基于开裂能密度及裂纹扩展特性的橡胶隔振器疲劳特性预测

基于开裂能密度的连续介质力学参数及橡胶材料裂纹扩展特性(裂纹扩展速率与撕裂能之关系),获得橡胶部件多轴疲劳特性计算公式,并计算某汽车动力总成橡胶隔振器的疲劳特性。计算与试验对比表明,橡胶隔振器疲劳特性预测(寿命、开裂位置及开裂方向)与实测较一致。预测疲劳寿命分布在实测疲劳寿命的1/2倍分散因子内,满足工程疲劳寿命预测要求。提出的橡胶隔振器多轴疲劳特性预测方法,可用试验效率较高、投入较少的材料裂纹扩展试验代替耗时较多的材料疲劳破坏试验,不仅能为橡胶部件前期疲劳设计提供参考,亦能大幅缩短产品疲劳设计周期。

提高非调质套管抗射孔开裂能力的重要措施

油层套管射孔开裂失效事故往往造成巨大的经济损失。套管材质是影响套管射孔开裂的重要因素,其中冲击韧性是决定套管抗射孔开裂能力的关键。通过对采用不同钢种成分、轧制工艺、热处理工艺生产的J55、N80油层套管的试验研究,提出了提高非调质套管抗射孔开裂能力的重要措施:(1)成分设计应降碳、增锰,并严格控制硫含量。对N80套管则应在此基础上添加少量钒来提高韧性并弥补因降碳引起的强度不足;(2)轧管时应注意再加热前的缓冷及温度控制,同时采用张力减径方法进一步提高材料韧性;(3)用在线常化或正火热处理来保证套管具有足够的强韧性配合。

膨胀剂提升混凝土抗塑性开裂能力研究

采用平板受限法和图像法,研究了膨胀剂提升混凝土抗塑性开裂的能力。研究结果表明,吹风加速混凝土表面失水条件下,不同水胶比(0.21～0.43)的混凝土均会发生塑性开裂,且随着水胶比的降低,混凝土的塑性开裂状况加剧;膨胀剂提升混凝土抗塑性开裂的能力与混凝土的水胶比有关,膨胀剂提升混凝土抗塑性开裂的效果随着水胶比的降低而减小,甚至出现负作用。同时,研究结果表明,吹风加速表面失水对诱导混凝土产生塑性开裂有显著作用,因此,对浇筑成型的混凝土结构进行及时的养护,在避免和减缓混凝土结构的塑性开裂方面具有重要作用。

深厚覆盖层上土石坝防渗墙损伤开裂精细化分析及防渗功能评价

混凝土防渗墙是覆盖层上土石坝坝基的关键防渗结构,由于防渗墙与覆盖层的刚度和尺度差异巨大,通常的数值分析方法难以保证精度,且现有基于强度的安全评价方法,无法适应防渗墙作为防渗结构而非承载结构的功能评价要求。本文提出了比例边界元-有限元耦合跨尺度离散、塑性损伤模型和内聚力模型分离描述压损伤和受拉开裂、破损后防渗功能目标评价的精细化分析方法,实现了深厚覆盖层上土石坝防渗墙的性态演化评价。研究结果表明:超深覆盖层上悬挂式防渗墙在两岸底部因近似垂直于岸坡的高压应力发生压损伤,类“外伸梁”的面内弯曲变形使靠近防渗墙两岸的顶部和底部区域产生坝轴向高拉应力导致槽段间出现竖向裂缝;在防渗墙两岸的上游侧局部设置辅助防渗措施,可有效降低防渗墙破损后的渗流量。本文方法揭示了混凝土防渗墙的损伤开裂模式,定位了防渗墙薄弱区域,评价了防渗墙损伤开裂对防渗功能的影响,量化防渗措施效果,实现了防渗墙从传统承载能力评价到功能性态评价的跨越,可为深厚覆盖层上土石坝防渗墙的安全评价和设计优化提供理论和技术支持。

古建筑木构件开裂机制、评估与加固研究进展

开裂作为古建筑木构件最常见的残损类型之一,影响木构件的长期服役性能,是古建筑稳定性与安全性评估的重要考查内容。本文从古建筑木构件开裂情况、原因、影响,评估方法及修复加固等方面,系统梳理古建筑木构件开裂残损相关研究成果。分析发现我国古建筑木构件开裂的主要原因为木材干缩与受力破坏,主要类型为纵向开裂,开裂可降低木构件力学性能,也可为其他不利因素作用于木构件提供条件。目前主要通过实际试验与数值模拟评估开裂对木构件性能的影响,利用金属材料、纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer,FRP)与高分子树脂材料对开裂木构件进行修复加固。然而,由于古建筑的特殊性与木材变异性,仍需进一步探索木构件的不同尺度开裂机制,开发适用于古建筑开裂木构件的检测、评估与加固方法,建立科学系统性的古建筑保护体系。

阀杆材料在硫化氢环境下抗腐蚀开裂能力的研究

阀门设计过程中阀杆选用630代替316等材料,既保证耐蚀又提高其机械性能。通过对630材料在硫化氢下抗腐蚀开裂能力进行试验研究,以确定该材料能满足使用要求。

基于开裂能密度的柔性接头摆动疲劳寿命预测

为准确预测柔性接头的摆动疲劳寿命,将开裂能密度作为驱动弹性件疲劳裂纹扩展的损伤参量,借助材料的疲劳裂纹扩展试验和单轴拉伸疲劳试验建立了柔性接头的摆动疲劳寿命预测模型,并用有限元分析结果计算了柔性接头在12.3 MPa、6°摆角工况下的开裂能密度,进而对柔性接头的摆动疲劳寿命进行预测。结果表明:预测试验工况下柔性接头的摆动疲劳寿命为107次,实测寿命为120次,两者较为一致,且预测的裂纹位置和开裂平面与实际试验的失效位置较为吻合。模型预测柔性接头的摆动疲劳寿命与实测疲劳寿命之比为1/1.12,分布在2倍分散因子之内,满足工程疲劳寿命的预测要求。

基于综合性能试验的混凝土早期开裂行为研究

为提高混凝土的早期抗裂性能,突破单因素改善其早期稳定性,进行了多因素补偿混凝土各性能缺陷方面的研究.基于调控混凝土配合比开展了胶凝材料水化热、混凝土早期收缩试验和大板加速开裂试验.通过相关收缩机理分析了不同混凝土拌和物的开裂行为;运用双参数Weibull分布分析试验结果,得出了混凝土大板裂缝经时开裂规律.试验结果表明:采用高效稳定型聚羧酸减水剂可以增加浆体的和易性,结合66.7%矿物掺合料(粉煤灰和矿渣粉与水泥质量比)、较好级配碎石和0.29的水胶比有利于延长混凝土的初裂时间和控制裂缝宽度,即提高混凝土的早期抗裂性能.同时,该调控手段也可以降低浆体的水化热,提高混凝土的抗压强度.此外,混凝土裂缝宽度的经时变化规律很好地服从双参数Weibull分布.

基于双模量理论的连续配筋混凝土复合式路面沥青层表损伤分析及Top-Down开裂控制

基于连续介质损伤力学和双模量理论,建立单一模量和双模量2种疲劳损伤本构,采用数值模拟的方法,对2种疲劳损伤本构模型进行了简单分析对比,并采用双模量损伤本构分析沥青层(AC)厚度、模量、拉压模量比以及AC层与连续配筋水泥混凝土层(CRC)摩擦系数4个因素对沥青层表面损伤的影响,在单因素分析的基础上通过响应面法对CRC+AC复合式路面抗Top-Down开裂性能进行优化设计。研究表明:AC层在单模量下的最大压应力比双模量下大0.1MPa,但AC层在单模量下几乎未产生拉应力,而双模量下的最大拉应力为0.08MPa;单因素分析得到AC层厚度、模量、拉压模量比、层间摩擦系数推荐最大取值分别为8cm、1700MPa、0.8、7;3个参数中,对AC层表面疲劳损伤度综合影响从大到小的组合为:AC层厚度和拉压模量比,AC层拉模量和拉压模量比,AC层厚度和拉模量;针对不同拉模量的AC层材料提出了不同AC层厚度下的拉压模量比控制标准。

核电厂海水泵用镀锌高强度螺栓的开裂原因

某核电厂海水泵用双头镀锌高强度螺栓发生开裂失效。通过材料性能(化学成分、显微组织和力学性能等)检测及断口和裂纹形貌观察,分析了螺栓的失效原因。结果表明:镀锌螺栓开裂的原因为氢致开裂。锌镀层破损的高强度螺栓与海水接触时,表面锌镀层和螺栓基体形成电偶对,基体作为阴极析出氢,部分原子氢扩散进入螺栓基体导致氢致损伤,螺栓在预紧力的持续作用下发生氢致开裂。

涂料干燥成膜过程及开裂机理综述

涂料干燥是重要的工业过程,但其过程受温度、湿厚、基材与涂层性质等因素的影响且薄膜开裂机理复杂,涉及多学科的交叉融合,因此有必要研究涂料干燥成膜过程、薄膜开裂机理及抑制开裂的措施。总结分析了自20世纪50年代以来关于涂料干燥成膜及开裂的相关文献。阐述了涂料在垂直、横向、混合干燥模式下的干燥成膜过程;探究了涂层的开裂机理,总结了临界无裂纹内应力、临界无裂纹膜厚的计算方法;分析了影响薄膜开裂的因素,包括干燥环境的温度、涂层湿厚、基材性质、溶液性质;探索了单条裂纹的形态特性、裂纹的分布规律;探明了裂纹的种类,从4个方面对抑制开裂的方法进行了分析。

碱含量对水泥基材料开裂敏感性的影响

选择低热硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥作为研究对象,利用外掺Na2SO4和K_(2)SO_(4)将其总碱含量调节至0.8%和1.2%,利用椭圆环法,并从干燥收缩性能、水化产物形貌、显微硬度及水化产物微观力学的角度,探究了碱对不同水泥基材料开裂敏感性的影响。结果表明:随着碱含量的提高,不同水泥基材料的开裂敏感性增加;低热硅酸盐水泥具有较高的抗裂能力,且适当地提高碱含量,有助于提高其抗裂性能;干燥收缩性并不能完全揭示碱对不同水泥基材料开裂敏感性的影响机制。碱对不同水泥基材料开裂敏感性的提高还与其微观特性有关,通过促使水化产物形貌发生转变,提高其显微硬度,降低水泥基材料浆体适应变形的能力;通过降低唯一具有胶凝特性的水化硅酸钙(C-S-H)簇间粘结力,降低水泥基材料浆体抵抗开裂的能力。

裂解炉稀释蒸汽管道三通开裂原因分析

针对某乙烯裂解装置稀释蒸汽管道304H耐热不锈钢三通使用1年后发生开裂的情况,从材料成分、力学性能、金相组织、残余应力和断口特性等方面进行了分析。结果表明,裂纹分别启裂于三通的内壁和外壁,多数裂纹开裂处伴有晶间腐蚀特征,裂纹扩展特性以沿晶型为主;断口附近腐蚀产物存在O,S,Cl等酸性腐蚀介质。三通主管表面最大轴向应力达到147 MPa,三通相贯线附近距裂纹20 mm处的最大环向应力达到114 MPa,说明运行中的三通表面应力达到了材料屈服强度的1/2。分析认为,裂纹的产生是由于材料发生敏化后,在应力和腐蚀介质共同作用下形成的以沿晶为主的应力腐蚀开裂,更换三通材料或通过适当的固溶处理降低三通中的残余应力是避免三通开裂的重要途径。

新型Bell实验法环境应力开裂测试装置

自主设计并搭建了自动刻痕装置和压弯装置,提高了刻痕质量和测试结果的可重复性,同时采用改进的Bell实验方法对高密度聚乙烯材料的环境应力开裂行为进行了系统实验研究。结果表明,试剂浓度、刻痕偏移量、刻痕倾斜角度、刻痕刀片厚度的改变均会对环境应力开裂时间产生较大的影响;裂纹起裂位置既不在试样弯曲变形最大的中间位置,也不在刻痕边缘,而是在距离刻痕边缘约6.38 mm的位置。

印刷装饰纸透气度对浸渍胶膜纸饰面刨花板表面耐开裂性能的影响

对比研究了不同透气度印刷装饰纸,经相同浸渍、压贴工艺制成饰面刨花板的表面耐龟裂性能和表面耐冷热循环性能。结果表明,印刷装饰纸透气度(单位s/100 mL)数值越低,透气性能越好,相同工艺条件制备浸渍胶膜纸时上胶越容易,透气度为16.37 s/100 mL的样品比透气度为65.02 s/100 mL的浸胶量提高了8.4%。当印刷装饰纸透气度大于35 s/100 mL时,由其浸胶后饰面制得的饰面刨花板表面耐龟裂性能和耐冷热循环性能不合格率分别为87.5%和75.0%。

高温模拟压水堆一回路水中枝晶取向对Inconel 182镍基合金焊接金属应力腐蚀开裂的影响

在模拟压水堆(PWR)一回路高温水中对Inconel182镍基合金焊接金属进行了应力腐蚀开裂(SCC)试验,研究了枝晶取向对其SCC行为的影响。结果表明:在320℃下模拟压水堆一回路水中,182合金LT取向试样断口上出现全面沿晶应力腐蚀裂纹扩展带,其平均裂纹扩展速率以及最大裂纹扩展速率均大于290℃下相同试样,表明在模拟压水堆一回路水中升高温度对182合金焊接金属应力腐蚀裂纹扩展有促进作用;290℃下182合金LT取向试样的平均裂纹扩展速率、最大裂纹扩展速率以及裂纹扩展区宽度占比均大于TL取向试样,表明裂纹沿LT枝晶取向更容易扩展。

混凝土铺装层开裂对正交异性钢桥面疲劳性能劣化作用研究

为合理评估混凝土铺装层开裂对正交异性钢桥面板疲劳性能劣化的影响,开展足尺模型疲劳试验并进行数值仿真分析,得到铺装层开裂后钢桥面板典型易损细节疲劳应力,并提出疲劳应力增大系数量化分析裂缝尺寸对各细节疲劳应力的影响效应。结果表明:混凝土裂缝深度不超过其厚度20%时,正交异性钢桥面典型细节疲劳应力增幅很小;混凝土层正下方的横隔板-U肋-顶板及横隔板-U肋细节疲劳应力对混凝土裂缝长度、深度变化较敏感,混凝土开裂对横隔板弧形开口处及U肋圆弧处的影响较小;纵桥向裂缝对疲劳应力的影响比横桥向裂缝显著,且多裂缝会明显增大疲劳细节处应力水平,会加速桥面结构疲劳性能劣化,因此须设钢筋网阻滞裂缝扩展。

基于SBFEM的剪切型裂纹动态开裂模拟

剪切型断裂是岩土工程中常见的破坏模式,了解剪切破坏机理并准确预测剪切型裂纹的萌生、扩展过程对保障工程结构的安全性与稳定性具有重要意义.文章建立了基于比例边界有限元法(scaled boundary finite element methods,SBFEM)和非局部宏-微观损伤模型的剪切型裂纹动态开裂模拟方法,定义了基于偏应变概念的物质点对的正伸长量,可作为预测剪切型裂纹扩展行为的动态开裂准则,一点的损伤定义为该点影响域范围内连接的物质键损伤的加权平均值,而物质键的损伤则与基于偏应变概念的物质点对的正伸长量相关联,并引入能量退化函数建立结构域几何拓扑损伤与能量损失之间的关系,将拓扑损伤与应力应变联系起来,通过能量退化函数修正了SBFEM的刚度系数矩阵,得到了子域在损伤状态下的刚度矩阵,推导了考虑结构损伤的SBFEM动力控制方程,采用Newmark隐式算法对控制方程进行时间离散.最后,通过3个典型算例验证了建议的模型可较好地模拟剪切型断裂问题,能够很好地捕捉剪切型裂纹的扩展路径,并得到较为准确的载荷-位移曲线.

坡度对花岗岩残积土干缩开裂及其对水平入渗的影响

在崩岗侵蚀区边坡表面存在大量浅层裂隙,为探究不同坡度条件下花岗岩残积土干缩开裂特性及其对水平入渗的影响,通过室内入渗与开裂试验,分析了不同坡度下花岗岩残积土的水平入渗过程和开裂特性,以及裂隙对入渗和产流产沙的影响。结果表明:累积入渗量随坡度的增加而增加,而湿润锋运移距离随坡度的增加而减小。坡度的存在使土样在坡顶与试验箱交接处优先产生裂隙,并沿裂隙壁向坡下发展至土样长度的1/3~1/2处,且裂隙与试验箱夹角在25°~55°。坡度对裂隙长度和宽度的开展起促进作用,坡度的存在会降低土壤干缩开裂破碎程度。坡度和裂隙形式都会影响裂隙土壤的产流和产沙率,坡度的增大促进产沙和产流量,平行于入渗方向裂隙冲蚀较慢,与入渗方向呈一定角度的裂隙冲蚀情况则较快,受重力和水流冲蚀,独立的土块会被冲蚀呈“伞”状,然后发生坍塌。

水冷壁管接头开裂原因

某电厂发生锅炉水冷壁管开裂现象。采用宏观观察、化学成分分析、金相检验、硬度测试等方法分析了水冷壁管开裂的原因。结果表明:水冷壁管接头对接环焊缝焊接产生了残余应力,材料中存在焊接缺陷,在高温、高压环境下,缺陷逐渐扩展为孔洞,并对其他管壁造成冲蚀破坏,最终导致水冷壁管开裂。