断裂力学和有限元法在疲劳磨损研究中的应用

综述了近年来国外应用断裂力学和有限元法研究疲劳磨损的进展和现状。主要评述了以线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学理论为基础,借助于有限元法分析疲劳裂纹的萌生、裂纹的扩展方向和扩展速率,以及疲劳磨损机理的热一机械耦合应力分析方法,目前疲劳磨损的研究主要集中于应用断裂力学建立恰当的磨损模型,用有限元法进行参数定量计算和疲劳裂纹行为的数值模拟,但关键问题在于确定合理的有限元分析模型,最后探讨了今后研究的方向。     

桅杆结构风振疲劳分析

采用了两种方法对桅杆结构进行疲劳分析;时域法和频域法;通过算例运用断裂力学方法估算疲劳寿命,经过计算与分析,得出了一些有益的结论,希望能为进一步的研究提供参考。     

拉应力条件下油气井套管腐蚀机理研究

结合断裂力学理论,通过慢应变拉伸等系列实验,探讨了拉应力加速油气井套管腐蚀的机理,认为腐蚀和碰伤会加快套管裂纹的孕育,断裂韧性和断裂强度因子的变化对裂纹的扩展起加速作用。慢应变拉伸实验结果表明,拉应力作用下,钢材在强腐蚀性地层水中的力学性能比空气中明显下降,而添加缓蚀剂后,力学性能得到改善;断口电镜扫描显示在地层水中断口的裂纹增多,同时断裂敏感参数也说明钢材在地层水中出现了应力腐蚀断裂特征;试样失重实验结果证明应力腐蚀速率比无拉应力时高出13.6％～24％,添加缓蚀剂可使应力腐蚀速率显著降低;能谱分析表明缓蚀剂通过迅速成膜减缓腐蚀对裂纹的扩展作用,较大幅度减缓了钢材的应力腐蚀速率,同时可以使钢材的力学性能的受损幅度降低。     

基于概率断裂力学的承压热冲击条件下含周向裂纹圆筒体的结构完整性研究

为探索适合我国核电站反应堆压力容器(RPV)在承压热冲击(PTS)条件下基于概率断裂力学(PFM)的结构完整性评定方法,本文以含周向内表面裂纹圆筒体为对象,研究其在PTS条件下的响应和结构完整性评定方法。首先基于有限元计算,确定了在PTS条件下沿壁厚的热应力场分布,并在此基础上计算了裂纹尖端应力强度因子;继而将裂纹深度、材料断裂韧性、材料屈服强度等视为随机变量,用R6失效评定图和线弹性断裂力学等方法进行了PTS条件下裂纹启裂评定,基于Monte Carlo方法开发了示范性评定软件,分析了各随机变量对其失效概率的敏感性。     

Study on orientation fracture blasting with shaped charge in rock

1. Introduction Stones for decoration or bowlder are excavated from ore bodies; however, the stones must be excavated with specific technique requirements. Experience shows that blasting is the method with low cost and high effi- ciency. The most familiar…     

基于相场法的砂浆裂纹相互作用失效分析

提出一种新的基于相场法的砂浆断裂力学分析方法,对裂纹相互作用导致的砂浆试件失效行为进行模拟分析.采用非保守Allen-Cahn方程作为控制方程,借助COMSOL有限元分析软件,将线弹性力场和相场整合为统一的有限元模型,对砂浆中裂纹发展和相互作用进行模拟分析.通过砂浆三点弯曲试验和直拉试验,测试砂浆裂纹扩展过程.模拟结果与试验结果的对比分析表明,砂浆试件裂纹相互作用临界荷载的模拟计算结果与试验结果非常吻合.研究结果表明,Ⅱ型试件断裂破坏会产生更长的裂缝路径.     

疲劳裂纹扩展试验载荷谱加重方法研究

为探索缩短疲劳裂纹扩展试验周期的载荷谱处理方法,对多种裂纹扩展模型进行了综述,概括出一种通用的裂纹扩展预测模型表达式。提出了一种将峰谷值同时等比例放大的载荷谱加重方法,并推导出加重前后裂纹扩展寿命的转换关系。用一种随机谱和两种块谱的基准谱及对应四种比例加重谱进行了LY12CZ中心裂纹板裂纹扩展试验,用常幅载荷谱及其1.1倍加重谱进行了典型机身壁板结构裂纹扩展试验。试验结果表明载荷谱等比例加重方法可以有效缩短疲劳裂纹扩展试验周期而不改变结构破坏模式,而分析结果表明由该方法预测的裂纹扩展寿命与试验结果的误差在15%以内,满足工程精度要求。     

基于监测数据的钢箱梁U肋细节疲劳可靠性分析

针对某悬索桥钢箱梁疲劳开裂严重,基于WIM动态称重系统采集的数据,对该桥通行车辆的车型、轴距、轴重、总重、是否超载进行了统计,明确了该桥交通荷载特征及各车道随机车流差异性,依据实桥动应变监测数据,运用雨流计数法及Palmgren-Miner线性损伤累积理论,获得了运营状态下各车道的疲劳应力谱,基于均匀设计-径向基神经网络-重要蒙特卡罗法（UD-RBF-IMC）相结合的算法,运用线弹性断裂力学对U肋对接焊缝疲劳可靠性进行了评估,研究了交通量及轴重增长对疲劳可靠度的影响规律。研究结果表明：该桥疲劳车型可简化为V2~V10共9类,左、右幅V2车型的总重均为单峰偏态分布,超载率不到4%,V3~V10车型的总重均为多峰分布,超载率大于30%,最高达69%;重车道V2~V10车型的比例明显高于其他车道;温度日变化对疲劳应力谱的影响较小,采样频率对应力谱的影响较为显著,不宜小于50 Hz;结合UD、RBF、IMC算法各自的优点,有效提高了基于监测数据的钢箱梁细节疲劳可靠度指标的求解精度和效率;轴重增长系数对疲劳可靠度的影响明显大于交通量增长系数,在运营期间除控制交通量外,还需重点控制重车比例和超载率;当交通量增长系数为3%,轴重增长系数为0.6%时,1#测点疲劳寿命仅为74年;超车道重载卡车数量较少,高水平应力循环较少,疲劳寿命较长,而快车道和重车道重载卡车较多,高水平应力循环较多,存在疲劳开裂风险,需重点关注。     

用于延性断裂韧性测试的载荷分离方法与应用

使用载荷分离理论的延性断裂韧性单试样方法,选取汽轮机转子钢Cr2Ni2MoV对规则化法和S_Pb分离参数法进行了研究.结果表明,在规则化法中,钝化修正时的钝化线方程仅对裂纹扩展较小时的J阻力曲线产生影响.提出了改进S_Pb分离参数法,消除了参考钝裂纹试样的影响;同时采用钝化修正后的初始裂纹长度和试验终止裂纹长度进行标定,可获得合理的裂纹长度预测结果.由改进S_Pb分离参数法得到J阻力曲线在较小裂纹扩展范围内均略高于由规则化法得到的J阻力曲线,而当裂纹产生扩展较大时,两种方法得到的J阻力曲线几乎完全重合;由规则化法得到的条件启裂J积分J_Q值偏于保守.     

基于断裂力学的蜂窝芯超声切削过程分析

针对尖形刀切削Nomex蜂窝芯振动加工参数难以选取等问题,从实际加工工艺出发,构建了尖形刀前倾超声切削蜂窝芯材的运动学方程,并利用脆性断裂力学理论建立了在不同超声振幅进给分量条件下材料在断续、连续两种变形破坏形式下的切削动态应力模型。基于断续变形破坏应力模型的数值仿真预测了振动及加工参数对切削力影响规律,并进行了尖形刀超声振动切削试验,试验数据表明,切削力随超声振幅、刀具前倾角的增大而增大,随进给速度的增大而减小,通过对比试验得出超声振幅进给分量对切削力影响较大,实验结果与理论推导结论一致,证明了切削动态应力理论模型的有效性与合理性。