂纹扩展速率得到材料参数;基于裂纹尖端应力场分析软件,将穿透直裂纹测定的材料参数准确应用到表面裂纹的寿命预测上;采用表面裂纹疲劳扩展试验用于验证仿真结果。研究结果表明利用该方法预测的表面裂纹扩展寿命、裂纹扩展形貌与试验吻合较好。该项研究为有机玻璃结构的损伤容限设计提供了一定的参考。     

恒位移条件下X70钢在硝酸盐环境中的裂纹扩展行为

采用楔形张开加载（WOL）预裂纹试样应力腐蚀试验方法,研究了X70管线钢在NO3--H2S-C l-复杂介质中的裂纹扩展速率。结果表明,X70钢在近中性800 g/L NaNO3及NaNO3-H2S-NaC l环境下裂纹扩展速率均较低;在同种环境下,KIi近似相等时,X70钢的裂纹扩展速率da/dt大小关系为焊缝区大于母材;X70钢母材及焊材在H2S-C l-中的裂纹扩展速率略大于在NO3--H2S-C l-中的速率。     

4130X在50MPa氢环境下的断裂力学性能试验研究

广泛用于大容积无缝高压储氢容器制造的铬钼钢4130X,在高压氢环境下面临着因高压氢脆引起的力学性能劣化现象,对4130X储氢容器的安全运行产生极大威胁。课题组利用研发的高压氢环境材料耐久性试验装置,对4130X在50 MPa氢环境下的疲劳裂纹扩展速率和断裂韧度开展试验研究。结果表明:相比于空气下,4130X在50 MPa氢环境下的疲劳裂纹扩展速率加快了约10～16倍,断裂韧度降低了约71.1%。4130X储氢容器的疲劳设计应考虑高压氢脆对材料断裂力学性能的劣化作用。     

基于FEM-DEM的大米破碎仿真初探

提出了大米破碎仿真的一个整体框架,该框架将抽样裂纹检测、含裂纹大米的有限元建模和仿真、大米的离散元建模和仿真以及碾米机的参数修改结合在一起,构成了一个有序的统一体。研究了基于扩展有限元的大米破碎仿真,并以松粳9号糙米为例进行了裂纹扩展仿真。仿真结果表明,上述框架和裂纹扩展仿真技术可以应用在碾米机的结构设计和工艺参数确定中,并对类似颗粒物加工机械的设计和应用有一定的参考意义。     

压面机辊轴断口的观察与分析

利用扫描电镜（SEM）等对压面机辊轴断口的形貌进行了分析和研究，结果表明，断口应属于疲劳断裂。疲劳断裂的主要原因是在材料中存在的夹杂物诱发裂纹源，在循环应力的作用下裂纹扩展导致断裂。     

CT试样焊缝界面裂纹蠕变断裂参量估算的数值模拟研究

针对双材料紧凑拉伸试样,提出了加权平均C的概念,即双材料CT(Compact Tension)试样的C总是可以通过对由其母材和焊材组成的均质CT试样C的加权平均计算而得到,进而基于美国ASTM标准E1457,提出了一个双材料CT试样C的估算式,以用于简单估算特定材料CT试样的C值。采用ABAQU S软件,通过有限元法模拟分析裂纹处于焊缝界面的双材料CT试样和分别由其母材和焊材组成的均质CT试样的蠕变断裂性能,验证了加权平均C概念的正确性,同时也验证了上述估算双材料CT试样C方法的可行性。     

ML40Cr盘条冷镦性能研究

分别采用轧制坯和连铸坯生产φ16 mm ML40Cr冷镦钢盘条,连铸坯盘条冷镦后试样全部合格,轧制坯盘条经1/4冷镦后1个试样出现斜裂纹。对2种坯料生产的盘条夹杂物进行分析,夹杂物级别相对较低且相差不大;连铸坯和轧制坯盘条金相组织均为珠光体+铁素体;晶粒度均为9.5～10级,分布均匀;连铸坯生产的16 mmML40Cr盘条带状组织为3级,存在较轻微的枝晶组织,轧制坯生产的盘条带状组织为2.5级,盘条中存在较明显的方框形偏析。分析表明:连铸坯中的方框形偏析经加热、轧制后难以消除,盘条中晶粒细小,使得钢的变形抗力增大,增加了盘条的开裂倾向。     

拉拔不锈钢丝表面横裂的生长与消除

在多道次拉拔不锈钢线材过程中,用模拟表面横裂的方法,通过试验和FEM分析,研究凹形、U形、V形裂纹缺陷的生长和消除。当线材表面存在凹形横裂缺陷时,即使经多次拉拔,也会因缺陷侧面承受剪切变形而产生向缺陷内的塌陷,从而使缺陷变成折叠形状而残存下来;深度相同时,宽度越大的U形缺陷经反复拉拔,越容易消除;V形横裂道次压缩率为20%时,缺陷的消除或发生折叠的临界缺陷半角γ=30°~40°,低于此值易发生折叠。     

预应力钢绞线专用拉伸夹具的优化设计

钢绞线拉伸试验机的传统V形夹钳与钢绞线外形结构不匹配,使钢绞线受力不均,极易出现试样在夹具内或在夹具附近断裂,导致试验数据失真。对试验机钳口进行优化设计,将钳口由V形改成半圆形后,增加了夹具与钢绞线的夹持面积,提高了夹齿与钢绞线之间的握裹力。拉伸试验结果表明:半圆形夹钳与V形夹钳相比,试样断钳口比例由64%降到16%,打滑比例由22%降为0,保证了试验数据的准确。     

奥氏体晶粒长大与晶界迁移

论述奥氏体晶粒长大的能量转变自发过程及各种影响因素。奥氏体晶粒长大速率随加热温度升高呈指数关系增加 ,与该温度下的保温时间大致呈抛物线变化。首次观察到T10A钢试样在真空加热 (冷却 )时奥氏体晶界迁移过程中留下的 2～ 3重晶界现象 ,更清楚地反映了晶粒的长大情景。     

65钢在真空加热及冷却时的组织转变

用高温金相显微镜连续观察了 6 5钢奥氏体晶粒的长大过程及高温奥氏体孪晶的形成 ,分析了该钢试样加热及冷却后的室温组织 ,并用剥层分析法阐明了试样表层的脱碳现象。在冷却过程中没有看到先共析铁素体和珠光体转变时的动态过程 ,但从未经浸蚀的室温组织的着色及位置、形态的不同 ,分析了上述组织的形核地点及核长大的特征     

SWRCH35K盘条冷镦表面横裂纹成因分析

SWRCH35K盘条生产高强度螺栓过程中表面出现横裂纹,通过低倍、高倍金相检验,分析组织特征,查找表面出现横裂纹的原因。结果表明,钢丝进行球化退火时温度偏高,会导致钢丝表层脱碳和边部部分晶粒长大,在适宜的冷却速度下,容易在钢丝边部形成粗大的魏氏组织;较软的表层魏氏组织和较硬的基体组织在钢丝横断面上分为内外两层,拉拔、冷镦时不同的组织将发生不协调变形,表层较软的魏氏组织最先出现微细裂纹,随着进一步的变形,微细裂纹在垂直于受力方向上扩展,遇到较硬的基体组织后停止扩展,最终导致表面横裂纹的产生。     

钢筋钢纤维增强部分砼梁裂缝宽度的试验研究

钢纤维砼应用于钢筋砼构件 ,能显著提高构件的抗弯、抗剪及延伸性能 .选取 8根试验梁进行了正截面受弯性能试验 ,通过钢纤维对平均裂缝间距、钢筋应变不均匀系数和钢筋应力的影响分析 ,提出了正常使用条件下与普通钢筋砼梁最大裂缝宽度的计算方法相衔接的钢筋钢纤维增强部分砼梁裂缝宽度的计算方法 .结果表明 ,部分地加入钢纤维的砼梁构件能达到全截面增强的效果 .实际应用中能显著减少钢纤维的用量 ,具有较好的经济效益 .     

一种中碳钢的疲劳短裂纹特性

用复型技术研究含碳0.4%钢的扭转疲劳的起始阶段和短裂纹特性。发现疲劳短裂纹在铁素体中发生并扩展。裂纹增长速度取决于裂纹端部塑性范围的大小和程度。因而每循环的裂纹增长正比于滑移带强度。裂纹扩展的减速和可能停止证明晶界是裂纹扩展的强障碍。升高应力值后,原有的不扩展裂纹可能产生支裂纹或连接其它裂纹继续扩展。这个过程反复到一个或多个主导性裂纹的应力达到能导至破坏的继续增长的临界值为止。