平推断层作用下管道的应变失效分析

介绍了平推断层作用下管道最大轴向应变的计算方法可直接将管材的容许应变与管道的实际最大应变进行对比来判断管道的安全性物理意义十分明确该方法还可以同时给出管道的最大应力实际伸长量容许伸长量断层影响长度弹性变形区长度弹塑性变形区长度等相关参数以供理论分析或设计时参考

不同跑步速度对大鼠股骨皮质骨组织失效应变的影响

目的 预测皮质骨组织失效应变,探究不同跑步速度对大鼠股骨皮质骨力学性能的影响。方法 设定皮质骨材料失效应变阈值,针对大鼠股骨有限元模型进行三点弯曲下的断裂模拟,将每次预测所得载荷-位移曲线与同一样本实验曲线进行比较拟合,以此反演预测组织失效应变。结果 皮质骨组织失效应变在不同跑步速度下存在显著差异,说明不同跑步速度对皮质骨结构微观力学性能产生一定影响。其中组织失效应变在以12 m/min速度跑步中最大,在以20 m/min速度跑步中最小。结论 通过观测组织失效应变变化趋势,并结合皮质骨结构的宏观断裂载荷与纳观组织弹性模量变化趋势,探讨不同跑步速度对皮质骨结构力学性能的综合影响,并找到有利于提升皮质骨力学性能的跑步速度,为通过跑步锻炼提高骨强度提供理论依据。

拼焊板盒形件冲压成形失效及应变路径分析

采用自制液压机和分瓣压边圈模具,通过模拟仿真和实冲试验,变化各工艺参数,研究分析拼焊板方盒件冲压成形的应变路径、焊缝移动和成形极限,以提高其成形性能。研究表明,厚/薄侧压边力的大小和分布对破裂危险点的应变路径和成形裕度有很大的影响,合理的压边力分布可调节失效破裂的位置,减少焊缝移动和提高成形极限深度;凹模圆角半径的增大,对薄侧侧壁圆角处破裂危险点应变路径影响较大,拼焊板盒形件成形极限深度逐渐增大;厚度比较小时,破裂出现在薄侧圆角处,而厚度比较大时,焊缝移动量大,破裂易出现在薄侧焊缝处;板料毛坯形状和尺寸对失效破裂的位置和成形性能影响显著。因此,以薄侧侧壁圆角处和薄侧焊缝位置附近为破裂危险点,通过优化压边力、凹模圆角半径、板料厚度比、板料毛坯形状和尺寸等工艺参数,改变危险点的应变路径,调节失效破裂的位置,减小其焊缝移动量,可有效地提高拼焊板方盒件的冲压成形性能。

数值仿真中单元密度对材料失效应变的影响

对普通船用低碳钢拉伸实验进行数值校准计算,确定用于数值仿真计算中的材料最大失效应变参数。通过改变有限元网格大小,确定不同网格密度对应的材料失效应变与工程断裂应变的关系,绘制了数值计算中材料失效应变的修正系数α曲线。

高强度锚杆冲击吸收功与失效应变关系的数值仿真研究

采用LS-DYNA数值模拟软件,以实验室金属夏比冲击试验的实际情况为依据,仿真模拟了金属夏比冲击试验,通过选择合理的网格尺寸、准确的材料模型和边界条件,使模拟结果真实、可靠。通过模拟屈服强度相同时不同失效应变对应的冲击吸收功值,得出了屈服强度为500MPa,600MPa的锚杆钢材失效应变与冲击吸收功的线性关系式,通过反推法得出屈服强度为500MPa,600MPa的锚杆钢材特定冲击吸收功下失效应变的值,为今后不同冲击吸收功的高强度锚杆在动载荷下受力与变形的仿真研究提供了依据。

纯弯曲梁的应变损伤失效分析和预测

提出了纯弯曲梁的应变损伤失效分析方法 ,与Kachanov的材料受载横截面减少定义拉伸损伤变量类似 ,以梁的弯曲惯性矩减少定义弯曲损伤变量。推导了梁的弯曲应变损伤基本方程 ,其中的材料常数可由Kachanov拉伸损伤模型的材料常数确定。

钢箱计算失效应变的冲击试验

为研究船桥碰撞有限元分析中钢板的网格尺寸与钢材计算失效应变之间的关系,进行了3个钢箱模型的落锤冲击试验。采用LS-DYNA软件对试验模型进行了有限元建模和碰撞计算,并与试验结果进行了对比。定义了一个相关系数来反映试验结果与计算结果之间的相关性,并据此定义了与网格尺寸相关的计算失效应变合理取值区间。研究结果表明:为得到合理精度的计算结果,钢板的计算失效应变的取值应随钢板网格尺寸变化,使用大的网格尺寸时应采用小的失效应变,使用小的网格尺寸时应采用大的失效应变;将计算失效应变合理取值区间与自适应网格剖分技术结合,可以在保证计算精度的同时,提高计算效率。

船舶碰撞仿真分析中的单元尺寸与失效应变关系研究

随着船舶向大型化发展势头迅猛,船舶碰撞所带来的灾难性后果也显著增大。为评估船舶结构的耐撞能力,国内外研究人员分别从试验和数值模拟2个方面开展研究工作。针对船舶碰撞场景的仿真模拟中,经常采用常应变失效准则来定义单元是否失效。然而失效应变取值强烈依赖于单元尺寸大小,因此,开展失效应变与单元网格尺寸关系研究对船舶结构的耐撞性能准确评估意义重大。本文通过对光板及加筋板的耐撞性能的试验研究,并应用非线性有限元软件LS-DYNA对试验结果进行仿真模拟,探讨了光板及加筋板的单元尺寸和失效应变之间的关系。结果表明:光板和加筋板的单元尺寸与失效应变关系曲线明显不同,因此采用常应变失效准则时应区别对待,不能混用。研究结论对船舶结构碰撞有限元仿真具有一定的指导意义。

加筋板穿透数值仿真中网格尺寸对失效应变的影响分析研究

运用数值仿真分析碰撞过程时,基于最大等效塑性应变失效准则确定的材料失效应变取值与网格尺寸具有明显的依赖关系,因此,研究碰撞载荷下加筋板网格尺寸对失效应变取值的影响对于评估加筋板架的耐撞性及开展耐撞性结构设计具有重要意义。文中基于LS-DYNA非线性有限元分析软件对光板及加筋板穿透过程分别进行仿真分析,以国外学者相应准静态穿透试验的结果为参照,探讨了加筋板与光板的有限元网格尺寸和失效应变之间的关系,同时对是否有必要考虑骨材与板壳之间的焊缝进行了探究。研究表明:加筋板与光板的失效应变取值存在明显的差异,确定加筋板材料失效应变取值时,应优先参考适用于加筋板网格尺寸与失效应变取值的关系曲线;在决定是否考虑加筋板结构中的焊缝时需要结合网格尺寸与焊缝等效单元的相对大小进行判断。

移除单元法中单元失效应变的确定

针对移除单元法数值模拟裂纹板拉伸断裂的过程,研究单元失效应变的选取方法及影响因素。采用MSC.Dytran有限元软件进行数值计算,分别以试验获得的载荷极值、最大伸长量和能量为依据,分析网格尺寸对单元失效应变的影响,讨论3种准则的失效应变计算结果与试验间的误差。结果表明:能量准则的失效应变综合考虑了裂纹板拉伸过程中载荷与位移这两个因素,计算结果能较好地反映裂纹板的力学特性;最大伸长量准则的失效应变计算载荷极值略高于试验值,适用于优先考虑裂纹板伸长位移的数值计算;载荷极值准则的失效应变计算结果偏差较大,难以全面反映裂纹板拉伸断裂的力学特性。结果显示,移除单元法适于模拟大型结构物的破坏过程。

冲击载荷作用下Q345钢失效应变与单元尺寸关系研究

冲击载荷作用下结构的损伤破坏仿真计算中,材料的失效应变取值与单元尺寸具有很大的关系。为建立冲击载荷作用下结构失效应变与单元尺寸之间的关系,本文以开展的Q345B钢各类力学性能试件(压缩、扭转、拉伸等)获取的材料失效应变为依据,借助数值仿真手段,研究各类试件网格尺寸对失效应变影响关系,并进一步依托开展的弹体穿甲试验、简单方板冲击试验、近场爆炸下舰船毁伤破坏试验,建立三类典型冲击问题中单元失效应变取值与尺寸之间的对应关系。计算结果表明:网格尺寸对单元失效应变的影响主要在于单元尺寸可改变结构变形过程中局部塑性变形分布区域的分布度;不同冲击载荷作用下,由于所使用的单元类型及受力状态存在一定的差异,需针对各类冲击问题分别建立单元失效应变与网格尺寸之间的关系。研究成果可为后续数值仿真计算中单元失效应变的选取提供指导。

侵彻数值仿真中网格密度对单元失效应变影响分析

[目的]旨在解决数值模拟平头弹对金属板的侵彻问题中,网格尺寸对单元失效应变取值和弹体剩余速度的影响。[方法]应用有限元软件LS-DYNA对Q235钢材料单轴拉伸实验进行数值仿真,结合实验中试样断裂时的伸长量得到该网格密度下的单元失效应变,绘制出失效应变随网格密度变化的曲线并进行动态修正;然后,进行平头弹侵彻Q235钢板的数值仿真,并对靶板进行不同尺寸的网格划分。其中Q235钢材料的单元失效应变按修正曲线取值,将弹体的剩余速度与实验结果对比,分析数值仿真中网格密度对金属板抗侵彻问题仿真结果的影响。[结果]研究表明,数值仿真中选取的单元失效应变应随网格密度的增大而增加,在金属板的抗侵彻问题中随着网格密度的增大,对弹体剩余速度预报的仿真结果逐渐收敛并与实验结果相近。当网格尺寸为0.5 mm时,研究速度段内数值仿真与实验拟合曲线的平均相对误差最小,为5.13%;仿真与实验的误差在低速段更大,且低速度段弹体剩余速度对网格密度更加敏感。[结论]相关计算方法及研究结果对弹体侵彻问题中网格密度和材料失效应变的取值及变化规律具有一定参考价值。

基于失效应变法的某型航空发动机轮盘超转破裂转速计算及试验验证研究

基于失效应变法,针对某型航空发动机轮盘超转破裂试验件开展了轮盘破裂转速计算和试验验证。轮盘破裂转速分析与试验结果符合性较好,轮盘起始破裂位置通过轮盘碎片断口及残余变形获得了验证,通过分析计算和试验结果的对比证明了失效应变法用于轮盘超转破裂分析的合理性,以及相对于轮盘破裂转速的传统分析方法(平均应力法)失效应变法在轮盘破裂转速预测方面的优势。

舰船含腐蚀缺陷通海管路失效压力数值分析

为研究舰船通海管路腐蚀后失效压力预测问题,在DNV RP-F101准则的基础上设置模型系数,建立了管路预测模型,并通过数值分析修正模型系数。使用Abaqus软件分析管道爆破失效力学行为,研究缺陷形貌和腐蚀深度、腐蚀轴向长度对失效压力的影响。对比预测模型与数值分析可知,模型系数为Y_(FEA)=1.034时,预测模型可以较好地预测通海管路失效压力。仿真结果表明:通海管路失效形式为爆裂失效;管道壁厚对失效压力存在影响但影响很小。对于具有相同深度和长度的缺陷类型,椭球型对管路强度影响最大,柱面型最小。对同种缺陷类型,以矩形平底缺陷为例,腐蚀深度对管道强度影响最大,与失效压力呈负线性;失效压力随腐蚀轴向长度增加呈指数形式下降,但腐蚀轴向长度超过一定值时,失效压力趋于稳定。

铝合金的J-C失效参数标定与仿真分析

为更好地表征铝合金材料在动态冲击过程中的失效行为,使失效显含动强度特征,并反映应变率及应力三轴度等参数对铝合金动态失效行为的影响,需要得到合理的铝合金材料Johnson-Cook失效准则参数。根据铝合金板材拉伸断裂试验参数,应用LS-DYNA软件仿真了不同应变率下的试件破坏过程,修正了铝合金材料的Johnson-Cook失效参数,能准确反映失效应变随应变率的单调递减关系,并对一铝合金翼面前缘薄壁结构进行鸟撞数值分析,考察在所标定失效参数及结构碰撞复杂应力状态下,应变率及应力三轴度对铝合金材料失效行为的影响,证明了上述标定的失效参数的合理性。

强震下钢管拱桁架损伤及失效机理研究

在有限元软件ABAQUS平台上,编制考虑钢材损伤累积和失效的用户材料子程序,并应用其对钢管拱桁架结构在强震下的动力响应及破坏形态进行研究。结果表明:用户材料子程序具有较高的计算精度;考虑损伤的结构在失效应变由0.2减小到0.05时,其破坏加速度峰值比不考虑损伤时降低7.04%~46.7%;失效应变为0.2、0.15、0.1、0.05时,其破坏加速度峰值、最大节点位移和结构平均应变的比率分别为1∶0.86∶0.73∶0.57、1∶0.76∶0.53∶0.29和1∶0.79∶0.58∶0.35;考虑损伤和不考虑损伤时,结构均发生非对称破坏形态;结构的破坏位置,考虑损伤时在1/3跨附近,不考虑损伤时在1/3跨及跨中附近。

激光刻痕聚丙烯塑料失效破坏的参数识别

采用等效截面积法建立了激光加工微孔的有限元模型及带激光刻痕聚丙烯塑料板的冲击模型,并通过参数识别方法确定了材料的失效应变。通过极差分析得出该塑料材料的冲击断裂强度随撕裂线直径的增大而增大,随冲击速度的增大而减小。这与实验结果一致。

复杂应力状态下7085铝合金失效破坏试验与数值研究

本文在损伤力学和金属延性断裂理论的框架下,通过设计多种局部细节特征的元件级试验件,研究7085铝合金材料在不同应力状态下的破坏性能。通过试验与有限元分析相结合,建立7085铝合金材料断裂塑性应变与应力状态参数(应力三轴度)间的关系,作为金属材料失效判据。最后,通过接头结构破坏试验,验证失效判据的预测精度,试验与数值仿真结果表明通过本文设计的元件级试验件获取的材料应力三轴度-断裂应变失效判据能有效预测复杂应状态下接头结构的失效行为。

2A97铝锂合金的Johnson-Cook本构模型及失效参数

在爆炸及高速碰撞的有限元模拟中,往往涉及到材料的大变形、断裂过程.文中选取2A97铝锂合金材料,针对Johnson-Cook(J-C)失效模型,对获取相应失效参数的方法进行了研究;设计了不同缺口尺寸的试样,结合有限元模拟对缺口试样的应变分布和应力三轴度进行了研究,发现缺口试样的最大应变集中于缺口表面处,得到了缺口表面处应力三轴度在加载过程中的变化情况.基于此结果,文中还制作了细散斑,并通过二维数字图像相关(DIC)测量方法得到了常温至573K下准静态及动态加载试样的失效应变,从而准确地将修正应力三轴度、应变率和温度与失效应变对应起来,获取了更为准确的J-C失效模型参数;通过对铝锂合金断口使用SEM扫描电镜进行微观观察,探究了应力三轴度影响铝锂合金失效应变的微观机理,发现材料在变形过程中产生的微孔洞随应力三轴度的增大而不再大量聚集形成韧窝.

基于韧性损伤模型的管道凹坑缺陷应变评估

为提高管道凹坑缺陷应变评估方法的准确性,基于韧性断裂模型和损伤力学,建立管道凹坑损伤评估模型。结合有限元方法,研究2种典型凹坑缺陷(平滑型凹坑和曲折型凹坑)不同区域的损伤程度,计算在不同管规格和内压下的凹坑缺陷临界失效应变。数值模拟结果表明:不同类型凹坑的各部位损伤程度不同,且可能产生裂纹的部位也不同;不同管规格之间的临界失效应变差别较小;由于内压的回弹作用,不同内压下的非约束型凹坑的临界失效应变不同,可进而得到内压和临界失效应变的拟合关系;凹坑缺陷的应变评估需要将凹坑分为约束型和非约束型,选用不同的应变标准分别予以评估。