锆合金管塞结构压力电阻焊接头的应力集中系数及影响因素

采用Abaqus有限元分析软件建立了锆合金管塞结构压力电阻焊接模型与应力集中系数计算模型,通过与热模拟试验得到的挤出金属高度进行对比,对焊接模型进行验证,模拟分析了内部挤出金属过渡角、端塞行进量和包壳管内壁倒角对接头应力集中系数的影响。结果表明:内部挤出金属高度模拟结果和试验结果的相对误差为9.58%,外部挤出金属高度的相对误差为6.65%,说明建立的焊接模型准确;随着内部挤出金属过渡角增加,接头应力集中系数先降低,当过渡角增大至60°后增加,增大至120°时又下降;随着端塞行进量的增加,内部挤出金属过渡角降低,应力集中系数增加,接头熔合线长度增大;与未倒角接头相比,包壳管内壁倒角深度不大于0.50 mm时应力集中系数降低,最大降低了16.00%,倒角深度大于0.50 mm时应力集中系数增大,最大提高了91.49%。

Ti6Al4V钛合金周铣加工表面应力集中系数预测研究

Ti6Al4V钛合金因优异的力学性能被广泛应用于航空、航天等领域。为了实现材料的抗疲劳加工,从应力集中的角度研究了周铣加工表面形貌对Ti6Al4V钛合金疲劳行为的影响。利用所建立的三维表面形貌预测模型生成铣削表面特征,将从表面形貌预测模型得到的表面粗糙度数据分别集成到Arola-Ramulu模型和有限元模型,计算得到不同加工表面的应力集中系数。结果表明,预测和实测的表面形貌在纹理和剖面上显示出良好的一致性,Ti6Al4V钛合金周铣加工表面的应力集中系数与每齿进给量和径向切削深度呈正相关,与切削速度呈负相关,且对每齿进给量的变化最敏感。

对接接头缺口应力集中系数不确定性分析

[目的]以典型对接接头为研究对象进行参数化建模,建立焊缝几何形状存在不确定性的有限元模型,来研究焊缝几何存在不确定性的对接接头焊趾处缺口应力集中系数K_(t),并统计分析其分布规律。[方法]首先,对以往采用的网格尺寸和单元类型进行改进,通过有限元网格敏感性分析,研究不同类型的单元以及网格尺寸对K_(t)的影响;其次,沿对接接头焊缝法向提取节点应力,通过绘制应力分布图,确定焊趾处最大应力集中所在部位;然后,通过引入控制点描述对接焊缝几何形状的变化来真实反映焊缝几何形状的不确定性,结合实际测量的焊缝形状数据的分布规律,随机抽样得到大量的焊缝几何参数数据;最后,基于缺口应力法计算K_(t),并对其进行统计分析,探究对接接头在焊缝几何参数存在不确定性时K_(t)的分布规律。[结果]结果表明,K_(t)的分布满足正态分布。[结论]通过探究焊趾处的应力分布,对于分析疲劳强度和提高疲劳寿命预测精度具有重要意义。

钢桁梁全焊整体节点应力集中系数研究

为探明全焊整体节点的疲劳性能,得到其应力集中系数计算公式并简化疲劳分析方法,首先验证了全焊整体节点的有限元模拟方法,分析了K型和KT型全焊整体节点在弦杆与腹杆平衡轴力、弦杆轴力、弦杆弯矩、腹杆平衡轴力等多种荷载工况下,斜腹杆与弦杆夹角、弦杆高度与圆弧板半径的比值、腹杆与弦杆厚度比对应力集中系数最大值的影响。结果表明:K型和KT型全焊整体节点应力集中系数有限元计算结果与单元类型和网格尺寸密切相关,建议选择C3D20R单元类型进行分析,提出了全局、腹杆和弦杆相贯线局部加密的方式;探明了几何无量纲参数对应力集中系数最大值的影响规律,并提出了K型和KT型全焊整体节点应力集中系数计算公式及应力集中系数最大值的计算公式,对比公式计算结果与有限元计算结果,其比值均值为1.012,均方差为0.034,变异系数为0.034,说明所提出公式具有较高的计算精度;采用应力集中系数计算公式进行实桥节点疲劳评估,计算得到中跨跨中节点最大热点应力幅为48.16 MPa,与有限元计算值44.04 MPa相差8.6%,说明该公式计算值偏大,但采用公式评估节点可得到偏安全结果。

鸟嘴式K形间隙节点应力集中系数参数化建模与分析

鸟嘴式节点是一种新型的焊接方钢管节点,由于其构造上的独特性,以热点应力为目标的参数化建模分析过程较为复杂。针对常见的K形节点形式,以鸟嘴式K形间隙节点的四个无量纲参数为主要变量,建立了一套可靠高效的参数化建模方法。有限元建模基于ANSYS参数化设计语言(APDL),充分考虑鸟嘴式K形间隙节点鞍部和冠部区域的几何特征,同时准确模拟角焊缝几何尺寸的影响,实现了焊趾热点应力的精细化分析和自动化提取。另外,参照国际焊接协会疲劳设计指南建议的热点应力确定方法,在焊趾外侧设立热点外推区,并对其进行网格二次划分,以满足热点应力外推计算的需求。通过与已有试验数据对比,验证了有限元模型的准确性。在此基础上开展参数化分析,发现了鸟嘴式K形间隙节点应力集中系数(SCF)随无量纲参数的变化规律。并通过数值拟合提出了相应的SCF计算公式,可用于此类新型节点的抗疲劳设计和疲劳性能评估。

椭圆钢管T型节点应力集中系数分析

为预测椭圆管节点的疲劳性能,优化节点构造设计,以椭圆钢管T型节点为切入点,采用数值模拟方法分析了长轴-长轴、长轴-短轴、短轴-短轴3种可能的连接形式在支管轴拉、面内弯曲和面外弯曲作用下节点的热点应力位置和应力集中系数,同时分析了管壁厚度对应力集中系数的影响。结果表明:进行椭圆钢管节点热点应力试验测点应重点布置于鞍部;在支管轴拉、面内弯曲和面外弯曲作用下,管壁厚度越小,应力集中系数越大;从节点的抗疲劳性能和经济性出发,面外受弯时,建议椭圆钢管节点构造设计以长轴-长轴为主,轴拉和面内受弯时,建议以短轴-短轴为主。

应力集中系数和应力比对7050铝合金疲劳性能的影响

通过轴向疲劳试验方法可得到S-N曲线,首先,本文研究了不同应力集中系数Kt和应力比R对7050铝合金疲劳性能的影响,然后,应用金相显微镜分析了试样表面的端口形貌。结果表明:在不同应力集中系数、不同应力比下进行试验,能够得到7050铝合金S-N曲线的试验应力选取范围,可为该种材料的轴向疲劳试验应力的选取提供了数据支撑,提升试验人员的试验效率;通过对断口观察可知,随着应力集中系数的增大,裂纹源增多,裂纹扩展区增大,瞬断区减小。。

压力容器对接焊缝焊趾应力集中系数预测研究

为有效预测压力容器对接焊缝焊趾应力集中系数(stress concentration factor,SCF),以双V型对接焊缝(geometrically symmetric butt joint,BJ-S)和带垫板的对接焊缝(butt joint with backing plate,BJ-BP)为研究对象,通过建立有限元模型,对每组200个、共10组以上的不同影响参数组合下的对接焊缝焊趾有限元SCF数据进行回归分析。回归分析中考察了8种不同几何参数以及名义应力对SCF的影响,对BJ-S已有的SCF公式进行修正,提高了不同名义应力下SCF预测公式的准确性;并在此基础上,提出了BJ-BP焊趾的SCF预测公式。结果表明:基于已有角变形的BJ-S公式,对名义应力修正之后,拟合数据和验证数据显示R^(2)由修正前的0.8538提升到0.98以上,且预测公式结果和有限元结果的误差在11%以内。对于BJ-BP焊趾处SCF,将提出的BJ-S的SCF公式应用于BJ-BP时,R^(2)为0.9144,效果不佳。BJ-S公式计算值和BJ-BP有限元结果具有线性关系,通过引入减小率常数进行修正,所得的BJ-BP总SCF公式的R^(2)在0.98以上,且误差小于8.5%,提高了SCF预测的精度,可为不同名义应力水平下的疲劳强度评估提供支撑。

基于机器学习算法对铝合金的应力集中系数预测

本文将6061铝合金试件作为疲劳拉伸实验对象,得到不同损伤程度的铝合金试件,借助工业CT扫描系统和AVIZO软件获取试件内部的缺陷特征数据。通过ABAQUS仿真分析,得出疲劳循环周次与应力集中系数呈线性关系,因此应力集中系数可以作为疲劳寿命的表征参数。最后,借助机器学习算法准确预测不同缺陷特征信息的应力集中系数。

钢管混凝土桁架K型管节点的热点应力集中系数探究

为研究钢管混凝土桁架焊缝附近的应力场分布特征及焊趾处热点应力集中系数,以主钢管内填充混凝土的K型管节点为研究对象,建立了考虑主钢管与混凝土表面非线性接触行为的三维实体有限元计算模型,探究了焊趾处热点应力集中系数的分布规律。研究结果表明:1)主钢管与支钢管焊缝附近区域节点的第一主应力在冠趾处达到最大值;2)热点应力集中系数在鞍点附近节点达到最小值,而在冠趾与鞍点之间的中点或附近节点处达到最大值;3)采用两点外推法和三点外推法计算钢管混凝土桁架K型管节点的热点应力集中系数均是可行的,并且二者差异较小。

纵骨穿过舱壁板的开孔应力集中系数(英文)

疲劳裂纹往往发生在船舶结构的局部高应力区 ,而疲劳分析结果通常取决于任何准确确定结构的应力集中系数。本文研究为铺设纵骨而在舱壁板上开孔的应力集中 ,采用有限元方法对预先给定的结构进行应力分析 ,基于有限元计算结果给出了舱壁板典型开孔(参见ABS油船规范)

异质接头应力集中系数与坡口角度和材料差异度的关系方程

基于有限单元法针对异质对接接头设计,以提高接头疲劳承载能力以及更准确的预测异质接头疲劳失效位置为目标,考察了坡口角度和材料差异度对异质对接接头焊趾应力集中系数和焊根应力集中系数的影响,并给出了削平异质对接接头焊趾和焊根应力集中系数与坡口角度和材料差异度之间的关系方程.结果表明,随着坡口角度和材料差异度的增加,对接接头焊根应力集中系数增大,焊趾应力集中系数减小.应力集中系数关系方程与有限元结果吻合较好,相对误差在3%以内.

表面粗糙度对表面应力集中系数和疲劳寿命影响分析

把平板的表面形貌简化为半椭圆形微缺口,采用有限元法对不同表面粗糙度下的应力场进行分析,得到不同表面粗糙度Rz时平板的表面应力集中系数,并预测不同表面粗糙度的平板在不同存活率下的疲劳寿命,讨论表面粗糙度对疲劳寿命的影响。采用回归方法建立表面应力集中系数与微缺口中心间距、表面粗糙度之间的经验公式。结果表明,在相同存活率下,表面粗糙度与平板的对数疲劳寿命呈二次曲线关系。

爆破地震波作用下既有圆形隧道衬砌动应力集中系数分析

将爆破地震波进行合理近似简化,采用波函数展开法,推导出无限岩石介质中爆破地震波作用下隧道围岩和衬砌动应力集中系数的表达式。结合具体算例,分析隧道不同位置上爆破地震波主频、隧道几何参数和隧道围岩和衬砌物理力学指标对动应力集中系数的影响。分析结果表明,爆破地震波主振频率对隧道围岩和衬砌中的动应力集中系数(DSCF)影响较大,隧道不同位置和不同方向应力的动应力集中系数随主振频率的变化趋势不同,低主振频率引起的动应力集中系数较大,不利于隧道的抗爆破振动;隧道几何参数对隧道围岩和衬砌内侧切向应力动应力集中系数影响趋势不同;隧道衬砌弹性模量对隧道结构动应力集中系数影响较大,泊松比次之;泊松比较大的隧道围岩具有一定的抗爆破振动作用,但效果有限。

爆破地震波作用下隧道围岩动应力集中系数分析

将爆破地震波进行合理近似简化,采用波函数展开法,推导了无限岩石介质中爆破地震波作用下隧道围岩动应力集中系数的表达式,结合具体算例,从理论上定量分析了围岩不同位置上爆破地震波主频和围岩物理力学指标对动应力集中系数的影响。分析结果表明:隧道围岩迎爆侧的动应力集中系数整体上大于背爆侧,动应力集中系数峰值偏向于迎爆侧;在不同主频爆破地震波作用下,动应力集中系数的影响存在最大值;隧道围岩的弹性模量对动应力集中系数的影响较大,而泊松比对动应力集中系数的影响较小。

PBL加劲型矩形钢管混凝土不等宽T型节点应力集中系数分析

为研究开孔钢板连接件(PBL)加劲型矩形钢管混凝土T型节点的疲劳性能,进行了T型节点支管受拉、面内受弯及面外受弯的应力集中系数分析。基于矩形钢管混凝土T型节点受拉试验,设计了主管为矩形钢管、矩形钢管混凝土和PBL加劲型矩形钢管混凝土,支管为方钢管的T型节点受拉试件,并采用ABAQUS软件对其进行非线性有限元分析,其中主管钢管宽厚比为27,支主管宽度比为0.4。通过非线性有限元数值模拟,分析热点可能出现位置,并采用二次外推法计算得到支主管的应力集中系数。结果表明:PBL加劲型矩形钢管混凝土节点热点出现位置与矩形钢管节点和矩形钢管混凝土节点一致;与矩形钢管混凝土节点相比,PBL加劲型矩形钢管混凝土节点的应力集中系数显著降低,抗疲劳性能明显提高。

轴向载荷下X型管节点应力集中系数研究

用有限元方法分析了X管节点承受轴向拉力作用时沿焊缝应力集中系数的分布,发现X型管节点最大应力集中系数出现在鞍点处。同时探讨了X节点几何参数对应力集中系数的影响,提出了用于计算X节点最大应力集中系数的参数公式,通过与国际疲劳指导委员会(Fatigue Guidance Review Panel)提出的评价标准比较,证明了所提公式的正确性。

疲劳缺口系数K_f与理论应力集中系数K_t之间的关系

疲劳缺口系数Kf是表征缺口部位疲劳强度降低程度的参量,这一系数在结构抗疲劳设计中经常被使用。一般认为Kf与理论应力集中系数Kt呈线性关系,线性的斜率与不同材料类别(铝合金、钛合金和钢)有关。通过对大量不同材料、不同应力比和不同缺口试样形式的高周疲劳极限的系统分析,发现大多数情况下Kf与Kt的呈线性关系,但有些情况下二者不服从线性关系。Kf与Kt的关系除与材料类别有关外还与实验的应力比有关。

地下洞室动应力集中系数分布规律

为了能够给平面爆炸应力波作用下地下洞室加固,利用试验和理论研究了在平面应力波的作用下,地下洞室动应力集中系数分布规律。结果表明:当洞室受到拱顶正上方平面波作用时,洞壁各个位置都是产生压应变,拱顶至侧墙底部动应力集中系数先增加后减少,最大在拱脚处。当入射方向从拱顶向左侧偏移至水平方向,迎爆侧和其背爆侧动应力集中系数较小,与迎爆方向垂直的方向动应力集中系数较大,并且入射方向两侧的高应力集中系数的作用范围随着入射角度变化而不同,动应力集中系数也逐渐不以应力波的入射方向对称。这将对实际工程进行抗爆设计非常有意义。

计算切口应力集中系数的无限相似单元法

在边界条件和其他几何条件相同时，可以通过切口的应力集中系数求得相应裂纹问题的应力强度因子。边界条件比较复杂时，应力集中系数较难求得，而应力强度因子可以通过无限相似单元方法求得，提出了计算平面切口应力集中系数的无限相似单元方法。该方法适应性好、精度高、使用方便。用该方法对几个问题进行了计算。