多物理场作用下身管应力场及裂纹尖端强度因子分析

采用扩展有限元法分析了残余应力场和温度场对自紧身管最高膛压部位裂纹尖端应力场及强度因子的影响。结果表明含裂纹体的身管在残余应力场影响下,裂纹尖端的应力为压应力,应力强度因子呈负值,能够抑制裂纹扩展,增强身管寿命。但随着温度的增加,裂纹内表面两端的应力强度因子值正向越来越大。

基于混凝土水化热效应的高地温水工隧洞衬砌结构温控防裂研究

为分析高地温水工隧洞衬砌结构温度应力特性,基于拉普拉斯变换推导出衬砌结构瞬态温度场的解析解,并借助弹性抗力法推导出衬砌结构的弹性温度应力分量。依托新疆布伦口水电站监测数据对衬砌结构瞬态温度场及应力场进行计算分析,并采用抗拉强度准则和裂缝尖端强度因子对衬砌结构破坏进行分析,提出合理的温控防裂措施。结果表明:1)衬砌温度场前期整体温度迅速上升,在第7天左右达到最大值,其中衬砌内壁温度可达到37℃,外壁温度可达到56℃。2)衬砌结构外墙环向应力可达到2.2 MPa,体现为拉应力状态;径向应力可达到2.7 MPa,呈现为压应力状态。3)衬砌结构强度的破坏主要受温度及结构本身稳定性2方面影响,可通过采用低热水泥、控制混凝土的入模温度以及严格监控施工过程来提高衬砌的稳定性。其中,采用低热水泥可降低衬砌结构的温升值,混凝土的最终水化热每降低50 k J/kg,衬砌结构内外壁的温差可降低1.85℃左右;适当提高入模温度可缩短水化热的放热周期及降低衬砌内外壁温差。

危岩体断裂特性的网格重构数值仿真研究

危岩体稳定是三峡库区的主要关注点之一。为探究不同裂纹赋存形态以及不同降雨工况下危岩体断裂的变形特性,基于围道积分原理,在Abaqus平台上利用Python语言开发了基于断裂力学理论的危岩体任意裂纹扩展的网格重构数值模拟方法,该方法与以往危岩体裂纹扩展数值模拟方法相比,能够体现危岩体裂纹尖端的断裂力学特征,实现连续介质中的非连续表达。利用此方法对重庆市万州太白编号为W15的危岩体稳定性进行了数值仿真研究,结果表明:提出的基于断裂力学理论的网格重构新型数值模拟方法在危岩体裂纹扩展研究中的适应性良好,为危岩体断裂变形特性模拟提供了一种新的数值模拟方法;危岩体的最大主应力值和剪应力值随着裂隙角度的增大呈现先增后减的趋势,危岩体的水平位移值随着裂隙倾角的增大持续减小;随着裂隙角度的增大,裂隙对危岩体变形的影响逐渐减小,危岩体的水平位移主要集中于危岩体的突出部位;危岩体裂隙长度的增大对危岩体应力及变形的影响最大,使得危岩体的变形由危岩体的突出部位向裂隙处集中;暴雨工况下危岩体的变形及位移较之天然工况要大,是影响危岩体稳定的重要因素之一;危岩体裂纹朝着危岩体的突出部位进行扩展,主要受到Ⅰ型扩展主导,随着裂纹的不断扩展,危岩体裂纹尖端的Ⅰ型应力强度因子呈现指数型上升,Ⅱ型应力强度因子变化不大,危岩体初始裂纹长度越长,危岩体裂纹尖端的Ⅰ型应力强度因子和Ⅱ型应力强度因子的绝对值越大。

反平面残余应力作用下压电体界面裂尖分析

研究了在反平面残余应力作用下,双相压电体界面裂纹的裂纹尖端撕开位移COD和裂纹尖端位错塞积群的数量问题.运用Riemann-Schwarz解析延拓技术与复势函数奇性主部分析方法,获得了该问题的一般解答.数据结果表明,压电效应对界面裂纹尖端撕开位移和裂纹尖端位错塞积群的数量的影响不大,可以忽略不计,两种材料属性的差异对界面裂纹尖端撕开位移和裂纹尖端位错塞积群的数量的影响比较明显.

20CrMnTi齿轮钢疲劳裂纹扩展试验与数值模拟研究

为了研究20CrMnTi齿轮钢的疲劳裂纹扩展问题,首先,将材料20CrMnTi制成紧凑拉伸试样,在疲劳拉伸试验机上进行载荷比R=0.3的疲劳裂纹扩展试验;然后,应用数值模拟软件Abaqus对疲劳裂纹扩展过程进行数值模拟。结果表明,数值模拟结果和试验结果具有相同的变化趋势,二者的差别在误差允许范围内;数值模拟方法能够很好地描述紧凑拉伸试样疲劳裂纹扩展过程。为20CrMnTi齿轮钢疲劳裂纹扩展过程及疲劳寿命的研究提供了一种有效的试验和模拟分析方法。

桥式抓斗卸船机裂纹机理分析

针对日照港桥式抓斗卸船机出现的裂纹问题,分析了疲劳裂纹的类型、产生原因及扩展机理,从裂纹尖端的应力强度因子K的角度分析了裂纹扩展的条件,给出了带裂纹构件的寿命估计计算方法,并提出了强化设备管理和日常维护的对策。

设再生面层的沥青路面轴载换算方法研究

首先评价了规范中轴载换算方法的不足之处,针对沥青路面结构的主要病害形式进行针对性的设计;其次通过对设再生面层的沥青路面结构型式进行调研,得出设再生面层路面结构的主要病害形式,提出以半刚性基层层底拉应力、裂缝尖端应力强度因子和路表弯沉值为指标的轴载换算;最后通过荷载作用等效原则,进行轴载换算公式的理论推导,得出轴载换算系数。结果表明,采用以半刚性基层层底拉应力和路表弯沉为指标的轴载换算系数与规范给定的换算系数较为接近,可近似采用规范中规定的轴载换算公式,而采用裂缝尖端应力强度因子的轴载换算系数较规范中规定的弯沉等效原则所得换算系数偏小。