含非贯穿直裂纹管道的振动特性分析

摘 要：根据线性断裂力学理论和应变能释放原理,推导了管道在轴力、剪力和弯矩等荷载作用下由非贯穿直裂纹引入的附加局部柔度,利用适应性Simpson数值积分编写了局部柔度计算程序,克服了当前方法仅针对特定的荷载模式或非空心截面的缺陷,通过与Naniwadekar等人试验结果进行对比验证本文局部柔度系数的合理性。建立了裂纹管结构的有限元模型,对悬臂裂纹管和简支裂纹管的自由振动特性进行了分析。研究结果表明：裂纹位置、裂纹深度对裂纹管类结构的自振频率影响明显。     

含非贯穿直裂纹管道局部柔度系数的广义解研究

摘 要：基于局部柔度的裂纹模型研究已受到普遍关注,然而,针对含任意方向角裂纹管道的局部柔度系数理论研究鲜有报道。本文根据线性断裂力学理论推导了含任意方向角非贯穿直裂纹管道在轴力、剪力和弯矩等荷载作用下的局部柔度方程,考虑了方向角变化对弯矩引起局部柔度系数的影响。利用适应性Simpson方法编写了数值积分程序进行局部柔度系数求解,并与Naniwadekar等人试验结果进行了对比分析。研究结果表明：本文提出的局部柔度系数求解方法准确,为含任意方向角裂纹管道的振动分析提供了基础。     

圆周非贯穿裂纹管局部柔度的理论和试验研究

圆周非贯穿裂纹是管类结构裂纹发展的典型形式,是引起管道断裂的主要因素之一。首先,从线性断裂力学理论出发,推导了管类结构中由圆周非贯穿裂纹引入的局部柔度系数方程,利用适应性的Simpson数值积分方法计算得到相应的局部柔度系数。其次,进行了圆周非贯穿裂纹管的动力模型试验,通过理论值与试验值对比分析验证了局部柔度系数求解方法的有效性。研究结果表明:根据局部柔度系数求解得到的裂纹管模型频率值与试验值基本吻合,从而验证了圆周非贯穿裂纹管局部柔度系数推导和求解的合理性。     

贯穿裂纹管局部柔度系数的理论与试验研究

根据线性断裂力学理论和应变能释放原理,推导了考虑裂纹张开状态的圆周贯穿裂纹管的附加局部柔度方程,利用自适应的Simpson数值积分方法计算裂纹引起的局部柔度系数,并根据得到的局部柔度系数,建立了以扭转弹簧模拟裂纹行为的裂纹管模型。进行了裂纹管的动力模型试验,通过裂纹管模型固有频率的试验值与理论值对比分析验证局部柔度系数的正确性。研究结果表明:裂纹管固有频率的试验值与使用"弹簧铰"裂纹管模型求得的理论值基本吻合,验证了贯穿裂纹管局部柔度系数的合理性。     

含裂纹悬臂梁的振动与疲劳耦合分析

基于Paris方程和同步分析方法考虑振动与疲劳裂纹扩展耦合之影响,提出一种含裂纹梁的振动疲劳寿命分析思路.振动分析过程中,利用线性弹簧等效裂纹段,复弹性模量引入阻尼损耗因子,得到考虑裂纹扩展、激励频率和阻尼等因素影响的动应力响应.结果表明:裂纹扩展、激励频率和阻尼等因素对疲劳寿命具有重要的影响.通过振动分析与疲劳裂纹扩展寿命估算同步进行,可进一步提高疲劳寿命估算精度.     

外壁部分圆周裂纹管道局部柔度系数研究

基于Zheng等求直裂纹管道局部柔度系数的变换积分区域法的思想,将外壁部分圆周裂纹截面区域离散成为一序列独立的矩形积分条带,各个条带裂纹区域近似按照平面裂纹梁理论计算其附加应变能,继而建立外壁部分圆周裂纹管道局部柔度计算表达式。再利用已有的试验数据验证外壁部分圆周裂纹管局部柔度系数表达式。     

含裂纹悬臂输流管道颤振分析

基于适用于含非材料体（non-material volumes）系统的Lagrange方程,采用由无裂纹悬臂梁的模态函数加入分段立方多项式构造的裂纹梁的模态函数,推导出了含裂纹的悬臂输流管道的线性运动方程,最后用Matlab编程进行了数值计算,研究裂纹参数对悬臂输流管道动力特性和颤振特性的影响。结果表明：当固支端附近出现裂纹时,输流管道的颤振临界流速将减小,越靠近固支端,颤振临界流速减小的越多。且随着裂纹深度增加颤振临界流速降低的更加明显。但裂纹离固支端一定位置后时,裂纹的出现将会增大管道的临界流速。另外,裂纹的出现还将导致悬臂输流管道颤振阶数的改变。     

含裂纹离心压缩机叶轮结构的振动局部化

针对离心压缩机在复杂运行工况下的失谐与裂纹问题,研究裂纹与失谐对叶轮结构振动响应和振动局部化的影响规律。首先,采用三维有限元模型建立具有复杂几何形状的叶轮结构的定量分析模型,并通过在裂纹界面上定义接触的形式模拟裂纹的呼吸效应。其次,通过采用混合界面模态综合法对系统自由度进行缩减,以解决了采用三维有限元模型分析非线性系统动态响应时所存在的计算量大和收敛困难的问题。最终,采用Monte Carlo方法对含裂纹的失谐叶轮结构进行统计分析,研究随机失谐和裂纹故障对叶轮结构振动局部化的影响规律。结果表明裂纹和失谐都会对结构的振动响应产生显著的影响,并会导致振动能量的集中和振动局部化现象。     

含非贯穿直裂纹输流管道振动与模态功率流分析

针对含非贯穿直裂纹输流管道的振动与模态功率流进行研究,将输流管道以Euler-Bernoulli梁模型建模并据此推导其弯曲振动方程,采用断裂力学方法将裂纹模拟成无质量的转动弹簧,用波动法分析含裂纹输流管道的自由振动特性。通过计算结果与相关文献对比验证了该方法的可靠性。探讨裂纹位置、深度以及管内流速对固有频率的影响。基于模态功率流的概念进行算例分析,讨论裂纹位置、深度以及振动模态对模态功率流的影响,研究表明,裂纹处的模态功率流曲线产生突变,裂纹位置与深度和模态功率流密切相关。     

含表面裂纹板的振动功率流特性研究

从结构噪声的观点研究了在简谐力作用下含有表面裂纹板的振动功率流特性。由于裂纹的存在,导致了板在裂纹两边转角的不连续性,运用断裂力学的理论得到裂纹导致的附加转角。利用力作用处以及裂纹处的连续性条件推导出了含裂纹板中的弯曲波运动并得到输入功率流以及传播功率流。通过对完善板与裂纹板的输入功率流与传递功率流的对比,表明板中裂纹的存在改变了板原有的振动功率流特性,裂纹的特性参数可以通过板的输入功率流和传播功率流来反映。通过构造裂纹板的输入功率流的等值线图给出了识别板中的裂纹的方法。     

非金属阻尼与挠性接管在管路减振中的作用

本文应用管路振动试验测试结论 ,证明在管路中非金属阻尼结构与挠性接管具有数量相当的减振效果。并在此基础之上对管路振动控制设计提出几点建议 ,希望能起到抛砖引玉的作用。     

含裂纹轮对的振动特性分析及裂纹参数识别

为实现实际运行工况中的轮对裂纹特征提取及裂纹参数识别,利用Abaqus建立含裂纹轮对系统的有限元模型,仿真轨道随机不平顺激励下的轮对振动响应,并采用变分模态分解(VMD)和快速傅里叶变换(FFT)提取不同运行速度下的轮对裂纹特征参数.其次,利用Kriging代理模型构建裂纹参数和IMF分量中1X、2X谐波成分幅值的关系...     

Crack resistance of austenitic stainless steel pipe and pipe welds with a circumferential crack under monotonic loading

This paper describes the experimental studies carried out on cracked austenitic stainless steel pipe and pipe welds under bending loads. Pipe welds were produced by gas tungsten arc welding (GTAW) and shielded metal arc welding (SMAW). Fracture resistance curves for pipe and pipe welds were compared. Results indicate that the fracture resistance of pipe and pipe weld (GTAW) is comparable but that of pipe weld (GTAW+SMAW) is inferior. Cracks do not deviate from their original plane during propagation as observed in the cases of carbon steel pipe and pipe welds. The fracture resistance of pipe welds does not depend on the loading histories to which it has been subjected prior to fracture test. Initiation and crack propagation were observed prior to the maximum moment. An existing limit load expression is applicable for the pipe base material but gives non‐conservative results for the pipe welds. Multiplication factors have been suggested for the pipe welds for evaluation of limit loads using the existing expression. Fracture resistance for the pipe and compact tension specimens have also been compared for base material and welds.     

Simulation of plasticity-induced fatigue crack closure in part-through cracked geometries using finite element analysis

The part-through semi-elliptical surface flaw is commonly encountered in engineering practice. Proper characterization of plasticity-induced crack closure is necessary to predict both flaw growth and flaw shape evolution under cyclic loading. Three-dimensional elastic-plastic finite element analyses are used to model the plasticity-induced closure developed along the surface flaw crack front, and the subsequent crack opening behavior under constant amplitude loading. Resulting crack opening stresses are compared with results from a strip-yield model and with experimentally measured values reported in the literature. It was found that the computed values were larger than those measured.