管道结构与不同实验室试样间裂尖拘束度的匹配

选用统一拘束参数Ap,采用有限元模拟方法分别对不同初始裂纹尺寸下管道结构和实验室单边缺口弯曲(SENB)试样、紧凑拉伸(CT)试样、单边裂纹拉伸(SENT)试样和中心裂纹拉伸(CCT)试样的裂尖拘束度进行了表征,并构建了管道结构与实验室试样间裂尖拘束度的匹配。结果表明:管道结构的裂尖拘束度与SENB试样和CCT试样的裂尖拘束度匹配性较差;初始裂纹尺寸a/c=0.2,a/t=0.5(a为裂纹深度,c为1/2裂纹长度,t为管壁厚度)条件下管道结构的裂尖拘束度与含有深裂纹(a/W=0.7,W为试样宽度)CT试样的裂尖拘束度相接近,初始裂纹尺寸a/c=0.8,a/t=0.5,0.8条件下管道结构的裂尖拘束度与含有深裂纹(a/W=0.5,0.6,0.7)CT试样的裂尖拘束度相匹配;管道结构的裂尖拘束度与SENT试样的裂尖拘束度相近,二者具有较好的匹配性;在对实际结构进行完整性评定时,可选择与实际结构裂尖拘束度相近的实验室试样进行断裂力学试验,以其测定的断裂力学性能对该实际结构进行评定,从而增加评定的准确性。     

三明治型中心裂纹试样性能失配对材料拘束作用范围的影响研究

选择具有三明治型、含中心裂纹的不同性能失配的实验室常用三点弯曲(SENB)试样、紧凑拉伸(CT)试样、单边裂纹拉伸(SENT)试样和中心裂纹拉伸(CCT)试样为研究对象,采用嵌含有GTN损伤模型的有限元法,进一步针对性能失配对材料拘束约束范围的影响进行研究.研究结果表明:材料拘束的作用范围同样受性能失配的影响.随着性能...     

实际结构拘束相关断裂韧性的确定方法研究

材料的断裂韧性受裂尖拘束的影响,为了对含裂纹结构进行准确的完整性评定,需要计算拘束相关的断裂韧性。基于统一拘束参数Ap及其与断裂韧性的统一关联,提出了一种实际结构拘束相关断裂韧性的确定方法。并以核电站主管道为例,对不同长度、不同深度3D裂纹的断裂韧性与起裂弯矩进行了计算。计算结果表明:管道裂纹的断裂韧性和起裂弯矩与裂尖拘束密切相关,a/t=0.5,a/c=0.5~0.6形状尺寸的裂纹更容易发生断裂。此研究对于发展纳入拘束效应的结构完整性评定技术和方法、提高结构可靠性等方面具有重要的意义。     

不同材料延性断裂韧性与裂尖拘束的关联及其影响因素分析

基于不同材料、不同几何尺寸试样的延性断裂韧性数据,结合有限元计算,研究得到不同材料的标称化延性断裂韧性Jc/Jref与统一拘束参数Ad之间的线性关联方程,其可用于基于J-Ad二参数法纳入面内/面外统一拘束的结构断裂预测和评定中.进一步基于GTN(Gurson-Tvergaard-Needleman)延性损伤模型的有限元...     

双金属接头界面裂纹几何拘束与断裂韧性的统一关联

针对均质材料A508合金钢定义了可表征面内/面外几何拘束的统一拘束参数Ap,但在双金属接头或异种金属焊接接头中,除了存在面内/面外几何拘束外,还存在材料性能失配引起的材料拘束。针对均质材料定义的统一拘束参数Ap能否同时对几何拘束与材料拘束进行表征还需要进一步的研究。采用有限元数值模拟的方法,对不同面内、面外拘束的双金属接头界面裂纹尖端的等效塑性应变等值线所围面积进行了计算;并用嵌含有GTN损伤模型的有限元法计算了不同拘束状态下双金属接头界面裂纹的J-R阻力曲线和延性断裂韧性。之后,分析了Ap作为几何拘束与材料拘束统一表征参数的可行性。结果表明:Ap可作为统一拘束参数对几何拘束和材料拘束同时进行表征,并可用其建立双金属接头中几何拘束与断裂韧性之间的统一关联线。     

材料拘束相关的J-R阻力曲线的构建

材料的J-R阻力曲线受裂尖拘束的影响。为在结构完整性评定中准确纳入这种影响,需要构建材料拘束相关的J-R阻力曲线。基于新发展的面内与面外统一拘束参数Ad,定义了一个载荷无关的统一拘束参数A_d~*。用有限元法计算了不同拘束试样在不同J积分下的A_d~*值,验证了A_d~*的载荷无关性。基于参数A_d~*和不同拘束试样的J-R阻力曲线,研究了构建材料拘束相关的J-R阻力曲线的方法,并得到了核电压力容器A508钢和X80管线钢的拘束相关的J-R阻力曲线的数学方程。通过方程预测的J-R阻力曲线与数值模拟曲线和试验曲线的对比,验证了方程预测的准确性。所构建的J-R阻力曲线方程可用于结构(如压力容器、管道等)的延性撕裂及裂纹扩展稳定性评定,以提高传统不考虑拘束评定的精度。     

新型自动金相试样切片机的研究

金相试样的截取是进行金相分析的重要步骤，这里介绍了一种新型自动取样设备一自动金相试样切割机，从机械结构和控制系统两方面分析了新型试样切割机的设计特点。     

不同小试样测量蠕变性能的比较研究

小试样蠕变试验技术,在服役构件力学性能测试中得到了广泛的发展与应用。目前已有小尺寸单轴试验、小冲杆试验、剪切冲压试验、压痕试验、三点弯试验、悬臂梁试验、固支直杆弯曲试验、圆环试验和双杆试样等方法。基于上述小试样方法,重点从试样尺寸、应力状态、关联式类型、蠕变性能、变形测量和影响因素等方面,全面地综述不同小试样测量材料蠕变性能的方法和结果的异同。通过对比发现,不同类型试样所得蠕变曲线差异较大。小冲杆试样的数据转换过程较为复杂,试验过程中影响因素较多。悬臂梁试样和圆环试样的等效标距较大,变形测量误差小。三点弯、悬臂梁和圆环试样,蠕变试验过程中存在大变形效应,可采用临界载荷法预先控制试验载荷范围。固支直杆弯曲试样方法对摩擦的敏感性较低,可获得较为准确的断裂数据。所得结论为选择合适的小试样方法测试材料的蠕变性能提供理论指导和依据。     

线性匹配方法及其用于高温部件安定与棘轮分析的案例研究

以先进汽轮机转子、航空发动机等为代表的高温部件的强度设计是结构完整性研究领域的重要课题。线性匹配方法作为一种先进的直接分析方法,是实现高温部件强度快速、准确设计的重要手段。主要介绍线性匹配方法在安定与棘轮分析方面的理论框架,并基于该方法的理论框架,开展了高温部件强度设计的案例研究。该方法可为新一代高温部件的结构设计提供重要参考。     

焊缝非匹配海底管线缺陷在不同标准下的安全评定研究

本研究在给定裂纹尺寸和载荷条件下,根据CTOD(裂纹尖端张开位移)试验结果,先后采用英国标准协会提出的BS7910标准和欧共体提出的结构完整性评定方法SINTAP,针对EH36管线钢焊接接头焊趾处的表面裂纹进行评定。根据拉伸试验结果,建立了管线钢焊接接头的评定曲线。评定结果表明,应用BS7910标准进行评定时,各评定点不在评定曲线定义的范围内,说明该结构不能验收;而使用SINTAP方法评定,各评定点均在评定曲线定义的范围内,此时结构是可以接受的。本次研究充分说明SINTAP在强度不匹配方面要求更加详细,评定结果保守性相应地更低。     

试件和内压管道裂纹端约束效应的相关性分析

为使实验得到的结果更好地应用于估测内压管道的断裂,选取X80钢试件的一些几何体和载荷配置,在J-A2方法的基础上,用平面应变及非线性分析,对不同形式和尺寸的断裂试件裂纹端的约束效应进行数值计算,得到各种试件的J-A2曲线.结果表明,单边缺口拉伸试件的约束参数A2对载荷水平J不是很敏感.而单边缺口弯曲和紧凑拉伸试件由于弯曲应力的影响,A2值随J有一定的变化.具有相同裂纹深度的单边缺口拉伸试件与内压管道的J-A2和a/W-A2曲线相关性较好.最后,应用单边缺口拉伸试件的实验曲线和管道的有限元数值结果,对有裂纹管道进行断裂预测.     

裂纹尖端钝化对CT试样力学性能影响的试验研究

通过平面断裂韧度实验对紧凑拉伸(CT)试样的力学性能进行研究,分析了尖裂纹和钝裂纹试样的断裂形貌特征,并定量分析了裂纹尖端钝化对力学性能的影响.实验结果表明,尖裂纹计算得出的断裂韧度值、最大断裂值、塑性分量和最大位移量都小于钝裂纹对应的数值,裂纹尖端形成的钝化区有利于抑制裂纹扩展,提高了抵抗断裂的能力,能够达到止裂的目的.随着裂纹尖端曲率半径的不断增加,存在最佳钝裂纹曲率半径.当曲率半径超过其值,刚度出现轻微退化,塑性分量在外加载荷输入能量中所占的比重越来越大,断裂韧度提升明显,增强了试样的承载能力.研究结果可为定量评价裂纹尖端钝化对力学性能的影响提供科学依据.     

基于疲劳理论的变速箱体优化过程强度约束研究

针对变速箱体存在强度过剩,质量过重的现状,需要对其进行优化。目前对于优化约束的研究中,大部分学者采用静强度作为强度约束,而缺少对疲劳强度的考虑。因此基于疲劳理论的基础上,结合雨流循环计数,根据变速箱箱体规范对循环次数进行线性外推,获得循环次数进而作为其寿命,将外推循环次数与试验载荷谱循环次数作对比验证,结合90%可靠度的S-N曲线,获得理论应力幅。根据动载系数,计算得到最大应力。将其与抗拉强度进行比较,获得各个部件强度约束。可以为优化提供更为准确的约束,节省后续的验证过程,提高优化效率。     

基于不同材料的某中型卡车驾驶室翻转扭杆的研究

某中型卡车的驾驶室重达七百公斤,单凭人力无法实现其翻转,必须借助于翻转机构.目前国内普遍采用60Si2Mn制造驾驶室翻转扭杆,但国外也有采用45钢.文中提出驾驶室翻转扭杆的设计方法,并分别采用这两种材料制造扭杆,同时对其性能进行试验和研究.结果表明45钢也完全符合设计和使用要求,且成本更低.     

新FM法拔长的临界砧宽比、临界料宽比及工艺参数研究

通过有限元模拟新FM法锻造,分析了锻件心部一定区域内的应力场分布规律,得出：对于不同压下率,在不同料宽比条件下,都存在着使轴向应力由拉应力转变为压应力的临界砧宽比l1cr;在不同砧宽比条件下,都存在着使横向应力由拉应力转变为压应力的临界料宽比l1cr。合理的工艺参数应由砧宽比、料宽比及压下率三者匹配确定。数值分析结论,是新FM法工艺参数的精细化。     

用模式匹配的转子振动信号同步整周期重采样方法研究

提出应用模式匹配的转子振动信号同步整周期重采样方法.该方法所用的信号为用等时间间隔同步采集的键相信号和振动信号.文中方法步骤为,先对键相信号进行傅里叶变换,获得大致的基频振动周期,然后根据振动周期提取匹配用波形,再沿着键相信号数据滑动求匹配波形与数据段的相似性来查找周期起止点,相似度大于设定的阈值的数据段存在周期起止点,然后将振动信号用三次样条在起止点间进行等数量插值,即得到同步整周期采样的数据.研究结果表明,该方法能准确地对振动信号进行同步整周期重采样,具有对信号采集设备要求低,相位误差小的优点,可用于转子振动信号整周期采样.     

旋转管微滤膜中不同流型下膜分离特性研究

对于内筒旋转的同心圆筒微滤膜分离器,环隙间流体的流动在周向流、轴向流和渗透流的综合影响下会发生流型的转化和过渡;提出用三相异步电动机的输入电磁转速与电动机的实际转速之差的变化情况来表征流型的转化和过渡;用渗透通量的倒数在恒压操作过程中,将过程阻力分解成洁净膜阻力、不可逆膜污染阻力和可逆膜污染浓差极化阻力三部分,洁净膜阻力和不可逆膜污染阻力在很短的试验操作条件下可以视为常数,从而阻力随转速的变化在加上不同的常数后,可以表征出不同流型下的膜分离特性。在试验基础上,将流型划分为库特层流、随机层流涡流、紊流波涡流和完全紊流等四种类型,并分别讨论了这四种流型所产生的膜分离特性。试验表明,完全紊流区的可逆膜污染浓差极化阻力最小。     

基于可靠度约束的接触网系统预防性维修策略优化研究

接触网系统运行的可靠性和维修的经济性是制定维修计划的重要依据,采用预防性维修策略更有助于制定接触网系统的维修计划。应用故障树法分析了高速铁路接触网系统故障树模型,利用不同参数的威布尔分布来描述系统故障的各部分装置的失效概率;建立了系统预防性维修策略的优化模型;利用长沙段3年的实测故障数据拟合了接触网各部分装置的威布尔分布参数,并应用到维修策略优化模型中,对长沙段接触网制订了维修计划。仿真结果表明:适当增加维修次数可降低维修成本,过高的可靠度要求会大幅增加维修次数和维修费用。推导的维修策略优化模型和计算结果可为接触网维修策略的优化提供有益借鉴。     

薄壁构件的长度对抗撞性影响的研究

基于显式有限元技术,采用响应面法,以结构的比吸能为优化函数,以提高吸能原件的抗撞性为目的,研究正方形截面金属薄壁构件的长度对抗撞性的影响;经过数值分析,得出正方形截面薄壁构件的比吸能关于构件长度和截面边长的变化规律,这些规律可以用于实际吸能原件的设计,并为进一步研究奠定基础.