面外变形下钢桥的疲劳贯通裂纹扩展行为研究

为了解钢桥的疲劳贯通裂纹在面外变形作用下的发展规律,对其扩展行为进行研究。制作双轴对称长方形钢板试件进行面外变形疲劳试验,选取5种应力比（0、-0.25、-0.5、-0.75、-1）进行加载,得到应力比为-1时的裂纹前沿为V形,其他应力比时裂纹前沿基本以1/4椭圆状为主。将得到的裂纹前沿引入到数值模型中,对应力比为-1与0时的裂纹扩展情况进行数值分析,通过J能量积分法计算得到沿不同裂纹前沿的应力强度因子分布。结合既有应力强度因子计算公式和数值计算结果,提出基于实际裂纹前沿的面外变形作用下的疲劳裂纹应力强度因子计算公式修正系数,针对不同的裂纹长度建议在0.43～0.54取值。

陶瓷/液舱复合结构抗侵彻数值分析

为研究陶瓷/液舱复合结构抗侵彻机理,在前期弹道冲击实验结果基础上,运用LS-DYNA进行了数值模拟,再现了陶瓷/液舱复合结构在弹体冲击下的破坏过程和破坏模式,得到与实验一致的结果。结果表明:弹体撞击结构后,结构内产生的冲击波以撞击处为圆心、以球形向前传播,并在结构内来回反射振荡;弹体在水中运动时,水中形成空泡且不断扩展,弹体头部水域形成高压区域;弹体发生墩粗和侵蚀破坏,在低速冲击下,弹体破坏主要发生在穿透陶瓷和前面板过程中,在高速冲击下,弹体破坏主要发生在水中运动阶段,最终形成类似"饼状"的严重变形;前、后面板发生局部破坏和整体变形,在高速弹体撞击下,后面板将发生花瓣开裂。

火车车轮辐板外侧面裂纹成因分析

针对火车车轮在热成型过程中车轮辐板外侧面易产生裂纹问题,采用低倍检验、金相组织和化学成分分析等方法对裂纹产生原因进行了探讨。结果表明,裂纹的产生是由于车轮辐板在热成型中受到强烈的冷却影响所致,从而采取了相应的改进措施,取得了较好效果。

复杂形状焊缝疲劳裂纹演变过程仿真

针对实际工程运用中复杂形状焊缝疲劳裂纹扩展行为,基于Paris速率扩展模型,采用与积分路径无关的M积分计算裂纹前沿的应力强度因子,将裂纹前沿中间点应力强度因子作为裂纹扩展的控制参量,采取不同裂纹扩展方向准则,用半圆形描述焊趾初始表面裂纹,模拟了整个裂纹前沿在不同扩展阶段的动态演变过程。将疲劳裂纹扩展分为三个阶段,计算并比较了不同扩展阶段裂纹前沿应力强度因子KⅠ、KⅡ、KⅢ的分布及其变化规律,揭示了裂纹的载荷类型对疲劳裂纹扩展的影响,计算了不同扩展阶段疲劳寿命的占比。

一种新型三角形裂尖单元及其在结构裂纹分析中的应用

构造了一种适合边界元分析裂纹问题的三角形单元,该单元中的形函数包含两部分,主要部分用于捕捉裂纹尖端上位移分布的陡峭特性(性质),另一部分为常规的拟合函数,体现裂纹尖端位置附近的物理量在其他方向上的连续分布。形函数主要部分的构造充分利用了已有理论研究获得的结论,在裂纹表面,随着距离远离尖端,位移分布与 r 函数保持同阶变化。在传统形函数的基础上,通过先乘以一项同阶于 r 的变量项,再在系数中将其在形函数所在点上的值除去,便得到新型的用于拟合裂纹尖端附近位移和面力分布的形函数。新的形函数能够满足形函数的delta性质,但归一性不再满足,因此,新的形函数只用于物理量的拟合,而几何量的拟合依然采用传统方案。通过对偶边界元方法计算裂纹尖端的张开位移后,利用一种位移外插方法计算获得应力强度因子。数值算例关注了一种无限域内的圆盘裂纹,应用新构造的三角形单元于对偶边界元中计算结构在受到斜拉力时裂纹尖端的三种应力强度因子。通过与参考解进行对比,验证了该插值方案用于对偶边界元分析裂纹问题时的正确性和高精度。