SS400钢焊接接头抗断性能的数值评估

SS400钢是一种超细晶粒、超纯净、具有优良综合力学性能的新一代钢铁材料，其焊接结构性能的研究对其推广应用具有重要的意义。文中通过数值分析方法，以SS400母材性能为参照，对其实际焊接接头的抗断裂性能进行评估。采用MARC商用软件，对不同中心贯穿裂纹尺寸的SS400母材及其实际焊接接头拉伸板模型进行三维有限元计算和拉伸过程模拟。焊接方法为脉冲熔化极混合气体保护焊，焊接板的中心裂纹处于焊缝与热影响区之间的熔合区。用作比较的母材板的裂纹尺寸和位置、网格划分、边界条件等与焊接板完全相同。根据计算结果，分析焊接接头力学不均匀性对应力应变场的影响，并依据全面屈服理论对断裂参量CTOD进行分析比较。结果表明，焊接接头的CTOD值均低于同裂纹尺寸的纯母材。因此，该焊接接头拉伸板的抗断性能应优于纯母材。     

非均质焊接接头中J积分虚拟裂纹扩展计算方法研究

将虚拟裂纹扩展（ＶＣＥ）算法推广应用于非均质焊接接头，建立了三维弹塑性状态下Ｊ积分参量的ＶＣＥ算法有限元程序。基于平面数值分析，详细考察了该算法在非均质焊接接头中的适用性。此外，讨论了焊接接头中三维状态下Ｊ参量沿裂纹前缘的分布规律。     

裂纹位置对焊接接头断裂参量的影响

结合焊接结构的工程安全评定,针对焊接接头熔合线上容易出现缺陷的问题,本文利用有限元计算方法,编写了断裂参量J积分计算的有限元程序,并对裂纹位置不同时的焊接接头进行了有限元计算。结果表明,无论是平面应变还是平面应力条件下,焊接接头J积分值都与全母材和全焊缝材料不同;与此同时,裂纹位于熔合线上和裂纹处于焊缝中,焊接接头的J积分值也是有所差异的,并且,这种差异在平面应变状态下表现得更加明显。在实际工作中,对焊接接头的断裂参量的计算必须考虑裂纹所处位置的影响。     

用宽板试验评定COD设计曲线的可靠性

本文检验了焊接结构中确定缺陷容限的COD设计曲线方法的可靠性。采用小尺寸COD试验估算的容许裂纹尺寸与宽板试验中断裂时的临界尺寸的统计比较方法评定COD设计曲线的保守性。通过查阅文献,总共得到80组COD—宽板试验数据,并仔细地作了评价。结果表明,用COD设计曲线估算的容许裂纹尺寸的平均安全系数为3,临界裂纹尺寸超过最大容许尺寸的概率为96.7％。采用安全系数作为比较的指标概要地看出了下述一些重要参量的意义: (a)残余应力对设计曲线估算焊后状态结构的影响。 (b)COD 设计曲线中贯穿裂纹与非贯穿裂纹的比较。 (c)通常在试验室里以三个试样为一组测定COD值,采用其最低值和平均值的相对优缺点。     

力学性能不均匀性对焊接接头三点弯曲试样塑性区发展规律的影响

利用弹塑性有限元方法对焊接接头试样在三点弯曲试验中塑性区的发展情况进行了计算。分析了不同的裂纹深度、强度组配，焊缝宽度以及不同位置裂纹的焊接接头试样对塑性区形状发展的影响规律。分析结果显示，不同强度组配和几何特征的焊接接头试样对裂纹尖端塑性区的发展规律有较大的影响，由于裂纹尖端拘束程度的不同会造成塑性区的形状和尺寸的改变，因此在做焊接接头试样三点弯曲试验时，可能会得出与均质材料试样不同的驱动力曲线     

链轮焊接裂纹生成的分析

本文采用拉伸和弯曲试验方法，研究了奥氏体焊条焊接ＺＧ４５Ｍｎ２与４０Ｃｒ异种钢焊接接头的力学性能；在用两种不同合金系统的焊条及三种冷却状态下，对熔合区裂纹的产生进行了比较，并对延迟裂纹的氢影响进行了分析。试验表明，两种焊条的接头均接近较低强母材强度；提出了防止裂纹的措施。     

2219铝合金双轴肩搅拌摩擦焊工艺及接头组织性能研究

通过对8mm厚2219铝合金进行双轴肩搅拌摩擦焊试验,研究了不同焊接速度对接头成形、组织演变及其对力学性能的影响规律。工艺试验结果表明:在固定转速(200r/min)下,不同焊接速度下的接头均成形良好,未出现微裂纹、隧道以及疏松等焊缝表面缺陷。随着焊接速度的增加,接头区域晶粒尺寸减小;接头显微硬度受到晶粒尺寸与沉淀相分布的制约,硬度分布曲线呈“W”形,热影响区硬度最低。并且随着焊接速度的增加,接头最低硬度和抗拉强度逐渐提高,断裂位置发生在热影响区与热影响区交界处。在焊接速度为350mm/min时,接头抗拉强度达到最大值335MPa,约为母材的72.8%。     

薄板Al合金的TIG焊接头性能研究

针对薄板铝合金焊接时存在易烧穿、气孔、热裂纹和焊接变形等特点,分析了薄板Al合金TIG焊方法中常见的问题,采用各种有效措施加以解决。通过改变焊接电流和速度得到了一系列的焊缝。对各焊接工艺下的焊接接头进行了显微组织分析和力学性能测试,得出了不同焊接工艺参数下焊接接头的力学性能。讨论了焊接电流对接头力学性能的影响,同时分析了不同焊接工艺参数时焊缝尺寸的变化规律。     

链轮焊接裂纹生成的分析

本文采用拉伸和弯曲试验方法，研究了奥氏体焊条焊接ＺＧ４５Ｍｎ２与４０Ｃｒ异种钢焊接接头的力学性能，在用两种不同合金系统的焊条及三种冷却状态下，对熔合区裂纹的产生进行了比较，并对延迟裂纹的氢影响进行了分析。试验表明，两种焊条的接头均接近较低强母材强度；提出了防止裂纹的措施。     

非均质焊接接头界面裂纹断裂表征参量的分析

结合双材料界面裂纹结构应力场的研究成果，分析非均质焊接接头界面裂纹结构裂端场的性能特点，对焊接接头COD参量的复合与分解途径进行讨论。基于有限元计算方法，对熔合线含裂纹焊接接头的COD值及其复合因子进行计算，指出非均质焊接接头不同于传统研究过程中假设裂纹处于焊接接头焊缝中间裂纹模型的情况，而是完全演化为Ⅰ型与Ⅱ型复合型界面裂纹结构模式。并进一步讨论不等组配界面裂纹焊接接头断裂参量及复合因子的影响因素。     

供热管道一次性补偿器断裂原因分析

在供热管道敷设中，需每隔一段距离安装一个补偿器。在第二年供热前注水时发现有的补偿器产生了断裂，致使大量水外溢。为了找出补偿器断裂的原因以及改进方法，利用大型有限元分析软件ANSYS模拟了实际热补偿器的温度场和应力场，对其实际工况进行了精确的模拟和分析。研究结果表明：在热补偿器工作状态下，补偿器与管道的连接处等效应力最大，而且超过了材料本身的屈服强度及许用应力值，加大了断裂的可能性。     

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.     

Evaluation of stress and crack behavior using the extended finite element method in the composite layer of a type III hydrogen storage vessel

To facilitate the widespread use of fuel cell vehicles, it is necessary to ensure the safety of high-pressure hydrogen storage vessels. Because the composite layer experiences the highest internal pressure, cracks in the carbon fiber reinforced plastic (CFRP) layer of type III high-pressure vessels directly affect their safety. In this study, we evaluate the crack behavior in a type III high-pressure hydrogen vessel using a ply modeling method and the extended finite element method. The failure criteria were determined from the maximum principal stress and displacement that exceed the allowable tensile strength, considering the fiber and the transverse directions of each ply. The weak point of the CFRP composite layers was in the transverse direction on the 17th ply at a helical winding angle of 35° in the boundary of the dome and the cylinder. The crack extension was resulted from exceeding the allowable transverse stress at 35° winding angle. These results may be valuable for ensuring the safety of high-pressure hydrogen vessels.     

裂纹圆盘的动态分形特征及裂纹诊断识别

运用有限元方法对裂纹圆盘进行了动态分析，获得了其振型和位移响应；应用多重分形理论计算和分析了裂纹圆盘的振型、位移响应的广义维数和敏感维数，把广义分形维数、敏感维数作为裂纹圆盘故障的特征量，对裂纹圆盘的裂纹诊断与识别进行了定性及定量研究；针对裂纹圆盘的振型、位移响应的广义维数，提出在局部范围内，用局部线性法对圆盘裂纹长度进行定量识别，得到了定量识别裂纹长度的计算公式，通过实例计算考查了裂纹长度的计算精度。分析计算表明，用局部线性法对裂纹长度进行定量识别具有一定的实用性。     

一种服役过的涡轮盘槽底裂纹损伤容限定寿研究

在对槽底裂纹研究的基础上，计算并分析了涡轮盘在热应力、离心应力和残余应力共同作用下Ｊ积分随裂纹长度和转速的变化规律。根据材料的高温断裂韧度和裂纹扩展速率数据，求得临界裂纹长度和疲劳裂纹扩展寿命。最后确定了检查周期一定条件下的允许工程裂纹长度。     

基于广义维数的故障特征提取及诊断研究

从分形原理出发，以广义维数理论为基础，建立以振动信号的广义维数、广义维数谱图、敏感维数为特征组的模式空间样本库。一方面，通过计算实测信号的广义维数，提取其敏感维数，进而对实测信号的裂纹故障进行诊断识别。另一方面，通过对待检信号与不同裂纹深度信号的广义维数相关系数计算、分析、比较，可估计出待检信号的裂纹深度，说明广义维数相关系数分析方法，能对圆盘的裂纹故障进行较好地定量分析和识别。     

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。     

推进剂贮存容器J积分安全评定与寿命预测

为了估计裂纹对推进剂贮存容器寿命可靠性的影响,基于J积分和按重要度原则的概率失效准则,结合材料的断裂韧性J1C和疲劳裂纹扩展速率试验,利用概率断裂力学方法PFM(Probability Fatigue Method),分别建立了推进剂贮存容器概率安全评定模型和寿命预测模型。最后以LD10贮存容器为例,说明推进剂贮存容器概率安全评定与寿命预测过程,并利用Rcakwitz-Skov和Mont-Carlo方法计算其可靠性与剩余寿命。     

基于BS7910含缺陷X80钢焊接管道的安全评定

根据英国标准BS7448,制备带预制疲劳裂纹的三点弯曲(three point bent,TPB)标准试样,对X80管线钢焊缝、热影响区和母材进行0℃断裂韧度试验,根据CTOD(crack tip opening displacement)试验结果,结合材料的力学性能、载荷条件,采用英国BS7910结构完整性评定方法的1A、2A评定曲线,针对焊缝内部的深埋裂纹,对X80钢管道焊缝进行安全评定。通过迭代计算确定含有深埋裂纹X80钢管道焊缝中的容许裂纹尺寸。     

组合夹具装配中零件尺寸及装配位置的确定方法

给出了自动确定和求解装配中元件尺寸或位置的启发式算法，介绍了参与装配零件的标定方法和装配时匹配关系与装配模型的表达方法，讨论了生成方向匹配链和方向约束链的方法，根据方向约束链和工程约束列出关于零尺寸和位置的约束方程组。该方法能使设计得在计算辅助装配设计时对零件的尺寸和位置进行调节，从而使设计得较为全面的考虑装配关系。