热障涂层界面位移非稳定性的有限元模拟

热障涂层界面位移非稳定性是影响整个热障涂层体系失效破坏的关键因素,采用有限元分析软件ABAQUS及其用户子程序UEXPAN和USDFLD相结合的有限元数值方法,对表面缺陷的Fecralloy金属基体界面的位移非稳定性进行了有限元模拟.该数值方法基于实验测得的真实TGO厚度,首次模拟了热氧化循环中TGO的生长过程,使得该...     

一种考虑多种强化机制的黄土本构关系

将黄土材料的含水量和变形历史引入到内时定义中,利用与热力学相一致的简单机械模型发展了黄土的偏应力应变本构关系。用所建立的本构方程分别描述了马兰黄土在不同围压和不同含水量条件下的应力应变响应特性,取得与现有实验相吻合的结果。所提出的考虑围压和含水量的黄土本构模型对黄土在各种复杂载荷作用下变形与破坏现象的研究具有一定参考价值。     

钛合金热粘塑性本构关系的子程序开发及有限元验证

目前大型有限元商业软件中包含一些常见的金属热粘塑性本构模型有限元程序,但由于不同的具体工程应用问题,这些软件中的模型通常无法满足对高速冲击或切削等条件下材料性能的描述。针对这一问题,本研究引入一种显式积分算法,并通过ABAQUS用户子程序接口将用户自定义的金属热粘塑性本构模型进行了数值程序实现。对比实验数据可见,VUMAT子程序可较准确地描述TC4钛合金的应变率强化与温度软化效应。此外,通过与ABAQUS软件自带的Johnson-Cook本构模型数值模拟结果对比发现,两者吻合良好,且子程序在计算效率方面明显优于前者,为金属材料在高速冲击或切削加工等条件下的数值模拟提供了技术支撑。     

动态拉伸过程TC11钛合金绝热温升的功热转化系数确定方法

通过对分离式Hopkinson拉杆试验装置进行改进,在入射杆与透射杆上加入余波吸收器,消除了动态拉伸过程中反射余波对试件的二次加载,从而发展了动态拉伸复元试验技术。对TC11两相钛合金试件进行动态拉伸复元试验,获得了TC11合金在不同应变率下的等温应力-应变曲线,成功实现了材料的温度软化效应与应变硬化、应变率强化效应的解耦。并且对TC11钛合金开展了不同初始温度下的准静态拉伸试验,采用Johnson-Cook模型描述材料的温度软化效应,并引入绝热动态拉伸过程的绝热温升值对Johnson-Cook模型进行修正,当修正模型计算所得的绝热曲线与试验所得绝热曲线相互吻合时,可以确定TC11钛合金在不同应变率动态拉伸条件下塑性耗散功向热量的转化系数,并且发现了应变率500 s~(-1)下的转化系数要小于应变率190 s~(-1)下的转化系数。     

埋地钢质输气管道动态挖掘响应的试验研究及模拟分析

研究在已有工作的基础上,对钢质输气管道在多种挖掘工况下的动态响应展开较全面地分析。将不同工况(驱动力油缸、挖掘高度、挖掘角度、挖掘齿数等)组合设计并实施了21组动静态试验。建立挖掘机-管道-土壤的ADAMS多体动力学模型,根据油缸压力及位移测试数据,实现STEP函数和脚本(Script)仿真控制,还原典型测试工况并获得动静态挖掘载荷,并由此判断挖掘动载系数。最后,根据模拟提取的动静态载荷,运用ANSYS/LS-DYNA得到管道测点的动静态应变,且与测试结果吻合较好。结合试验及模拟手段对多种挖掘工况下的斗尖动载系数进行了定量识别,研究成果对制定复杂环境下埋地输气管网挖掘破坏防控措施具有一定参考价值。     

高压输气管道内裂纹相互作用的有限元数值分析

基于三维虚拟裂纹闭合技术（3D-VCCT）,利用大型有限元分析软件ANSYS对内表面含单条半椭圆裂纹的高压输气管道的应力强度因子进行计算,计算结果与已有结果具有相当好的一致性,并验证了该方法应用于薄壁管道计算的有效性。然后考虑了2条对称副裂纹的短半轴与长半轴的比值,主副裂纹的距离以及主副裂纹环向角度对主裂纹应力强度因子的影响,得到主裂纹应力强度因子的变化规律,并给出了主裂纹最深点和表面点应力强度因子的计算公式。提出的计算方法和结果对高压埋地输气管道的风险评估、设计和施工具有一定的参考价值。     

Hopkinson压杆入射杆形状对动态断裂参量影响的数值方法研究

利用Hopkinson压杆测量三点弯曲试样材料的动态应力强度因子,应力波载荷的惯性效应和弥散效应对试验结果不可忽略的影响已被许多学者的实验结果证实。将不同Hopkinson压杆入射杆形状产生的载荷—时间历程曲线作为动态有限元模型的载荷信息,采用Ansys/LS-DYNA有限元软件,基于虚拟裂纹闭合技术(virtual crack closure technique,VCCT)计算得到三点弯曲试样的动态应力强度因子变化曲线,曲线上起裂时间对应的值即为材料的动态断裂韧度。进一步考虑入射杆形状及惯性效应对冲击载荷曲线的影响,研究动态应力强度因子的变化规律,为Hopkinson压杆测试动态断裂韧度提供合理、可行的方法。     

滚石作用下钢质管道动力响应分析及其应用

落石是导致埋地输气管道破坏的主要载荷形式之一,工程中需要解决落石对管道的动态响应问题,落石对埋地输气管道动力响应问题的本质是落石-土-埋地管道组成的体系在冲击荷载下的动力响应。利用LS-DYNA有限元软件,从管道内压、落石水平距离、管道厚度等方面对落石冲击荷载作用下埋地输气管道的动力响应问题进行了数值模拟研究,得出了管道应力等变化规律。其计算结果对埋地输气管道的风险评估、设计和施工具有一定的参考价值。     

考虑热粘塑性钛合金动态本构关系及其实验验证

由于钛合金在冲击载荷的特殊力学性能,经典Johnson-Cook本构模型不能很好地描述钛合金在高应变率下的热粘塑性变形,以及因热粘塑性耗散而导致温度应力降低的定量关系。本文提出了功热转换系数β与应变率 之间的指数关系,发展了一种修正的Johnson-Cook模型,建立了应变率、热粘塑性耗散功与温度应力降低的函数关系,并引入以最小二乘法为目标函数的局域搜索优化算法,能快速确定修正方程中的各待定参数,最后采用修正本构模型的增量形式描述了Ti-6Al-4V钛合金在应变控制条件下,在不同应变率、温度下的单轴动态应力-应变曲线。数值模拟和文献中实验数据吻合良好,表明本文发展的确定修正本构方程中各待定参数的算法和程序,具有概念清晰、精度高简单实用的特点,建立的修正Johnson-Cook模型很好的描述钛合金在高应变率下的热粘塑性特性。