高压螺栓模拟裂纹相控阵超声检测试验

介绍了一种利用高压螺栓螺纹波的规律,直接利用线阵相控阵探头对高压螺栓环向模拟裂纹进行相控阵超声检测的方法。

基于扩展有限元法对含孔洞平板多裂纹扩展模拟研究

本研究在扩展有限元方法基本原理的基础上,以ABAQUS为平台,利用XFEM方法模拟了弹塑性力学经典解中平板的多裂纹扩展问题,验证了XFEM方法的有效性;同时,对含孔洞平板的多裂纹扩展及开裂问题进行了模拟仿真。模拟结果表明:扩展有限元方法能够有效地进行裂纹扩展过程模拟,逼真地模拟出裂纹的扩展行为,不受单元边界的制约,无需单元的局部加密,有效地减少了单元数量,节约了计算成本,研究还发现孔洞的存在影响了裂纹扩展的路径为解决实际复杂问题提供了方便的途径。

焊接凝固裂纹的数值模拟与预测

研制了一个焊接凝固裂纹数值模拟软件系统。该软件系统可以模拟和预测二维焊接构件是否产生焊接凝固裂纹。首先,系统的前处理部分可以帮助用户对工件进行网格剖分,计算电弧热输入,计算焊缝金属的单元“死”、“活”时间,输入材料性能参数并生成输入卡片。其次,依据生成的输入卡片,该软件系统可以连接Adina&t有限元软件,并对焊接凝固裂纹的温度场和应力、应变场进行模拟计算。然后,系统的后处理部分可以对计算的数据进行处理,并把处理后的结果以平面曲线、云纹图和三维立体图的形式提供给用户。最后,系统还可以把横向可调拘束试验得到的材料的凝固塑性曲线处理、回归成材料的凝固裂纹阻力曲线并将其与计算得到的材料的凝固裂纹驱动力曲线放在同一图形中进行对比,通过对比可预测焊接过程中是否产生凝固裂纹。该软件系统主要采用Visual Basic语言研制,并利用Matlab和Matrix VB软件中的图形函数和矩阵运算函数实现图形的显示。

微观结构下多晶材料的疲劳损伤模型及裂纹的数值模拟方法

考虑多晶材料疲劳行为受晶粒拓扑结构的影响,建立了多晶材料Voronoi镶嵌的有限元微观结构模型,并在Voronoi边界插入内聚力单元模拟晶界特性。在此基础上,基于Abaqus双线性内聚力本构关系,建立了内聚力单元的疲劳累积损伤模型,定义了损伤变量,损伤判据以及损伤规律;通过Abaqus UMAT(User-defined material mechanical behavior)子程序编写了内聚力单元疲劳损伤的数值计算程序,实现了对微观结构下材料滚动接触疲劳裂纹萌生与扩展的行为模拟。以滚子与滚道的接触疲劳分析为例,将数值模拟结果与实测结果相比,表明了该数值仿真方法模拟多晶材料裂纹形成和扩展的有效性。

应用无网格法进行发动机悬置软垫裂纹扩展模拟

根据发动机悬置软垫的工作环境及橡胶材料的力学特性,将空间问题简化成平面问题。针对传统有限元方法和边界元方法模拟裂纹沿任意方向扩展存在的不足,应用新型数值模拟方法-无网格局部彼得洛夫-迦辽金方法,一种纯无网格法,对具有初始裂纹的发动机悬置软垫进行了断裂模拟,得到了裂纹的轨迹。

基于断裂力学的车用高强钢表面裂纹扩展模拟分析

针对车用高强钢的疲劳断裂问题,基于断裂力学理论,在有限元软件ABAQUS中建立试件模型,并利用扩展有限元法仿真车用高强度钢的表面裂纹扩展过程,分析试件在拉伸载荷作用下的表面裂纹扩展状况及裂纹尖端的应力场分布情况。结果表明,扩展有限元法无需重新划分网格,能够高效的对车用高强钢的表面裂纹扩展开裂及扩展演化的仿真,并较方便的计算裂纹尖端尖应力。

钢筋混凝土结构裂纹扩展数值模拟

通过FRANC 2D软件模拟裂纹扩展,得出了应力和应力强度因子.对应力的影响因素研究发现:相对保护层厚度对钢筋周围混凝土的最大拉应力影响较大.通过应力和应力强度因子可以确定裂纹起始点,从而进行钢筋混凝土裂纹扩展模拟,以对实际结构中裂纹的扩展提供参考.

一种改进的相场模型裂纹模拟方法

相场模型是一种求解断裂问题较为有效的方法,该方法可以非常方便地模拟多裂纹的扩展、贯通、开叉等过程,并相对容易由二维问题扩展到三维问题。而在采用Miehe等[1]提出的应变–相场模型时,裂纹面难以出现错位,尤其是在受压的情况下。本文在此模型基础上,提出了改进的应变–相场法来弱化单元进行裂纹模拟,期望得到与几何不连续法预设裂纹相近似的效果,其基本思想是假设在裂纹面附近的单元一直弱化,无论其应变状态如何。计算实例表明,改进的应变–相场法计算单边受剪切方板的裂纹扩展路径与几何不连续法的计算结果非常接近,证明了该改进模型的计算有效性;将该法应用于其他工程裂纹扩展计算问题中,同样可得到较好的计算结果。

复杂环境下长输管道焊接接头裂纹扩展模拟研究

为了提高长输管道的使用寿命,需要研究其焊接接头裂纹扩展规律,提出复杂环境下长输管道焊接接头裂纹扩展模拟方法。首先,分析了长输管道在复杂环境中产生的裂纹形式,研究了焊接接头微观材料力学性能;其次,根据分析结果采用Abaqus软件建立焊接接头有限元模型,在有限元模型基础上结合FRI模型和FEM计算长输管道焊接接头裂纹的扩展速率;最后,分析长输管道焊接接头裂纹的残余应力,根据分析结果模拟裂纹的扩展规律,获取复杂环境中长输管道焊接接头裂纹扩展情况。

钢桥面顶板纵肋焊接细节疲劳裂纹扩展模拟方法研究

钢桥面顶板纵肋焊接细节是正交异性钢桥面板中最重要的疲劳易损细节之一,探究其疲劳裂纹扩展特性有助于深刻认识其疲劳性能。当前常用的疲劳裂纹扩展模拟方法主要包括以断裂力学理论为基础的二维分析方法和三维分析方法两类。本文分别通过二维和三维断裂力学分析方法对于顶板纵肋焊接细节重要疲劳破坏模式的疲劳裂纹扩展数值模拟、疲劳裂纹疲劳寿命和扩展特性等关键问题进行了对比研究。

一种短裂纹群CT仿真投影获取新方法

短裂纹尺寸一般在几微米到几十微米之间,低于目前工业CT的最小分辨率,无法被检测出来。基于CT仿真系统,利用结构实体几何模型,提出了一种短裂纹的模拟方法:为适合CT仿真系统的扫描精度,先模拟比实际尺寸大的短裂纹群,获取该短裂纹群的CT投影数据,然后把该图像数据利用像素合并的方法缩小到实际尺寸,间接得到实际尺寸的短裂纹群CT仿真投影图像。利用该短裂纹模拟和间接CT投影结果可进一步研究CT重建和疲劳寿命分析等。试验证明,该方法能得到较为真实的短裂纹群CT投影数据。

基于摄动法的多条裂纹欧拉梁特征模态分析

基于摄动理论推导了带多条开口裂纹的欧拉梁的特征模态参数的理论计算公式。采用最直接的方式将梁开口裂纹模拟成梁微段内的横截面折减并用δ函数表达了带开口裂纹的梁沿轴线的截面惯矩和线质量等物理参数。基于此,建立了裂纹梁动力微分方程,并采用一阶摄动理论推导得到了梁的模态频率和振型计算公式。简支梁及悬臂梁算例研究表明,该方法具有很好的精度,与有限元模拟结果及实验结果都能很好地吻合。并采用此方法分析了裂纹深度和位置对带多条开口裂纹梁的特征模态参数的影响。结果表明,裂纹对各阶模态频率虽然影响有限,但其引起的各阶频率变化有着明显的模式,可用于结构损伤定位;裂纹对模态振型影响不明显,但对模态曲率影响比较大,可用于结构损伤位置和程度的诊断。

塔式起重机起重臂多尺度建模及裂纹损伤宏观表征

文中针对塔式起重机在长期工作过程中起重臂下弦杆上表面出现裂纹的现象,利用多尺度建模的方法在Ansys中建立塔式起重机整机梁杆模型与起重臂局部损伤实体模型,使用生成刚性区法建立约束方程来连接2种模型。在静强度分析的基础上,模拟变幅小车从最大工作幅度处满载至最小工作幅度处的工作过程,获取起重臂上不同位置、程度的裂纹对臂尖宏观表征的影响,即臂尖特征点的位移变化规律,为后期根据臂尖宏观表征判定起重臂损伤位置提供参考。

基于内聚力模型的型钢混凝土闸墩开裂数值模拟研究

基于内聚力理论并结合有限元法,以邕宁水利枢纽拦河闸坝为例,分析了闸墩的开裂和裂纹分布,获得了闸墩开裂荷载、初始裂纹位置、开裂范围和裂纹宽度等局部信息。研究表明,型钢混凝土闸墩的裂纹最先在闸门挡水侧牛腿的上、下角点产生,随着施加荷载增大,牛腿闸门支撑面与墩体交线布满裂纹,并从上、下角点沿着墩体和牛腿支座上、下交线扩展;在对称荷载和非对称荷载作用下,型钢混凝土闸墩的开裂荷载/设计荷载分别约为0.656和0.624;1倍设计荷载作用下的最大裂纹宽度均小于0.3 mm,型钢混凝土闸墩的抗裂性能满足相关规范对结构裂纹宽度限值的规定。

双面焊U肋内侧焊缝初始裂纹特性研究

针对正交异性钢桥面板双面焊U肋的内侧焊缝疲劳失效模式开展疲劳试验,基于断裂力学理论,采用FRANC3D-ANSYS交互技术研究U肋内侧焊趾初始裂纹的扩展特性及裂纹的初始角度效应,得到初始裂纹具备扩展能力的有效角度区间,推导并给出相应的拟合计算公式。研究结果表明:双面焊U肋构造具有裂纹在内侧焊趾萌生并沿腹板厚度方向扩展的疲劳失效模式,裂纹初始角度具有不确定性;裂纹为Ⅰ型主导的Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ复合型裂纹,初始角度越大的裂纹,Ⅱ-Ⅲ型特征越强;裂纹初始角度主要影响结构在裂纹扩展阶段的疲劳寿命分布,初始角度较大的裂纹在经历扩展速率快速增长阶段后,会更快地达到失稳扩展;裂纹能否扩展不能直接通过有效应力强度因子去判定,可结合初始裂纹扩展的有效角度区间判断,区间大小与裂纹形状比呈分段线性负相关。

考虑层理效应的页岩压裂模拟全耦合黏结单元法

页岩水力压裂技术是目前最常用的储层改造技术。页岩中存在具有方向性的不连续结构面,使其具有较为明显的层理效应,主要体现为页岩的横观各向同性。为了在水力压裂中反映层理效应,在考虑层理效应的黏结单元方法(cohesive finite element method,CFEM)基础上,考虑力学场和渗流场的相互作用,推导界面单元全流固耦合方程。最后,通过水力压裂试验结果与模拟计算结果的对比,展现在不同地应力条件下页岩层理性对水力裂纹扩展的影响作用。在应用该方法时可以根据给定层理方向,模型自动将与层理平行(或近于平行)的黏结面转化为层面界面,而且在整个模拟过程中,不需要引入额外断裂准则,也不需要网格修正,为页岩水压致裂问题的数值模拟提供了新途径。

涡轮盘热力耦合及中心孔疲劳裂纹扩展研究

基于有限元软件ABAQUS/Franc3D,对某型航空发动机涡轮盘在热-机械载荷作用下的疲劳裂纹扩展规律进行研究。首先,进行涡轮盘网格无关性验证以保证计算精度;其次,针对涡轮盘进行导热分析以确定温度分布;再次开展了热-力载荷联合作用下的应力应变计算、静强度校核;最后,计算了中心孔处疲劳裂纹扩展参量以及疲劳裂纹扩展寿命。研究结果表明:该涡轮盘在最大转速状态下静强度满足要求,中心孔区域为应力集中危险点。裂纹尖端温度变化速率随着裂纹的深入而增加,导致了裂纹尖端应力场的扰动,裂纹由I型模式转为I/II混合模式。疲劳裂纹扩展寿命预测结果偏于危险,但可为涡轮盘损伤容限设计提供依据。

基于等效裂纹初始尺寸的断裂力学疲劳评定

先采用裂纹模拟法对Al6082-T6铝管搅拌摩擦焊焊接接头的疲劳强度进行评定,通过将接头模拟成带标准裂纹的构件来计算焊接接头等效应力强度因子范围,并与接头裂纹扩展门槛值比较来判断焊接件是否发生疲劳失效,结果表明,裂纹模拟法能够对Al6082-T6搅拌摩擦焊接头做出合理的疲劳评定。将裂纹模拟法中模拟的裂纹尺寸作为断裂力学中的裂纹初始尺寸用于预测Al6082-T6铝管接头的疲劳寿命,预测结果良好,误差基本在3倍因子之内,结果偏保守,工程应用安全。

XFEM在钢箱梁板件静态疲劳裂纹分析中的应用

钢桥在受力性能、制造施工等方面具有较多优势,在国内外实际工程应用中得到了广泛的应用。但随着钢桥服役时间的增加,疲劳裂纹萌生、开裂的现象不断发生。相对于传统有限元方法(FEM),扩展有限元方法(XFEM)在钢箱梁疲劳裂纹扩展数值模拟分析中具有独特的优势。文章利用XFEM方法,对含半椭圆形表面裂纹的钢箱梁板件进行了应力强度因子的求解,与传统有限元方法以及应力强度因子手册中的计算值进行了比较,经分析发现,利用XFEM进行裂纹前缘应力强度因子的计算,误差基本可以控制在5%以下,故利用XFEM进行钢箱梁板件静态疲劳裂纹数值模拟是可行的。