基于有限元法的单边裂纹孔板应力强度因子

为了研究板长、圆孔半径对拉伸载荷作用下的有限宽度平板裂纹尖端应力强度因子的影响,运用ABAQUS有限元仿真软件进行数值模拟,给出了有限宽度带孔单边裂纹平板裂纹尖端应力强度因子求解方法。结果表明,板长、板内圆孔半径和裂纹长度对有限宽度裂纹平板的裂纹应力强度因子有着很大的影响。     

损伤钻杆断裂的有限元仿真分析

钻杆在作业过程中,需要通过卡瓦夹持,才能顺利作业,但卡瓦在钻杆表面会留下作业损伤。为了防止损伤导致的钻杆断裂,影响结构安全性,以某深井作业钻杆实际工况为例,创建含横向半椭圆形表面裂纹的钻杆有限元模型,数值研究拉扭复合载荷下,3种类型的形状因子沿裂纹前缘的变化规律;通过多项式拟合得到形状因子表达式中对应的系数,进而推导出等效应力强度因子的表达式。仿真计算结果表明,在（0.6～0.8）之间存在一临界形状比,裂纹最深点和边界相邻点处的等效应力强度因子值在此处相等。拟合得到的等效应力强度因子表达式,为进一步研究损伤钻杆表面裂纹扩展和寿命预测提供参考。     

裂纹圆棒法测PE100管材热熔对接接头的抗慢速裂纹扩展性能

采用裂纹圆棒(CRB)试验法对PE100管材热熔对接接头进行了不同载荷比的疲劳裂纹扩展(FCG)试验,研究了此对接接头的疲劳裂纹扩展机制,并通过外推法得到静载荷下的抗慢速裂纹扩展(SCG)性能。结果表明:当载荷比R相同时,随着最大初始应力强度因子K_(max)的增大,PE100管材热熔对接接头的疲劳裂纹扩展速率增大,疲劳寿命缩短;当K_(max)相同时,随着R的增大,疲劳裂纹扩展速率减小,疲劳寿命增大;裂纹逐步扩展区银纹纤维拉伸长度的减小与裂纹稳定扩展区次生裂纹与主裂纹叠加均加快了热熔接头的裂纹扩展速率;利用外推法得到静载下使用寿命为50a时所允许的最大初始应力强度因子为0.555 MPa·m~(1/2)。     

含均布多轴向表面裂纹厚壁圆筒结构安全性评价

轴向表面裂纹对受内压厚壁圆筒结果的安全具有很大的影响.在分析含均布多轴向表面裂纹厚壁圆筒裂纹数目对尖端应力强度因子影响规律的基础上,对外径相同、含均布多轴向表面裂纹厚壁圆筒及以裂纹尖端到厚壁圆筒中心距离为内径厚壁圆筒在受相同内压情况下的最大周向应力进行了对比分析,结果表明:厚壁圆筒裂纹尖端应力强度因子随裂纹数目的增加而逐渐减小并趋于一恒定值,应力强度因子随裂纹数目的减小只是裂纹扩展速度或扩展可能性的减小,含裂纹厚壁圆筒的最大周向应力在N=2时最大,且当N≥2时随着裂纹数目的增加而减小,但仍大于等效减薄厚壁圆筒的最大周向应力,厚壁圆筒的安全性仍小于以等效减薄后的光滑厚壁圆筒.     

弯曲载荷下管道环焊缝裂纹应力强度因子评价模型及试验验证

裂纹缺陷是众多环焊缝缺陷中危险性最大的缺陷之一。油气管道在经过地质条件较差的区域时，当遭遇自然灾害，管道除内压作用外，还会承受额外的弯曲载荷，由此引起的大跨度管道弯曲变形容易引起环焊缝裂纹扩展，导致管道破裂。基于大量环焊缝裂纹有限元数据，拟合出了裂纹尖端应力强度因子的工程评估公式。按照子模型分析方法可以快速获得有限元结果数据且能保证精度，是一种高效获取全尺寸弯曲管道中裂纹应力强度因子拟合数据的方法。结合API 579中提供的环向裂纹应力强度因子理论公式，对应力强度因子计算公式进行了拟合，裂纹尺寸范围为0.03   

SL450水龙头中心管螺纹齿根表面裂纹应力强度因子三维有限元分析

采用三维有限元位移法求解水龙头中心管齿根危险截面上含不同形态和不同深度椭圆表面裂纹，在拉伸和内压载荷作用下的应力强度因子。较精确地给出了应力强度因子沿裂纹前缘的变化规律。在大量有限元数据结果的基础上，拟合出应力强度因子的计算表达式，为预测带裂纹的水龙头中心管的承载能力、剩余寿命、确定探伤周期、制定判废标准提供了必要的断裂分析参数。     

管道穿透斜裂纹应力强度因子计算

裂纹是引起管道开裂失效的主要原因,裂纹尖端应力强度因子是表征裂纹应力场强度的主要物理量,也是对管道进行安全评估时的主要依据之一,但管道不同于平板,有曲率影响,因此基于平板推导出来的裂纹尖端应力强度因子公式必须进行修正。为了准确计算管道上斜裂纹应力强度因子,建立了不同管道直径、不同裂纹倾角以及不同裂纹长度下的管道穿透斜裂纹有限元模型,并计算了裂纹尖端应力强度因子,在无限大板中心斜裂纹应力强度因子计算公式基础上,修正得到了管道穿透斜裂纹应力强度因子计算公式,这对于含裂纹管道安全评定有重要参考价值。     

T型焊接接头表面裂纹应力强度因子影响因素研究

针对T型焊接结构中出现的疲劳断裂现象,采用扩展有限元法计算裂纹尖端应力强度因子,分析其受裂纹参数、载荷、结构参数影响的变化规律。计算结果表明:随着裂纹尺寸的增大,裂纹尖端应力强度因子呈发散状态增大;弯曲载荷变化引起裂纹尖端应力强度因子的变化程度大于拉伸载荷;裂纹尖端应力强度因子与结构参数呈线性关系。     

制动盘热机开裂机理的模拟研究

综合考虑灰铸铁物理属性随温度变化规律、拉/压各向力学性能差异和弹塑性应变应力关系,采用有限元计算方法,研究灰铸铁制动盘在不同制动工况下的温度场、应力场、应变场以及热机裂纹强度,揭示制动盘热机开裂原因及裂纹分布规律。热机耦合计算结果表明制动盘在初始制动速度为180 km/h下,最大温度为360℃、径向压/拉应力275MPa/85 MPa、周向压/拉应力为374 MPa/100 MPa、径/周向塑性应变为-4.6×10~(-5)/-6.75×10~(-5)。热机开裂计算结果表明径向裂纹尖端应力强度因子ΔK为6.69MPa·m~(1/2)大于周向裂纹尖端应力强度因子5.49 MPa·m~(1/2),径向裂纹张开距离大于周向裂纹张开距离,证明制动盘表面裂纹分布以径向裂纹为主且径向裂纹尺寸大于周向裂纹。     

压弯组合应力下高强钢焊接板表面裂纹疲劳寿命计算

潜艇上浮下潜运动使得其耐压壳承受交变的外压载荷。潜艇耐压壳的疲劳热点为锥一柱过渡结构连接焊缝焊趾处，该处所受的应力特征为压弯组合应力。压弯组合应力下表面裂纹应力强度因子及其疲劳寿命的计算尚无报道。弄清楚压弯组合应力作用下带表面裂纹焊接板试件的疲劳特性对潜艇等结构的疲劳研究是必要的。文中提出用成一定角度的对接焊板试件和轴向加载获得压弯组合应力来模拟潜艇耐压壳锥一柱焊接结合区的应力特征的实验方法。用980高强钢作试件，研究焊趾处预制表面裂缝，并在压弯组合应力为特征的疲劳载荷作用下表面裂纹的疲劳行为。给出高强钢焊趾表面裂纹在压弯组合应力下应力强度因子及其疲劳寿命计算式。该结果可供海洋平台、压力容器及管道的某些受力特征为压弯组合应力的重要结构的疲劳设计时参考。     

纳米金刚石中(Ⅰ/Ⅱ)复合裂纹的分子动力学研究

利用基于第二代Brenner作用势的分子动力学方法,模拟单晶纳米金刚石在边界层圆盘模型近似(Ⅰ/Ⅱ)复合载荷作用下裂纹尖端微观结构演化,计算等效应力强度因子Keff。发现含(010)[100]裂纹和含(110)[110]裂纹的金刚石起裂时,裂纹端部具有不同的断裂模式,临界等效应力强度因子Kceff变化也不同;(010)[100]裂纹在加载复合角θ变化过程中Kceff很接近;而(110)[110]裂纹在θ>60°后,Kceff大幅增加,表明金刚石起裂的异向性质。     

基于EQ4H型内燃机含裂纹曲轴的应力强度因子计算

内燃机曲轴上裂纹尖端的应力强度因子是计算裂纹扩展和疲劳剩余寿命的基础。首先利用Adams软件对曲轴—连杆系统进行刚柔耦合的动力学分析,得出第4曲柄销上承受的载荷最大,因此在其他边界条件相同时,第4曲柄销与轴肩的过渡圆角处最容易出现与轴肩呈45°夹角的椭圆形裂纹。然后将动力学分析得出的载荷作为曲柄销上的主要载荷进行裂纹尖端强度因子的计算,得到在不同长短轴比例(a/c)下强度因子随裂纹深度的变化趋势。在考虑到裂纹深度和裂纹长短轴比共同影响下,拟合得到EQ4H型内燃机曲轴几何形状因子的表达式,为此型号内燃机进行断裂力学的后续工作奠定了基础。     

螺纹联接外螺纹牙底表面裂纹应力强度因子的实验研究

用Ｊａｍｅｓ－Ａｎｄｅｒｓｏｎ方法［１］，对螺纹联接外螺纹牙底表面裂纹在拉伸作用下的应力强度因子进行了实验研究。在大量疲劳裂纹扩展实验取得的ＳＩＦ正则系数值的基础上，用逐步回归分析得到了这种情况下表面裂纹最深点和表面点的应力强度因子近似式。并将所得结果与拉伸圆杆［２，３，４］和带螺纹拉伸圆杆表面裂纹应力强度因于进行了比较分析，结果表明，三者之间的规律性很好     

304不锈钢紧凑拉伸裂尖应力强度因子有限元分析

304不锈钢结构在工程应用中经常发生疲劳断裂.利用有限元数值模拟方法对304不锈钢制成的紧凑拉伸试样进行二维分析,通过J积分计算应力强度因子.使问题满足平面应力条件,通过对数据处理,分析载荷大小和裂纹长度对应力强度因子的影响.把有限元计算的结果和经验公式对比,分析误差及有限元方法的可行性.     

厚壁筒双轴向表面裂纹尖端应力强度因子影响因素的研究

在现有文献对平面结构任意分布多裂纹间相互作用影响因素及厚壁筒轴向表面单裂纹尖端应力强度因子分析的基础上,提出了包含裂纹尖端应力强度因子影响因素的厚壁筒双轴向表面裂纹尖端应力强度因子公式.根据有限元方法,利用ANSYS软件对不同厚壁筒壁厚比、不同裂纹深度比及不同裂纹夹角情况下双轴向表面裂纹尖端应力强度因子进行了计算,分析...     

基于数值仿真与优化的老年人起居椅结构设计

针对老年人独自起居生活不便的问题,设计了一款老年人起居椅,根据企业关于实物样机测试的要求进行有限元数值模拟分析,检验结构在静态测试载荷和冲击测试载荷作用下的力学响应,结合静态结构分析时强度的不足以及瞬态结构分析时应力的集中位置对结构进行优化设计,优化后的结构在静态测试载荷下的最大等效应力由352.8 MPa降低至126.8 MPa,在冲击测试载荷下的最大等效应力由184.2 MPa降低至153.2 MPa,起居椅的强度和刚度得到了较大提升,制作实物样机并进行功能验证和样机力学性能测试,得到了满意的结果。研究结果表明,优化设计后的结构能够满足设计要求和测试要求,从客观上验证了有限元分析的有效性,这为其他部分的设计提供了重要参考,也有利于缩短产品的研发周期。     

膝关节后交叉韧带力学性质实验研究

目的研究新鲜成人尸体膝关节后交叉韧带的拉伸力学性质，为临床提供力学参数。方法取5具新鲜尸体，左、右共10个后交叉韧带标本加工成20个试样，在岛津电子万能试验机上进行单向拉伸试验。结果得出了后交叉韧带破坏载荷、最大应变、最大应力、弹性模量、应力应变表达式。结论后交叉韧带最大载荷为364．8N、最大应变为18．6％、弹性模量为267．5MPa、最大应力为19．19MPa。     

37CrNi3MoVE钢不同加载速率下应力腐蚀行为的试验研究

利用紧凑拉伸(CT)试样对水下高压气瓶用钢37CrNi3MoVE材料在模拟海水环境中进行了应力腐蚀试验研究,采用恒位移速率控制,试样为平面应力试样,获得了不同位移速率下载荷一位移曲线和裂纹扩展速率与应力强度因子关系曲线.结果表明,载荷与裂纹扩展速率增长趋势与加载速率密切相关,位移速率为5.0×10-5 mm/s比1.0×10-5 mm/s时裂纹扩展前期的最大载荷高12.73％,裂纹扩展约2 mm后,相同裂纹长度下能承受的载荷基本一致;该材料在海水环境中,平面应力状态下,裂纹起始扩展应力强度因子约110 MPa√m.位移速率为1.0×10-5 mm/s和3.0×10-5mm/s时测得的裂纹扩展速率da/ dt分别出现2.9×10-5 mm/s和8.2×10-5 mm/s的稳定扩展阶段,但位移速率为5.0×10-5 mm/s时,da/dt与KI的关系曲线没有明显稳定扩展阶段.位移速率低者比位移速率高的应力腐蚀明显.     

裂纹对箱形结构应力集中因子影响的量化研究

以箱型结构为研究对象,首先运用有限元手段对具有不同裂纹存在状态及不同裂纹尺寸的箱形结构进行应力分析,并根据分析结果提取沿裂纹根部向缓释放应力区域的应力场状态,然后采用数值模拟技术在与应力场分布相同的积分路径上对名义应力进行求解,最后根据名义应力及等效最大应力即可获得对应的应力集中因子。研究结果表明在固定约束及载荷条件下,垂直裂纹、横向裂纹及斜向裂纹的尺寸与应力集中因子之间存在对应的变化规律。实现了不同尺寸、不同类型裂纹与应力集中因子之间量化关系的研究,为进一步量化箱型结构裂纹类型及参数与疲劳寿命间的关系奠定了基础。     

铸铁三点弯曲切口梁的抗断裂性能

铸铁类材料裂纹端部的断裂损伤过程区能简化为具有黏聚力的裂纹。为探寻带切口铸铁试件的最大承载力计算方法,用实验机对8种不同切口尺寸的铸铁三点弯曲梁进行加载实验,得到载荷随加载点位移变化曲线;计算各个试件断裂过程消耗功以及相应单位断裂面消耗比能。分别通过实验测得载荷和预制裂纹尺寸及等效裂纹长度,计算应力强度因子和能量释放率。根据黏聚裂纹应力强度因子计算式与双K断裂准则,得到该类材料结构承载力的理论计算数值;并与实验结果进行对比,两者符合良好。