基于比例边界有限元法计算应力强度因子的不确定量化分析

应力强度因子是预测荷载作用下结构中裂纹产生和扩展的重要参数。半解析的比例边界有限元法结合了有限元和边界元法的优势,在裂纹尖端或存在奇异应力的区域不需要局部网格细化,可以直接提取应力强度因子。在比例边界有限元法计算应力强度因子的框架下,引入随机参数进行蒙特卡罗模拟(Monte Carlo simulation, MCS),并提出一种新颖的基于MCS的不确定量化分析。与直接的MCS不同,采用奇异值分解构造低阶的子空间,降低系统的自由度,并使用径向基函数对子空间进行近似,通过子空间的线性组合获得新的结构响应,实现基于MCS的快速不确定量化分析。考虑不同荷载状况下,结构形状参数和材料属性参数对应力强度因子的影响,使用改进的MCS计算应力强度因子的统计特征,量化不确定参数对结构的影响。最后通过若干算例验证了该算法的准确性和有效性。

有效应力强度因子范围门槛值与载荷比关系的研究(英文)

不同载荷比下的有效应力强度因子范围门槛值△Keff.th往往被看作一个常数,然而疲劳实验数据结果通常散落在一个较窄的带宽范围内,而不是所期望的一条曲线。另外,基于改进的McEvily模型对△Keff.th进行的灵敏度分析表明△Keff.th对疲劳裂纹扩展率具有重要的影响,尤其是在占有大部分疲劳裂纹扩展寿命的近门槛值区域。因此,文章认为不同应力比下的△Keff.th为变量,并且通过三个方面对△Keff.th与应力比R的关系进行了深入的研究:(a)Schmidt和Paris提出的一个关于△Keff.th的简化模型和相应的试验数据;(b)基于传统的裂纹完全闭合概念的△Keff.th试验数据;(c)基于裂纹局部闭合模型的△Keff.th,p试验数据。分析结果表明,在应力比低于临界应力比时,随着应力比的增加,有效应力强度因子范围门槛值也相应增加;而应力比高于临界应力比时,有效应力强度因子范围门槛值随应力比的增加而减小。另外,通过对试验数据的曲线拟合分析表明,Lorentz分布能很好地描述相应的试验数据。

基于人工神经网络的50CrMoA钢应力强度因子幅度门槛值ΔK_(th)的预报

应力强度因子幅度门槛ΔKth值受多个非线性因素的影响。在人工神经网络研究领域中,已经证明具有任意个隐层节点的前馈神经网络可以以任意精度逼近一个连续函数,因而在模式识别和函数逼近上得到普遍应用。基于该原理,采用人工神经网络的反向传播算法研究50CrMoA钢应力强度因子幅度门槛值ΔKth的预报,使BP神经网络在ΔKth值预报中的应用得以实现。应用实验数据比较表明:利用神经网络得到的输出值与实验值之间最大误差为1 6392%,说明该模型在学习样本数据的基础上,可以对应力强度因子幅度门槛ΔKth值进行预测。且具有预测精度较高、方法简便易行的特点,并有很强的学习和容错功能。

轴承钢的应力强度因子──门槛值研究

对工业上广泛应用的轴承钢的疲劳裂纹开裂和门槛值进行了研究，提出了该类材料门槛值的理论计算公式，考虑了应力比、应力集中、曲率半径等影响脆性开裂的主要因素，并给出了试验验证，两者非常吻合。

航天气瓶用超高强度钢应力腐蚀应力强度门槛值的试验研究

应力腐蚀门槛值是评价超高强度钢制航天气瓶安全性的重要性能参数。如何合理地获得航天气瓶用超高强度钢应力腐蚀门槛值的正确值 ,以及气瓶验证和使用过程中过载对该参数的影响是本文研究的重点。文中针对超高强度钢提出在正火热处理后即开始预制疲劳裂纹 ,然后再进行淬火和回火 ,以达到材料最终性能的方法 ,测定超高强度钢3 7SiMnCrNiMoV钢的 (条件 )KⅠSCC值 ,避免采用传统方法测定KⅠSCC时由于裂纹尖端产生塑性变形和残余应力而造成测试结果的不准确性。在此基础上研究一次和多次过载以及不同过载水平对超高强度钢应力腐蚀性能的影响 ,发现在一定的过载应力条件下适当的过载次数可以显著提高材料的KⅠSCC值 ,这种作用与裂纹尖端的残余应力和材料硬化发生的性变有关 。

氢致脆化区开裂模型应用于计算门楹值应力强度因子

依据氢进入裂纹尖端区促进局部塑性流动的认识，本文建议并发展了一个氢致脆化区开裂模型．

电子散斑和全息光弹混合方法测量透明材料的应力强度因子

全息光弹性中等和线是获得断裂力学中应力强度因子的一种有效方法.但用传统的全息光弹性方法获取等和线需暗室,要经过显影定影及再现,而且不能直接数字化使其应用受到限制.提出一种将全息光弹性与相移电子散斑干涉有机结合的方法,不但克服传统全息光弹性的不足,而且使全息光弹性实现了数字化.文中将这一方法成功应用于有预制裂纹的三点弯曲试件上,定量求得其应力强度因子KI,实验值和理论值具有相一致的结果.

应力比和腐蚀环境对超高强度钢AerMet100疲劳裂纹扩展的影响

采用载荷控制与应力强度因子控制两种方法研究超高强度钢AerMet100在不同裂纹扩展速率区域受到应力比和腐蚀环境影响的疲劳裂纹扩展行为。利用扫描电子显微镜(SEM)对断口进行观察。结果表明:疲劳裂纹扩展速率da/dN≤1×10-5mm/cycle时,当应力比R≤0.5,疲劳裂纹扩展门槛值ΔK th随着应力比R增加而减小,当应力比R≥0.5,疲劳裂纹扩展门槛值变化趋于平缓;在da/dN≥1×10-5mm/cycle时,疲劳裂纹扩展速率出现不受应力比影响的收敛现象。在da/dN≥1×10-5mm/cycle时,腐蚀环境会加速疲劳裂纹扩展;在裂纹扩展速率da/dN≤1×10-5mm/cycle时,由于氧化致裂纹尖端闭合效应,腐蚀环境导致裂纹扩展变慢,并使裂纹扩展门槛值增大。

不锈钢在扭转／拉伸复合载荷下近门槛值的疲劳裂纹扩展行为

研究了带环状预裂纹的奥氏体不锈钢圆棒试样在循环扭转／拉伸复合载荷下,门槛值附近的疲劳裂纹扩展行为,分析了复合加载时不同载荷比对裂纹扩展的影响,对裂纹扩展的初始阶段进行了详细研究,用应力强度因子表征了裂纹扩展开始的门槛值,提出了椭圆方程表达的疲劳裂纹扩展开始的门槛值模型,该方程可在裂纹尖端位移准则的基础上导出,疲劳裂纹扩展停止的门槛值条件也可用椭圆方程表达。

奥氏体不锈钢焊缝金属氢致滞后断裂门槛值的研究

３０８Ｌ和 ３４７Ｌ奥氏体不锈钢焊缝金属能发生氢致滞后断裂，而且比 ３０４Ｌ母材更敏感．用单边缺口试样动态充氢测出的氢致滞后断裂门槛应力强度因子 ＫＩＨ随可扩散氢浓度 ｃ０的对数而线性下降，即 ＫＩＨ＝８５．２－１０．７ｌｎｃ０（３０８Ｌ）， ＫＩＨ＝７６．１－９．３ｌｎｃ０（３４７Ｌ）， ＫＩＨ＝９１．７－１０．１ｌｎｃ０（３０４Ｌ）．三种材料氢致滞后断口形貌与 ＫＩ以及 ｃ０有关，当ＫＩ较高或 ｃ０较小时是韧窝断口，当 ＫＩ较低或 ｃ０较高时是脆性断口．

不锈钢在循环扭转载荷下近门槛值的疲劳裂纹扩展行为

研究了带环状预裂纹不锈钢圆棒试样在循环扭转载荷下、门槛值附近的疲劳裂纹扩展行为,用应力强度因子表征了裂纹扩展开始的门槛值.随着裂纹的扩展,裂纹扩展速率由于裂纹面的滑移接触而减小.通过外插裂纹扩展速率与裂纹长度之间的关系,可近似得到裂纹长度为零时无裂纹面滑移接触影响的裂纹扩展速率.施加的应力强度因子范围可分解为推动裂纹扩展的有效值和由于裂纹面的滑移接触而屏蔽掉的两部分.预测了疲劳裂纹的萌生和断裂极限,预测值和实验值相当一致.

疲劳裂纹扩展门槛值测试技术

针对裂纹扩展门槛值测量技术中存在的不足,应用数字化测量技术采集试样测点位移与试验载荷,采用柔度法计算裂纹长度,由测点位移波形的峰值记录循环次数,多线程软件设计实现试验控制和数据采集、监视与处理一体化,从而保证测试结果的准确性.根据不同载荷比下40CrNiMo钢疲劳裂纹扩展门槛值成组试验的结果,验证了上述测试技术的可靠性与可行性.

Ⅰ-Ⅲ复合型裂纹疲劳扩展门槛值

以垂直于裂纹扩展径向平面上的主应力σ1 及极径r的组合量 2πr·σ1 为主应力强度因子 σ1 ,提出主应力强度因子下的复合型裂纹初始扩展准则及扩展的静态断裂模型 ,在此基础上推导复合型裂纹的门槛值方程和裂纹面扭转角公式及裂纹扩展速率公式 ,定义复合型裂纹的理论门槛值 ,进行Ⅰ Ⅲ复合型裂纹扩展试验。试验表明 。

疲劳裂纹扩展门槛值试验方法的探讨

本文就恒K控制的K梯度法疲劳裂纹扩展门槛值试验的实施方法。从硬件、软件及数值处理等方面进行了探讨,提出了用软、硬件滤波相结合的方法来减小裂纹长度测量值的波动,以提高试验的测量与控制精度。同时讨论了采用通用性较好的能描述全过程的疲劳裂纹扩展速率表达式进行外推估计疲劳门槛值的方法及其实际应用。本文也指出用王永廉提出的表达式将包含有低速扩展段数据点的试验数据进行曲线拟合外推,即能得到实用的门槛值数据,而试验时间比标准试验要少得多。

30Cr2Ni4MoV钢的疲劳裂纹门槛值与闭合力

选用３０Ｃｒ２Ｎｉ４ＭｏＶ汽轮机低压转子钢，进行了一种测疲劳裂纹闭合力的方法－应变片法，及恒定最大应力强度因子Ｋｍａｘ＾ｃ法测定疲劳裂纹的门槛植。试验得恒应力比Ｒ＝０．１时疲劳裂纹门槛值ΔＫｔｈ，通过闭合力测得门槛值附近的张开应力强度因子幅ΔＫｏｐｔｈ，从而得到门槛值的有效应力强度因子幅ΔＫｅｆｆｔｈ。用恒定最大应力强度因子Ｋｍａｘ＾ｃ法测得高应力比下的门槛应力强度因子幅ΔＫｔｈ＾ｃ。

38CrMoAl 高强度钢K_(IC)值的实验研究

本文用三点弯曲试件对不同a/W值的高强度钢38CrMoAl的临界应力强度因子K_(Ic)值进行了系列的实验研究,实验结果表明:a/W值减小,则材料的K_(IC)值增大.当a/W=0.1时,其K_(lC)值为a/W=0.5的1.2倍.另外,还对a/W值不同时实验中应注意的一些问题,进行了探讨.

应力比对套管钻井用J55钢疲劳裂纹扩展行为的影响

利用电液伺服疲劳试验机及扫描电镜研究了应力比对J55钢疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明:在相同裂纹扩展长度处,随着应力比R的增大,疲劳裂纹扩展速率明显减小;在较低的ΔKeff区,应力比R对裂纹扩展速率的影响不显著,随着ΔKeff的升高,应力比对裂纹扩展速率的影响越来越显著;在相同的Kmax下,裂纹扩展速率随着应力比的增加而明显减小;随着应力比的增大,在高Kmax区,韧性断口的韧窝逐渐由抛物线状转变为等轴状。

应力比影响下的铝合金全范围疲劳裂纹扩展速率表达式

通过试验测得T851处理的2124铝合金板TL取向与LT取向不同应力比时的裂纹扩展门槛值及裂纹扩展速率;将应力比影响下的有效应力强度因子ΔKeff、有效裂纹扩展门槛值ΔKeffth及裂纹在循环应力作用下的临界应力强度因子K′C引入全范围裂纹扩展速率表达式中,并用修正后的公式对不同应力作用下2124铝合金TL取向与LT取向的疲劳裂纹扩展速率进行了预测。结果表明:预测结果与试验结果基本吻合,说明修正后全范围裂纹扩展速率表达式可以用来描述2124铝合金裂纹扩展速率。

最小二乘和奇异值分解法在边界元法中的应用

采用最小二乘与奇异值分解结合的方法，给出求解系数矩阵不满秩的线性代数方程组的数值方法，进而将此方法应用于边界无法中，处理给定外力的第一边值问题，特别地用于处理给定外力的三维裂纹问题。此外，本文还给出求解三维有限体裂纹问题的超奇异积分方程组，并使用有限部积分与边界元法为其建立了数值法。最后计算了若于典型例子的应力强度因子，数值结果与现有文献的相比，符合很好。

全息干涉法研究裂纹尖端应力状态分布

本文以弹性理论为基础,通过全息干涉实验,确定θ=0°时各点的r值和n值以及无限远处的n值,从而可以确定应力强度因子,同时可以显示裂纹尖端的应力状态分布。