疲劳荷载特性对8.8级M24高强度螺栓疲劳裂纹扩展机理影响探析

为研究常幅疲劳荷载特性对高强度螺栓疲劳裂纹扩展的影响,针对钢结构端板连接用8.8级M24高强度螺栓在不同应力比/应力幅作用下常幅疲劳试验所得到的24个试件断口形貌进行定量分析,并采用ABAQUS软件数值模拟高强度螺栓应力集中情况,探讨含初始裂纹高强度螺栓裂纹尖端应力强度因子与荷载特性、预制裂纹形状之间的关系。结果表明:在轴向受拉疲劳荷载作用下,螺母与螺栓啮合第1圈螺纹处为疲劳断裂最不利位置;试件断口稳定扩展区面积与应力比/应力幅呈负相关,快速扩展区面积与应力比/应力幅呈正相关;裂纹尖端应力强度因子随应力比/应力幅的增大而增大;预制半椭圆形裂纹短/长轴之比(a/c)越大,应力强度因子扩展有限元(XFEM)解与解析解误差越大。

裂缝性储层水力裂缝扩展机理试验研究

采用大尺寸真三轴实验系统,探讨了天然裂缝与水力裂缝干扰后水力裂缝走向的宏观和微观影响因素,分析了压力曲线,提出了天然裂缝破坏准则,分析了不同地应力状态下裂缝的形态。试验结果表明,在常规应力状态下,水平主应力差和逼近角是水平裂缝走向的宏观影响因素;天然裂缝界面摩擦系数和缝内净压力无因次量是微观影响因素。给出了确定天然裂缝破坏边界线的回归公式,揭示了裂缝性油气藏水力裂缝与天然裂缝的干扰机理。局部构造应力状态对水力裂缝扩展的影响大于对天然裂缝的影响。

多裂缝储层水力裂缝扩展机理试验

采用大尺寸真三轴试验系统,对多裂缝储层水力裂缝与多裂缝干扰后影响水力裂缝走向的各种因素进行了研究,并分析了压力曲线特征。试验结果表明:水平主应力差和逼近角是决定水力裂缝走向的主要因素,高水平应力差和高逼近角有利于水力裂缝穿过多裂缝,水平主应力差越大,水力裂缝形态越平直;天然裂缝带发育程度和天然裂缝面摩擦系数也是影响裂缝走向的主要因素,天然多裂缝越发育,越易造成压裂液大量滤失进而产生多水力裂缝,摩擦系数越小,水力裂缝越易沿天然裂缝转向;天然多裂缝带的存在,会造成水力裂缝形态的非对称性;水力裂缝的扩展具有非稳态特性。

玛湖凹陷百口泉组砂砾岩储集层岩石力学特征与裂缝扩展机理

以玛湖凹陷百口泉组砂砾岩储集层为研究对象,通过岩石力学实验,开展了不同岩性砂砾岩储集层的岩石力学特性和裂缝扩展机理研究。在此基础上,利用数值模拟方法构建含有真实砾石的二维模型,研究砂砾岩中裂缝扩展的过程,讨论了砾石强度对裂缝扩展机制的影响。研究结果表明:砂砾岩具有较强的非均质性,造成不同岩性的砂砾岩力学特性差异较明显,其中细砾岩的力学强度大于粗砾岩;岩石中砾石成分和基质成分间差异对砂砾岩力学特性的影响较大;单轴压缩中砂砾岩破坏模式主要以劈裂破坏为主,而三轴压缩中砂砾岩破坏模式包括劈裂破坏、单剪切破坏和双剪切破坏等;砾石颗粒对裂缝扩展存在屏蔽作用,砂砾岩的破裂过程中裂缝扩展形式主要分为穿砾、绕砾、嵌入止砾等;砾石与基质强度差异增大,砾石屏蔽作用增强,裂缝遇砾石受阻增强,将造成裂缝遇到砾石的扩展由穿砾形式变为绕砾形式。

800MPa级DP钢冲压成形及裂纹扩展机理

通过冲压弯曲试验研究800MPa级DP钢的极限拉伸,采用扫描电子显微镜观察分析钢板的微观组织及动态拉伸过程,探讨其微观组织与其稳机理的关系。结果表明,DP800钢断口为剪切型断裂。凸模圆角半径较小时,拉深弯曲断裂是由于折弯角过小而在凸模圆角处折弯断裂;凸模圆角半径较大时,冲压弯曲断裂由于受到板料延伸率的限制,在材料流动受限的凹模圆角附近断裂。DP800的断口均分布着大量韧窝的韧性断裂,其裂纹扩展机理是微裂纹,主要产生于铁素体或马氏体/铁素体相界面,主裂纹沿两相界面或贯穿铁素体而继续扩展。

半刚性基层温缩裂缝的扩展机理分析

以热弹性力学理论为基础，采用偏微分方程组的边值理论和二维奇异积分方程理论，对半刚性路面中基层已产生贯穿厚度的裂缝时的温度应力场进行了研究，得到了裂缝尖端应力强度因子的理论解，并以此对半刚性基层温缩裂缝的扩展机理进行了定量分析。

沥青路面反射裂缝扩展机理与防裂效果分析

目的揭示半刚性基层沥青路面反射裂缝的扩展机理,确定土工合成材料的防裂效果.方法利用面层底部应力和应力强度因子法分析含反射裂缝沥青路面结构在不同荷载作用下的裂缝扩展机理,并应用数值分析的方法来评价土工合成材料的防裂效果.结果在正荷载作用下,裂缝不会扩展;在偏荷载作用下,会产生剪切型裂缝;在温度荷载作用下,会产生张开型裂缝.沥青面层底部加铺土工合成材料后,面层底部裂缝处产生的切应力与拉应力以及裂缝尖端的应力强度因子均得到了明显的减小.结论在不同的荷载作用下,反射裂缝具有不同的扩展方式.土工合成材料可以有效地缓解裂缝尖端的应力集中,防裂效果明显.

煤层气水平井穿层压裂裂缝扩展机理

为对煤层顶底板水平井穿层压裂技术提供理论支撑,以煤层顶底板水平井穿层压裂技术为模拟对象,应用大尺寸真三轴测试系统对天然岩样制得的试件进行了水平井压裂模拟试验,研究了地应力、天然裂缝及弹性模量对水力裂缝扩展的影响规律。结果表明:在采用水平井穿层压裂技术开发煤层气时,应优选垂向应力与最大水平应力差较大(5 MPa)的含煤地层;高弹性模量层中水力裂缝内压力较高,可进一步促进裂缝扩展;天然裂缝对水力裂缝扩展的影响不仅与逼近角有关,更与天然裂缝宽度、水力裂缝内注入压力相关。水力裂缝内注入压力较低(10 MPa)、天然裂缝较宽时(0.05 mm),水力裂缝易受天然裂缝影响,与天然裂缝相交后沿天然裂缝扩展;水力裂缝内注入压力较高时(30MPa),天然裂缝对水力裂缝扩展的影响减弱。

300M钢锻件中的裂纹扩展机理

对 30 0M钢制筒锻件中的裂纹缺陷进行了观察与分析 ,并对裂纹扩展的机理进行了研究。结果表明 ,钢制锻件中裂纹是以微孔聚集型延性开裂并扩展 ,裂纹断面及其附近的凹坑则是伴随着锻造裂纹的产生以及微裂纹和空洞的形成、连通、圆钝。

ZBG型气举阀扩展机理分析与应用

对文东油田使用的ZBG型 (普通固定式 )气举阀的扩展机理进行分析、研究后 ,通过现场试验 ,采用合适扩展压力工作阀可以解决文东油田注气压力波动较大的气举井生产不稳定和气举阀工作寿命短的难题 ,从而维护了气举井正常生产。

钢桥面环氧沥青铺装层鼓泡形成扩展机理

为有效减少钢桥面环氧沥青铺装层出现鼓泡现象,采用现场调查、理论分析和数学建模的研究方法,系统地研究了鼓泡产生的原因和形成扩展机理.基于薄板理论,研究了鼓泡在竖向均布荷载作用下鼓泡挠度的变化规律.根据断裂力学中的能量原理,得到了鼓泡形成扩展过程中的能量关系,进而阐明了鼓泡形成扩展机理.研究结果表明:钢桥面环氧沥青铺装层鼓泡的形成扩展过程分为起裂、稳定扩展和失稳扩展3个阶段;鼓泡在外力作用下产生的挠度与鼓泡半径、铺装层厚度和弹性模量等因素有关,提出了以能量释放率为判定参数的扩展准则.

液体对轮轨滚动接触疲劳作用下的钢轨表面裂纹扩展机理的影响

为研究液体渗入钢轨表面裂纹对铁路造成的安全问题,通过计算液体介质渗入钢轨表面裂纹后不同接触载荷以及轮轨表面摩擦因数条件下裂纹尖端的应力强度因子,对裂纹扩展方向和扩展速率进行分析,总结滚动接触载荷作用下液体渗入对钢轨表面疲劳裂纹扩展机理的影响.

服役条件下螺旋焊接管线钢疲劳裂纹扩展机理分析

对服役条件下螺旋焊接管线钢裂纹扩展机理进行了分析,通过试验测定了两种母材区和两种焊缝区的疲劳裂纹扩展速率,通过扫描电子显微镜分析了螺旋焊接管线钢中裂纹扩展速率不同的原因。结果表明:焊缝疲劳裂纹扩展速率快于母材中的疲劳裂纹扩展速率;焊缝组织中分布着许多孔洞和表面裂纹,导致组织疏松,使焊缝金属的韧性降低,从而使管线钢承载能力降低,在循环波动载荷下易发生螺旋焊缝疲劳断裂失效。

轴承钢Ⅰ型疲劳裂纹扩展机理的研究

用三点弯曲试样测定了不同方法冶炼的轴承钢疲劳裂纹的扩展规律,研究了微观组织参数和晶界偏析对裂纹扩展的影响。结果表明晶粒和碳化物大小及晶界化学性质是疲劳裂纹扩展的主要控制因素。此外,运用位错偶极子理论讨论了轴承钢疲劳裂纹的扩展机理。

斜井近井裂缝扩展机理及压裂工艺

随着井斜增大,实施压裂措施的难度不断增大,压裂时表现出砂比低、压力高、中后期加砂困难等现象,压裂效果很难达到设计要求。通过分析认为,加砂难度大的主要原因是井斜增大所致。利用大尺寸真三轴模拟实验系统,实验了在不同井层条件下的裂缝扩展形态,结合现场压裂井情况分析,明确了南堡A断块斜井加砂困难的主要原因。通过制定相应的压裂技术对策,现场实施压裂的成功率明显提高,砂比最高可从18%提高至40%,取得较好效果。

定向射孔体积压裂复杂裂缝扩展机理试验研究

基于线弹性岩石力学和定向射孔增产理论,提出了利用定向射孔诱导地层形成复杂体积裂缝的增产设计思路。通过大型真三轴水力压裂物理模拟实验对其压裂机理进行了研究,分析了射孔方位、水平地应力差、射孔深度等对破裂压力以及裂缝扩展形态的影响。结果表明:定向射孔方位角和水平地应力差对破裂压力的影响最为明显;并且控制着裂缝转向半径。随着射孔方位角的增大,破裂压力逐渐升高;随着射孔深度的增加,破裂压力逐渐降低;同时存在一个最佳射孔方位角范围,在此范围内可以诱导地层产生"S"型、"X"型等复杂裂缝形态。研究成果可为定向射孔压裂施工参数优选提供理论支撑。

公路隧道衬砌裂纹扩展机理

公路隧道衬砌裂缝作为公路隧道的主要病害,其问题日益突出,尤其是带裂纹工作衬砌的等级评价略显不足。为研究公路隧道带裂缝二次衬砌在受荷载作用下裂纹扩展规律,用离散元PFC软件对衬砌裂纹扩展规律进行数值模拟研究,揭示隧道衬砌中裂纹开裂的灾演机理,根据衬砌开裂状态进行病理灾害分析,并建立了相应的预测模型。衬砌的整体安全性受预置裂纹的影响,预置裂纹处往往是衬砌中较危险的位置;预置裂纹的深度对裂纹贯通时间有较大影响,随着预置裂纹深度的增加,预置裂纹贯通衬砌的时间逐渐减小;预置裂纹的深度对裂纹张开度的变化有较大影响,随着预置裂纹深度的增加,预置裂纹张开度逐渐增大,并在贯通衬砌时有明显的突变,这样便于确定衬砌治理时机。

城轨列车制动盘SiC_(p)/A356复合材料热疲劳裂纹扩展机理

为研究制动盘服役温度载荷及材料微结构对SiC_(p)/A356复合材料热疲劳裂纹扩展行为的影响,明确其热疲劳裂纹扩展微观机理,开展SiC_(p)/A356复合材料热疲劳裂纹扩展实验。结果表明:裂纹扩展过程包括由SiC颗粒偏转作用和二次裂纹释放扩展驱动力导致的缓慢扩展阶段和主裂纹与裂纹扩展前端微损伤连接的快速扩展阶段;加热温度较低时,裂纹扩展的“台阶状”特征明显,整体扩展速率较低,裂纹宽度较小,裂纹扩展方式为颗粒断裂、轻量基体撕裂和沿界面开裂;加热温度较高时,“斜直线跃升”阶段更为明显,裂纹宽度较大且扩展速率较高,裂纹扩展以颗粒脱落以及大幅度基体撕裂为主;主裂纹总是通过选择沿SiC颗粒群或者直接穿过α-Al基体以阻力较小的方式向前扩展,Si相承载时极易发生断裂,成为裂纹扩展源,同时裂纹扩展前端的微损伤对其扩展具有引导作用。

基于断裂力学理论的结构裂纹扩展机理分析

阐述了断裂力学理论的研究现状及应用范围,同时基于断裂力学理论,对结构断裂的扩展机理进行分析,论述了3种不同裂纹类型的应力强度因子对裂纹扩展的影响。同时,利用有限元分析软件Abaqus设立位移增量分析步,对裂纹扩展全过程进行模拟,并运用断裂力学理论对结构断裂的扩展过程进行更详细分析。研究结果表明:结构中裂纹扩展与否,与裂纹的应力强度因子有着必然联系,当裂纹的应力强度因子大于其断裂韧性时,裂纹将发生扩展。

旋转弯曲微动疲劳裂纹萌生及扩展机理和寿命预测方法研究

1研究意义 微动疲劳是指在外界压力、机械振动或热循环等交变载荷作用下,名义上静止的接触表面间发生微幅相对运动（通常在微米量级）,促使疲劳裂纹早期萌生和加速扩展,并导致构件过早破坏的现象。它普遍存在于通用机械、桥梁、船舶、航空航天、核反应堆、电子装备和人工植入器官等领域的紧配合部件间,明显降低其服役寿命（降低为设计寿命的20%-80%,或更低）,甚至造成灾难性事故。