混流式水轮机转轮简化模型焊接应力场的数值模拟

在确定混流式水轮机转轮简化模型、解决分段焊焊接热源加载问题及解决各独立实体间接触边界节点不重合的热传导问题的基础上，对转轮模型焊接过程的应力场进行了数值模拟。得到了焊接过程中纵向应力的演变规律与焊后应力场的分布情况。结果表明，焊后应力的峰值出现在叶片与上冠或叶片与下环接触面的附近的叶片上。这个结果可以较好地解释水轮机转轮叶片疲劳裂纹的产生和扩展的失效行为。     

钛合金带热沉钨极氩弧焊中热沉作用

采用数值模拟和实验相结合的方法研究了钛合金TC4薄板常规及带热沉的钨极氩弧焊焊接过程中温度及应力应变的分布,考察了热沉对温度场和应力应变场的影响规律,探讨了使用该技术实现应力和变形控制的机理.结果表明:带热沉的钨极氩弧焊焊接过程中,紧随热源之后热沉急冷作用使得试件形成马鞍形温度场,而热沉作用部位温度最低.热沉作用部位的急冷收缩对周围金属产生拉伸作用,使得焊缝及近缝区金属升温过程中产生的压缩塑性应变减小,冷却过程中产生的拉伸塑性应变增大,接头中不协调应变减小,残余应力降低.实验测量与有限元模拟结果吻合良好,证实了采用热沉控制应力与变形的有效性和有限元模型的正确性.     

基于概率断裂力学的管道疲劳寿命分析

采用奇异单元模拟裂纹尖端应力场的奇异性,计算裂纹尖端的应力强度因子和张开应力.以概率论为基础,结合确定性疲劳断裂力学估算方法,考虑参数的不确定性和随机性,应用蒙特卡洛模拟法分析管道的疲劳寿命.结果表明：通过J积分计算得到的裂纹尖端张开应力与计算得到的管道工作应力基本相等.采用蒙特卡洛模拟法进行的一定可靠度和置信度下的疲劳寿命预测能反映评定参数的不确定性,较传统的断裂力学计算结果更安全.     

无限深透水坝基渗流场与应力场耦合分析

无限深透水坝基的渗流问题是建在此类地基上土石坝成败的关键问题。渗流场和应力场耦合计算更加符合渗流实际情况。该文基于土体孔隙率和渗透性的相互关系,借助有限元软件geostudio/seepage和Sigma/w双场耦合模型,研究符合耦合计算的操作步骤;利用模型对实际工程进行计算,得到了沉降量,孔隙率的变化,主应力、渗透量及渗透坡降等关键参数在耦合时的变化规律。计算结果说明了坝基孔隙率和渗透系数相互作用并趋于稳定的过程,符合实际观测情况。     

高地应力场岩体深部卸荷断裂带的梯度项塑性算法分析

以梯度项塑性理论为基础,对锦屏一级左岸典型深卸荷带地质特征进行了分析。该理论认为岩体内部局部卸荷软化参数不在其局部范围内确定,而是由积分点及其邻域所在影响范围来确定,且在应力应变关系中引入带塑性应变的梯度项。锦屏一级左岸地区二维和三维分析结果均显示了深部屈服现象,其与现场勘探出现的深部卸荷带裂缝位置具有空间分布上的一致性。数值计算中的梯度项塑性屈服,特别是在具备一定高地应力围压的条件下,即是岩体卸荷破裂,直至应力局部释放,最终趋于形成相对稳定的局部卸荷带。其计算结果较为可靠,分析结果与该地区出现的深部卸荷裂缝特征基本相符。     

基于红外数字全息的建筑爆破环境应力场检测研究

红外数字全息具有实时性强、可在复杂环境检测等优点;爆破环境的粉尘类气溶胶对可见光有较强的吸收、散射效应,红外波段处于“大气窗口”波长的红外光受气溶胶影响较小,该优势与数字全息相结合,本文提出一种可在高浓度粉尘环境下测量应力场的研究方法。将大小适中的光滑水泥板固定于三维施力架上作为研究对象,采用红外数字全息方法,改变环境粉尘浓度,分别测量光滑水泥板在不同压力作用下的应力场变化,对比全息图、相位差,验证了该方法的可行性,并设置可见光数字全息为对照实验。结果表明,红外数字全息可在高浓度粉尘环境下测量出应力场的施力点、压力相对大小及应力影响区域,实现实时、无损、全场检测,而可见光数字全息在此环境下检测效果不佳甚至无法完成检测,本文所提方法极大拓展了基于数字全息干涉计量应力检测手段的实用性。     

等效球药包迭加模型的应力计算分析

结合Starfield单元球迭加原理,认为单元球药包的质量和个数是影响条形药包近场应力特征的主要因素。在分析条形药包的现有理论研究方法的基础上,引入条形药包的长径比参数,构建了单孔装药量的爆破应力迭加公式。通过具体的算例得出:当条形药包的装药直径取4 cm时,计算出的最优长径比范围为10~12,装药量(TNT)为544~654 g。通过迭加公式的理论模型与其数值模型的应力场分布特征进行对比分析,发现迭加球药包应力场在径向方向始终呈柱面波形式向外扩散,并同时存在"端部效应";其理论值和模拟值的相对误差控制在20%以内,验证了应力迭加公式的计算方法是可行的,为单孔装药引起的应力计算和应力场分析提供了一个简易的数学模型。     

益新矿中心大空孔掏槽爆破扩腔过程数值分析

为了更好的应用中心大空孔掏槽爆破技术,根据益新煤矿爆破工况,运用有限元软件LS-DYNA,深入分析爆破过程中应力波的传播、有效应力和应力场的变化,研究其扩腔过程及岩石破碎机理。结果表明:爆炸应力波首先在炮孔连线方向相遇叠加并形成一条直线型的加强带,然后传至空孔并发生复杂的反射和叠加,最后在岩体中扩散;空孔外围的应力场分布呈现"圆形-菱形-圆形-方形"的变化规律;中心大空孔掏槽爆破有利于炸药能量的均匀分布和槽腔的形成与扩展。现场验证表明:该项技术大大提高了煤矿巷道的掘进速度,取得了较好的经济效益。     

SAPTIS：结构多场仿真与非线性分析软件 开发及应用（之一）

介绍大型结构多场仿真与非线性分析软件SAPTIS,包括软件中所采用的单元类型、方程求解方法、大坝全过程仿真的开挖浇筑模拟方法、水化热模型、通水冷却模型、温度边界条件、弹性模量模型、徐变度模型、自生体积变形以及掺MgO混凝土特性等,还给出了分析结果表达方式。该软件已成功应用于三峡、二滩、龙滩、小湾、溪洛渡、锦屏、丹江口等四十余个大中型水利水电工程的混凝土坝和其他结构温度场、应力场仿真分析、温控防裂和大坝真实工作性态研究,取得了良好的经济效益。应用成果表明,SAPTIS采用的计算模型能正确反映混凝土材料的热学特性、混凝土结构的应力和变形特性,具有计算速度快、计算规模大、结果精度高等优点。     

各向同性与正交异性材料Ⅲ型界面端应力场

研究了各向同性与正交异性双材料Ⅲ型非对称界面端问题。利用复合材料断裂复变方法,根据任意角度的界面连续条件,求解一类调和方程组的边值问题,讨论了非对称情况下含奇异指数的特征方程,得到了Ⅲ型非对称凸角、凹角界面端的应力场、位移场、应力强度因子的表达式,以及斜平面角界面端应力场奇异性的变化规律。