周向表面裂纹压力管道塑性垮塌失效的理论与实验研究(一)——塑性垮塌失效的三维弹塑性有限元分析

采用三维弹塑性有限元分析方法,探索了石油化工行业周向表面裂纹管的塑性垮塌失效特征,结果表明:周向表面裂纹管在发生净截面塑性垮塌前将发生裂纹前沿韧带的局部塑性垮塌.对于裂纹深度较浅的周向表面裂纹管,其塑性垮塌失效形式呈现为裂纹净截面塑性垮塌失效,净截面垮塌(NSC)准则能较好地预测其韧带局部塑性垮塌失效载荷;对于短且深的周向表面裂纹管,裂纹前沿韧带的局部塑性垮塌失效相当明显,此时净截面垮塌准则(NSC)预测其韧带局部塑性垮塌失效载荷则表现为非保守,须建立相应的韧带局部塑性垮塌失效模型来描述.     

小范围屈服条件下复合材料裂纹尖端塑性区分析

基于复合材料力学,推导Tsai-Hill强度准则在平面应力和平面应变条件下的一般表达式,得到了小范围屈服条件下,含中心裂纹无限大板Ⅰ型裂纹、Ⅱ型裂纹和Ⅰ/Ⅱ复合型裂纹尖端塑性区的解析解。针对不同裂纹倾角及泊松比 和,对裂尖塑性区进行了计算和分析。结果表明平面应变条件下塑性区范围小于平面应力条件下塑性区范围,参数、和 对复合材料裂尖塑性区范围和形状有明显的影响,不同的参数值得到的塑性区结果差别很大。另外,该解既适用于各向异性复合材料,也适用于各向同性材料。     

低频振动塑性成形粘弹塑性模型的体积效应分析

采用Kirchner对应变时间历程的基本假设,针对振动拉伸建立一个一维粘弹塑性模型;利用MATLAB中的符号计算,推导粘弹塑性本构方程的显式表达式.通过确立粘弹塑性边界并对本构方程进行数值求解,可以确定金属在振动加工过程中,其应力应变在粘弹性与粘塑性之间的变化情况.通过计算瞬时应变的大小与屈服限建立粘弹性变形和粘塑性变形的判断准则.在考虑粘弹塑性本构关系中的后继屈服情况、应变历程、应变率历程及弹性应变等因素后,可以确定单轴振动拉伸时材料变形的动态应力和平均应力.根据所给定的振型参数和材料力学性能参数,结合特定的振动拉伸实例,分别得出金属在准静态拉伸和振动拉伸时的动态应力-时间、动态应力-应变和平均应力-应变率的变化趋势等,实现基于粘弹塑性本构关系的低频振动塑性成形的体积效应机理分析.     

脉动载荷下换热器管板接头塑性失效研究

管板接头是换热器常见失效部位,其中交替塑性失效模式缺乏研究。基于材料的多线性等向强化(MISO)本构模型,对U型管式换热器角焊缝管板接头和新型内孔焊管板接头进行了弹塑性数值模拟。通过提取管板管桥中心及管板管孔附近区域的节点的应力及应变数据,得到了在脉动递增载荷下的双向应力和应变规律。结果表明,在脉动载荷的递增加载与卸载过程中,两管板接头的残余应力与残余应变存在差异;随着脉动幅值的递增,塑性应变不断累积,为防止结构最终发生塑性失效,需对应变进行合理控制。通过分析发现管接头内缘处是较容易发生交替塑性失效的部位,在对换热器管板接头失效分析时,应重视载荷历程和焊接接头形式对管板的影响。     

简单结构平面应力等比例加载塑性失稳研究

对平面应力状态下几种简单结构等比例加载条件下塑性失稳研究表明,考虑材料应变强化性能和结构非线性变形,结构塑性失稳由应变控制。对于应力—应变关系符合Swift类型的材料,可以推导几种简单结构的失稳应变,并以应变作为失效判据。同时,根据应力—应变关系,求出相应应力,进一步确定结构的最大承载能力。进行圆筒压力容器有限元计算和爆破实验,证明以应变作为结构失效判据准确合理,可应用于压力容器弹塑性应力分析。     

复合材料多墙盒段后屈曲的破坏预测方法

目前复合材料垂尾已广泛运用在多种飞机型号上,为了保证结构安全,研究复合材料垂尾盒段的力学特性十分必要。建立在弯剪载荷下垂尾盒段屈曲和后屈曲的模型,重点研究了在弯剪载荷下后屈曲诱发的盒段蒙皮铺层间、蒙皮/缘条之间界面的失效问题;其中蒙皮铺层之间采用实体单元进行连接,连接界面采用二次应力准则作为损伤的起始判据,能量混合准则作为损伤的扩展判据,并且自定义损伤变量实现刚度的非线性衰减;蒙皮与缘条之间采用cohesive单元模拟胶层;复合材料壁板采用断裂面准则作为失效判据,该判据能有效判断基体的失效。该模型基于Abaqus动态显式分析步,屈曲模态、屈曲载荷、破坏形式与极限载荷与实验吻合良好,证明了该方法的有效性。     

微铣削加工刀具刃口半径影响的有限元模拟

为了分析合金钢40CrNiMoA微铣削过程中刀具刃口半径对工件受力情况的影响，采用Johnson-Cook材料模型和断裂失效模型作为工件材料模型和失效准则，采用热力耦合平面应变杂交单元并使用自适应网格技术进行网格划分，刀具与工件间的摩擦采用修正的库仑定律，进行微细铣削加工非线性弹塑性有限元模拟。通过有限元分析，得到了在相同切削速度和每齿进给量条件下，不同刃口半径下的Mises应力、最大剪应力及静水压应力的分布情况，并对结果进行了比较分析；同时讨论了实际负前角，为实际加工提供了依据。     

复合材料裂纹尖端塑性区的一种解法

基于Tsai-Hill强度理论,在平面应力条件下,推导正交各向异性复合材料Ⅰ型、Ⅱ型以及Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹塑性区方程,得到的结果适用于求解各向同性材料和拉压强度相等的各向异性复合材料的裂尖塑性区;数值算例给出不同材料坐标系与总坐标系夹角θ下的一组复合材料裂尖塑性区结果,讨论参数θ对裂尖塑性区大小和形状的影响,并与各向同性材料的结果进行比较.数值结果表明,参数θ对复合材料裂尖塑性区的影响很明显,各向同性材料具有更大的塑性区.     

周向表面裂纹压力管道塑性跨塌失效的理论与实验研究（一）—塑性垮塌失效的三维弹塑性有限元分析

采用三维弹塑性有限元分析方法，探索了石油化工行业周向表面裂纹管的塑性垮塌失效特征，结果表明：周向表面裂纹管在发生净截面塑性发生裂纹前沿韧带的局部塑性垮塌，对于裂纹深度较浅的周向表面裂纹管，其塑性垮塌失效形式呈现为裂纹净截面塑性垮塌失效，净截面垮塌（NSC）准则能较好地预测其韧带局部塑性垮塌失效截荷；对于短且深的周向表面裂纹管，裂纹前沿韧带的局部塑性垮塌失效相当明显，此时净截面垮塌准则（NSC）预测其韧带局部塑性垮塌失效载荷则表现为非保守，须建立相应的韧带局部塑性垮塌失效模型来描述。     

材料属性温度相关热弹塑性接触问题研究

应用有限元方法建立了可考虑屈服应力温度相关效应的粗糙表面热弹塑性接触模型.研究了摩擦力和不同热输入情况下圆柱体与弹塑性平面的接触力学特性.求解了考虑屈服应力温度相关效应的粗糙表面热弹塑性接触问题,探讨了摩擦热效应对表面温升、接触压力、平均间隙及接触体应力分布的影响.提出了考虑热膨胀系数温度相关效应的热弹塑性接触模型.通过刚性圆柱体与半无限大平面的热弹塑性接触研究了热膨胀系数温度相关效应对接触体应力分布的影响.