基于失效路径的含裂纹起重机寿命预测

针对桥式冶金起重机金属结构裂纹缺陷失效临界尺寸值难以确定的问题,通过交变载荷加载试验,对裂纹缺陷的失效路径和失效速率进行仿真,得到其真实的失效离散轨迹.利用Matlab进行曲线拟合,建立失效速率与裂纹尺寸之间的函数关系式,采用数值积分法计算缺陷剩余寿命,得到速率拐点处裂纹的几何参数,即标准临界尺寸值,为Paris迭代法评估金属结构疲劳裂纹失效提供了理论依据.     

FEM的焊接式蜂窝铝板疲劳性能研究

针对钎焊蜂窝铝板在不同应力下的疲劳寿命差异,采用有限元软件ANSYS在蜂窝芯的L方向和w方向上分析蜂窝芯边长和壁厚对蜂窝板疲劳寿命的影响．钎焊蜂窝铝板的s—N曲线结果表明,蜂窝板因为其内部蜂窝芯的排列方式不同而产生各向异性,L向的力学性能优于w向．当蜂窝芯子边长和壁厚都相同时,在相同的循环载荷下,蜂窝板的疲劳寿命值随着面板厚度的增加而增大,当面板厚度增加到一定值后,蜂窝板疲劳寿命是相同的．     

含穿透损伤复合材料蜂窝夹芯修补结构强度分析

针对复合材料蜂窝夹芯含损及修补结构,应用渐进损伤分析方法,在验证铝蜂窝渐进损伤方法有效性的基础上,分析含穿透损伤的复合材料蜂窝夹芯结构在拉仲载荷下的失效形式与剩余强度,并进一步研究其修补结构,发现采用双面非加衬挖补修补的修理方法可以恢复结构的大部分承载能力,从而为复合材料蜂窝夹芯结构修理容限的制定提供参考.     

钢质蜂窝夹芯梁高温疲劳试验及寿命预测研究

针对实际工程中钢质蜂窝夹芯结构在热环境下的疲劳耐久性及寿命问题,开展了400℃下的三点弯曲疲劳试验研究,得到S-N曲线.基于刚度退化,提出一种用于该类材料在高温下的疲劳寿命预测模型和损伤演化模型.该方法允许预测不同载荷水平下的疲劳寿命,避免了大量重复性疲劳试验.应用于模型的参数与材料性质、高温等试验条件有关.借助简单模...     

振动对TBM液压泵泵轴受力及疲劳寿命影响分析

针对硬岩掘进机(tunnel boring machine,TBM)强振动工况,分析引起泵轴疲劳失效的两种机理:载荷与材料性能变化.建立了泵轴在强振动下的受力仿真模型,仿真得到泵轴稳态受力幅值随频率及振幅均呈线性增加.根据经验数据,获得不同工况下的S-N曲线修正模型.建立泵轴的有限元模型,加载不同工况的载荷与材料参数,得到振动参数影响泵轴疲劳寿命的规律.结果表明:当振幅小于3 mm,频率小于20 Hz时,泵轴总能满足对寿命要求;当振幅大于4.8 mm时,不能满足其寿命要求;当频率为10 Hz时,能满足泵轴疲劳寿命的最大振幅为4.3 mm.     

玻璃纤维蜂窝管压缩试验及力学性能研究

针对复合材料压缩载荷及吸能特性现有研究的不足,提出不同壁厚、不同胞元数量的玻璃纤维蜂窝管结构,采用万能试验机进行静态压缩试验。结果表明：蜂窝管壁厚值较小时,其主要失效形式为纤维断裂;壁厚值较大时,其失效形式为纤维断裂损伤及纤维层分层。压缩峰值载荷及总吸能随胞元数量及壁厚值增加而增大,比吸能仅随其壁厚值增加而增大。壁厚值0.4 mm的单胞元蜂窝管压缩峰值载荷取最小值2.11 kN,对应的能量吸收总量为23.9 J,比吸能为7.96 J·g^-1;壁厚值0.8 mm的八胞元蜂窝管压缩峰值载荷取最大值53.1 kN,对应的能量吸收总量为1 353.6 J,比吸能为36.88 J·g^-1。     

基于磁场磁力的铁粉纸屑分离机构设计

为了解决纸基蜂窝芯零件基于磁场和摩擦吸附原理固持方法中作为固持介质的铁粉在零件加工过程中掺杂蜂窝芯纸屑而不能重复使用的问题,提出基于磁场磁力的铁粉纸屑分离机构设计方案.根据蜂窝芯纸屑的存在形式,分离机构采用摆动筛和磁性分离的两级分离方式.根据摆动筛连杆机构的特性分析,采用调节偏心轮电机转速的方式来控制摆动筛的摆动频率.根据滚筒机构的结构形式,计算得到铁粉区域磁感应强度值应不小于0.107 T,采用调节滚筒驱动电机转速的方式来控制平带上吸附铁粉的厚度.根据有限元分析对比结果,采用带有导磁极的激磁组件结构形式,导磁极厚度应取15～20 mm,空气间隙应取20～25 mm．     

基于衰减速率算法模型的压力容器裂纹缺陷剩余寿命与安全裕度

疲劳裂纹是引发压力容器安全失效的主要原因,然而传统压力容器安全评定方法未考虑裂纹缺陷安全衰减过程的时变性,因此对裂纹缺陷的安全裕度表征方式存在缺陷。为此,本文通过力学公式推导、裂纹实验仿真与裂纹疲劳扩展实验相结合的方式研究了压力容器表面裂纹缺陷在疲劳断裂过程中的深长尺寸扩展规律,探索了裂纹缺陷在疲劳载荷作用下的安全衰减过程,结合安全衰减路径理论的基本思想,利用裂纹缺陷在失效过程中沿安全衰减时变路径的变化趋势来定义裂纹缺陷的疲劳失效速率,通过建立安全衰减时变路径与安全衰减速率之间的瞬态数学关系式,得到了裂纹缺陷安全衰减速率表征模型,并据此构建了曲线积分形式的裂纹缺陷剩余寿命计算模型与安全裕度表征模型。实验结果表明,本文所提寿命预测模型计算结果与裂纹缺陷的实际剩余寿命十分接近。裂纹缺陷的剩余寿命维持在总寿命的50%以上时,所提方法的安全裕度下降速率较为缓慢;而当裂纹缺陷的剩余寿命处于总寿命的50%以下时,安全裕度的下降速率会迅速增加。这种安全裕度表征方式不仅与裂纹缺陷的疲劳扩展规律一致,而且比传统方法更加符合裂纹缺陷的实际安全衰减过程、更有利于安全检测人员对临近失效裂纹缺陷进行识别与检测。     

泵轴断裂原因分析

通过大量的实验对失效后的减顶泵泵轴进行了详细分析与研究,确定了其失效的原因。对失效泵轴的化学成分、机械性能、金相组织以及蚀坑内的腐蚀产物等进行了检验,通过对检验结果的分析,确定泵轴失效的主要原因:一是组织中的非金属夹杂物严重超标;二是显微组织不符合技术要求;三是泵轴的键槽底部表面处发生了截面尺寸的突变,键槽根部为尖角并有蚀坑存在等。这些缺陷起着尖端缺口的作用,在交变的旋转弯曲载荷作用下,在这些缺陷处将产生严重的缺口效应,形成了很高的局部应力集中,从而导致了泵轴在缺陷处发生了疲劳断裂而失效。在明确了泵轴失效原因的基础上,提出了在生产中,预防泵轴过早发生疲劳断裂,延长其使用寿命所应采取的相应措施。     

高温载荷作用下金属蜂窝夹芯板结构的相变分析

以含相变的多层板热传递理论为依据,采用有限单元法对金属蜂窝夹芯板进行了热分析,研究其在高温载荷作用下的相变问题.计算结果表明,蜂窝夹芯板具有良好的隔热性能,内外表面间最大温差超过450℃;蜂窝芯温度场分布与其余四层不完全相同;各层板受内部设备的影响不同;外蒙皮在加载18 s后开始产生固液相变,外胶层11 s后开始产生固液相变,到14 s时已产生大面积气液相变,损伤面积和损伤程度不断增加.有限单元法较好地模拟了复杂结构在高温载荷作用下的温度场分布、相变失效过程及其演化规律.     

基于混凝土塑性损伤模型的轨道板损伤规律

基于混凝土塑性损伤模型,建立CRTS Ⅰ型轨道板损伤分布计算模型,将Tekscan传感器测得的钢轨支点压力作为荷载输入,以轨道板竖向位移及拉伸损伤因子作为评价指标,分析客货共线条件下水泥乳化沥青（CA）砂浆离缝状态时锚穴周边轨道板上表面混凝土的内部损伤规律. 结果表明：随着离缝长度的不断扩展,损伤产生及完全损伤的临界离缝高度均逐渐变小;当离缝长度扩展至第2、3锚穴时,客车荷载下损伤产生的临界离缝高度分别约为0.8、1.0 mm,货车荷载下约为0.5、0.8 mm;一旦超出损伤产生的临界离缝高度,由于轨道板损伤的发展,轨道结构整体抗弯刚度迅速降低导致板端竖向位移迅速增大;对于客车荷载,当离缝扩展至第3锚穴且高度大于1.0 mm后,CA砂浆形成脱空,板端位移不再增长,对于货车荷载,当离缝扩展至第3锚穴且高度大于1.3 mm后,由于二次损伤带的产生,板端竖向位移随离缝高度的增大迅速增大.     

疲劳荷载作用下植筋锚固粘结的滑移性能

为研究疲劳荷载对植筋拉拔承载力、粘结应力的影响,设计植筋直径为16~25 mm、锚固深度为10d~25d（d为植筋直径）的10组拉拔试件进行疲劳试验,试件经200万次荷载上限为0.45P_u的疲劳加载后均未破坏,施加静载至破坏。加载过程中测量植筋的应变、滑移和荷载。结果表明：疲劳荷载削弱了承载能力,试件经疲劳荷载作用后极限承载力下降,粘结应力的减小随循环加载次数增加呈对数发展趋势。分析了粘结应力与试件破坏形态的关系。对于拔出破坏的试件,达到一定植筋深度后,胶筋界面的粘结应力是控制试件破坏与否的主要因素。增加植筋直径和锚固深度,粘结应力峰值逐渐降低,沿锚固长度的应力分布曲线趋于平缓,提高了植筋整体受力性能。     

Fatigue behavior and cumulative damage rule of concrete under cyclic compression with constant confined stress

Fatigue is one of the main destructing forms ofsuch civil engineering structures as concrete bridges,concrete pavements, concrete crane beams, concretesleepers, concrete offshore platforms, etc. These struc-tures may be subjected to uniaxial and biaxial compres-sion fatigue loading caused by vehicles, crane vibra-tions, wind, and/or waves. Many studies have beencarried out to characterize the fatigue behavior of con-crete under uniaxial stress states[1 ~3]. Literature on thebehavior of concret…     

同时考虑结构系统强度和疲劳的可靠性分析

在以往的结构可靠性分析过程中,结构系统的静载和疲劳载荷失效情况大多是分别考虑的,这与许多实际工程结构(如船舶等结构)是不相符的.根据疲劳载荷造成的疲劳累积损伤对结构极限承载力的影响情况,研究了结构承载能力的可靠度计算方法.以结构累积损伤和结构初始抗力的形式给出了一个综合结构抗力变化历程的等效抗力,讨论了结构系统在静载和疲劳载荷作用下的两种失效模式,并考虑了二者之间的相关性对结构系统可靠性的影响;用改进的分枝限界法寻找主要失效模式,并用二阶矩方法计算各失效模式的可靠性指标;然后用PNET法计算结构系统可靠性.算例表明,虽然分别考虑静载或疲劳载荷作用下的结构系统可靠性较高,但综合考虑两种失效状态时,结构系统可靠性却较低.即疲劳累积损伤会降低结构的极限承载能力可靠性.因此,对结构系统同时考虑强度和疲劳的可靠性分析是必要,是符合工程实际的.     

在静载和疲劳载荷作用下结构系统失效机理与可靠性分析

在结构系统使用过程中,将可能出现多种失效形式,例如静载失效或疲劳失效.根据疲劳载荷造成的累积损伤对结构极限应力的影响,给出了结构构件在基于累积损伤下的构件剩余抗力的表达式,分析了结构系统中每一个单元在静载和疲劳载荷作用下的失效形式,并考虑了该两失效模式之间的相关性对该单元可靠性的影响,具体分析了结构系统在静载和疲劳载荷作用下的失效机理,给出了在静载和疲劳载荷作用下结构系统的可靠性分析方法.数值算例表明,在不同的使用年限内,静载和疲劳载荷对结构系统可靠性的影响是不同的.在结构系统主要失效路径中,既有单元静强度失效又有单元疲劳失效,这是符合结构系统使用真实情况的.     

预应力RPC-NC叠合梁弯曲疲劳性能试验分析

为研究预应力活性粉末混凝土(RPC)-普通混凝土(NC)叠合梁的弯曲疲劳性能,以中国铁路32 m跨度T型梁为原型,设计并制作了4根完全相同的缩尺模型RPC-NC叠合梁,其中1根梁进行静载试验另外3根梁进行等幅疲劳试验.对试验梁在不同疲劳加载循环下的正截面应变分布、受压区NC应变变化、裂缝发展、疲劳挠度及刚度发展的变化规律进行了分析,并将疲劳加载后未发生疲劳破坏的叠合梁、未经历疲劳加载的叠合梁以及相同结构尺寸和配筋情况下的普通混凝土梁的静力弯曲性能进行对比.结果表明:和普通混凝土适筋梁相同,RPC-NC叠合梁的疲劳破坏由非预应力纵筋疲劳断裂引起;在疲劳荷载作用下,截面应变沿截面高度始终近似呈线性分布,RPC-NC叠合梁正截面变形符合平截面假定;疲劳加载结束后,未发生破坏的RPC-NC叠合梁和疲劳加载前相比延性有所下降,但仍大于未经历疲劳加载的普通混凝土梁.根据试验结果,拟合得到试验梁与疲劳加载循环次数有关的刚度退化公式,可为RPC-NC叠合梁的设计提供一定的参考.     

再生粗骨料粒径对再生混凝土早期开裂影响研究

采用平板约束试验方法,对5~15 mm、15~25 mm、25~31.5 mm三种级别再生粗骨料粒径的再生混凝土(RC)和粉煤灰再生混凝土(FRC)分别进行早期抗裂性能(龄期:0~24 h)试验研究。研究结果表明:在三种粗骨料粒径级别范围内,25~31.5 mm级别再生混凝土试件的早期开裂损伤最小;而对粉煤灰掺入量为15%的粉煤灰再生混凝土来说,粒径级别为15~25 mm的早期开裂损伤最小,表明粉煤灰掺入量与粗骨料粒径之间存在一个优化掺入量,在这个优化掺入量情况下,粉煤灰再生混凝土的早期抗开裂性能能够达到比较理想的效果。     

涡扇发动机拉紧轴疲劳试验

针对涡扇发动机拉紧轴在工作环境中所存在的疲劳失效问题,提出基于有限元法(FEM)与Miner线性累积损伤理论相结合的理论模型,实现了已知涡扇发动机拉紧轴材料、几何尺寸等条件下的标准载荷循环谱计算.进一步开展了风扇拉紧轴的疲劳寿命试验测试与分析,结果表明,试验中拉紧轴可承受30 000次试验载荷循环数,试验之后经检查无裂纹、凸肩切入、螺纹断扣等失效现象,最终确定其在标准载荷循环下的安全使用寿命.通过开展对拉紧轴的疲劳试验研究、仿真计算与分析等工作,有效验证了可靠性寿命预测方法与模型的可行性.     

Low cyclic fatigue performance of concrete-filled steel tube columns

Eight concrete-filled steel tubular(CFT) columns were tested subjected to cyclic loading under constant axial load. Experimental parameters included axial compression ratio, loading sequences, and strength of concrete and steel. The seismic performance of CFT columns and failure modes were analyzed. The test results show that different axial load ratios and loading sequences have effects on the load carrying capacity, ductility and energy dissipation capacity of CFT columns, as well as the failure modes of the CFT columns. The failure pattern can be categorized into two types: local buckling failure of steel tube in compression zone, and low cycle fatigue tearing rupture failure of steel tube. The seismic behavior was evaluated through the energy index obtained from each cycle.