结构断裂强度研究的切线模量因子法

利用切线模量因子和强度利用率函数的概念，建立了含裂纹结构的弹塑性临界断裂应力的切线模量因子算法（Φｋ法）．该算法是根据材料的拉伸应力应变曲线，由强度利用率函数和线弹性断裂理论，确定结构的弹塑性断裂应力，无需用到复杂的弹塑性断裂理论，便于工程应用．通过实验资料验证了该方法的可行性与有效性。

钛合金深潜器耐压球壳极限强度的切线模量因子算法

耐压壳的承载能力是设计深海载人潜水器的重要技术之一.通过引入强度稳定综合理论的切线模量因子方法,在材料本构关系的基础上,拟合出反映结构平衡关系的切线模量因子曲线,并用一个解析化的四参数函数表示.将该解析表达式运用在大深度钛合金承压球壳极限承载力的计算上,并将得出的计算值与泰勒水池公式法、有限元法计算值进行比较.结果表明,切线模量因子方法简便而有效,能达到工程的使用要求,可以在球壳的初步设计和实验数据的整理分析时使用.

承压结构极限载荷的切线模量因子法表达研究

基于反映材料应力应变关系的衍生比例定律,建立多种船用金属材料应力应变曲线的切线模量因子法表达式,可以发现材料间存在的相似性规律.使用切线模量因子方法还可以对船舶与海洋工程中常用的压杆、受压板、加筋板、圆柱壳等承压结构的相关实验数据、规范表达和经验公式进行统一表达、整理和分析.这些应用表明:将强度稳定综合理论思想及其衍生比例定律应用到工程上的许多承压结构中,会给理论分析和实验研究带来很大的方便,有利于改进处理实验数据的方法、指导实验和改进应用计算.

弹性模量流体因子在永新工区储层预测中的应用

利用储层弹性模量可以描述不同类型的岩性和流体,但是单一弹性模量在储层预测时通常具有多解性。考虑到弹性模量流体因子(Elastic Modulus Fluid Factor,EMFF)具有体积模量和剪切模量的双重特性,从体积模量K和剪切模量μ的交会出发,引入弹性模量流体因子的概念,解决了单一弹性模量在储层预测时具有多解性的问题,提高了识别流体的能力。在实际应用中,利用叠前弹性参数反演得到弹性模量参数,结合岩石物理分析结果构建弹性模量流体因子,以此为基础即可实现流体识别和储层预测。胜利油田永新工区的应用结果表明,新构建的弹性模量流体因子能够有效地识别含油储层。

用弹性模量缩减法分析刚架结构的极限承载力

首先,综合考虑单元的内力和屈服强度,定义了单元承载比、承载比均匀度以及基准承载比等参数的概念和计算表达式;在此基础上,根据相邻迭代步变形能守恒关系,研究建立弹性模量的调整计算公式,建立了一种新型的弹性模量调整策略;进而提出了刚架结构极限承载力分析的弹性模量缩减法,即通过系统地调整高承载比单元的弹性模量来确定结构的极限荷载下限值。该方法对于结构的局部破坏模式及整体破坏模式分析均具有较好的适用性。算例分析表明,本文方法具有较高的计算精度和计算效率。

基于FWD的路面结构层模量直解方法研究

基于FWD实测弯沉盆数据,结合Boussinesq公式和FWD荷载应力分布系数,提出了模量影响因子的概念,研究了利用模量影响因子直接求解路面结构层模量的方法,给出了双层路面体系和三层路面体系各层模量和厚度的详细求解过程,并将计算结果与SID-MOD模量反算软件的计算结果进行对比,结果表明该方法快速、简便,能够满足工程需要。

基于频域介电谱的环氧树脂浸渍皱纹纸绝缘受潮状态评估

环氧树脂浸渍皱纹纸(ERICP)绝缘材料被广泛应用于电力设备绝缘,受潮是影响其绝缘状态的重要原因。本文将频域介电谱(FDS)技术用于材料绝缘状态的评估,首先制备不同含水量的ERICP样片并开展FDS测试;然后根据FDS频谱曲线,分析FDS特征参数随含水量的变化规律;最后引入介电模量谱和模量因子,提出ERICP绝缘状态评估方法。结果表明:含水量的变化影响FDS曲线整体变化规律;介电模量能够有效抑制直流电导的影响从而表征内部弛豫过程;ERICP样片的介电模量谱在低频范围内出现了明显的弛豫峰,弛豫峰的特征频率随含水量的增加而升高;介电模量虚部的积分面积可以作为表征ERICP绝缘的特征参量,模量因子与含水量的关系同指数函数具有0.9975的拟合优度。

正交各向异性材料热弹性问题的三维无网格法计算模型及应用

建立了正交各向异性材料热弹性问题的三维无网格伽辽金(Element Free Galerkin, EFG)法计算模型。利用该计算模型对三维复合材料汽轮机叶轮和轴承座进行了热弹性分析,对比了材料方向角及热导率因子、热膨胀系数因子和拉压弹性模量因子不同组合情况下轴承座的最大热变形总位移和当量应力值,讨论了材料方向角及上述正交各向异性因子对热变形和当量应力的影响规律,并与各向同性材料进行了对比。结果表明:三维EFG模型的热变形总位移和当量应力相对误差范数分别比有限元法小0.1215%和0.1359%;材料方向角同时影响热变形的大小和方向,但对当量应力方向影响不大;正交各向异性材料因子主要影响热变形和当量应力的大小。在考虑热-机械载荷作用下的三维复合材料零件结构设计中,当以刚度或强度为主要需求时,材料方向角、热导率因子、热膨胀系数因子、拉压弹性模量因子分别在(45°~60°,8:1:4~10:1:5,(1/6):(1/5):1~(1/5):(1/4):1,(7/5):1:(9/5)~(3/2):1:2)或(0°~10°,(1/10):1:(1/5)~(1/8):1:(1/4),(1/5):1:(1/6)~(1/4):1:(1/5),1:(1/5):(1/10)~1:(1/4):(1/8))范围内取值能有效降低轴承座等结构的热变形和当量应力。

疲劳寿命折算裂纹长度的计算原理和方法——强度稳定综合理论算法

疲劳寿命S-N曲线上的循环应力幅值S和板中的Ⅰ型裂纹半长ac以及裂纹扩展时的临界应力σcr都是材料应力应变曲线上的某个实际应力σ,以应力σ=σcr=S为参变量,就能建立起疲劳寿命N与Ⅰ型裂纹半长ac之间的函数关系,用此关系确定的ac就是疲劳寿命N的折算裂纹长度.文中说明了疲劳寿命折算裂纹长度的计算原理和方法,这是用材料自身本构关系构建的疲劳断裂和裂纹扩展这2种不同的断裂现象之间的关联性,这种关联性使疲劳寿命曲线有了新的表达方式(n0-Φt曲线),从而使实验数据能在不同的实验(疲劳寿命实验和裂纹扩展实验)及不同的材料之间参考使用.

应变疲劳寿命的强度稳定综合理论法研究

应变疲劳分析是解决结构失效问题的重点研究内容之一.运用强度稳定综合理论及方法将应变疲劳寿命转化为切线模量因子的表达,通过分析转化过程中的无量纲曲线,发现一些材料间的固有规律.以切线模量因子为"桥梁",将循环应力应变曲线中的应力作为裂纹扩展时的临界应力,对应该应力的应变值当作疲劳试验的控制应变幅值,则对应的裂纹长度就是应变疲劳寿命的折算裂纹长度;通过切线模量因子建立的衍生比例定律和应力疲劳寿命的建模方法可以得到寿命应变关系的预测模型.这一模型与灰色系统理论的GM模型具有相同的数学表达,并通过实验数据验证该模型的误差小于5%.

冻融循环作用下砂岩层进式损伤劣化规律研究

试验得到了试样直径、质量衰减量随冻融循环次数的变化规律,指出80次冻融循环是石英砂岩直径、质量变化线的拐点。提出了层进式损伤的CT精准识别技术方法,定义了试样主要损伤区并将其细分,分析了表层剥落前与剥落后的两阶段层进式冻融损伤过程,建立了CT值与弹性模量、孔隙率线性互推公式。分析认为:(1)40次冻融循环后,最外侧圈层弹性模量值为0,此时CT值不为0,圈层未剥落;(2)80次冻融循环后,最外侧圈层CT值为0,此时圈层孔隙率最大,圈层剥落;(3)试样内部圈层第2阶段劣化程度显著大于第1阶段劣化程度;在此基础上,提出了外圈层的束箍效应和内圈层的加速劣化效应,并从力学机制上进行了阐述。结合冻融循环次数下的孔隙率变化、弹模损失率变化、细观孔隙变化图像进一步定量阐明层进式损伤的发育演化规律。基于弹性模量、孔隙率分别随冻融循环次数变化规律,定义冻融弹性模量劣化因子ω,结合层进式区域划分,构建层进式损伤弹性模量劣化预测公式,并与实测值对比验证了上述方法的可行性。

基于等效静态载荷法的非线性动态拓扑优化

等效静态载荷法是目前解决动态拓扑优化问题的一种有效方法,但是由于未考虑塑性变形中应力应变关系的时效性,会导致等效载荷偏大和载荷方向偏差,因此无法有效处理材料的非线性问题。据此,提出一种基于模量比率因子的等效静态载荷计算方法。首先,根据结构应力、应变和杨氏模量之间的函数关系,计算各时刻的计算杨氏模量;然后,得到各时刻的模量比率因子,根据位移等效原则计算修正等效静态载荷,进而进行多工况静态拓扑优化,并更新设计变量再次进行动力学分析,重复直至收敛。数值算例表明,修正后的等效静态载荷法能够解决弹塑性材料的非线性问题,在提高等效精度的同时拓展了在非线性材料方面的应用边界。工程算例表明,在相同约束下,采用基于模量比率因子的等效静态载荷法在轻量化的同时能得到更小的塑性应变。

一种基于等效介质理论的储层流体识别技术

基于简单岩石弹性参数的流体性质识别受岩性、孔隙结构的影响,对复杂岩性储层识别结果存在较大不确定性。从岩性、孔隙结构、流体性质等3个方面入手,在微分等效介质理论基础上提出变骨架参数值计算方法,并将计算结果引入到多重孔隙介质模型中,求解多重孔隙条件下模型的数值解,得到干岩石体积模量,进而计算流体模量因子,最后通过流体模量与流体模量因子交会分析精确识别储层流体性质。渤海油田的应用效果表明,本文方法在一定程度上校正了岩性、孔隙结构对岩石属性的影响,使得岩石弹性参数仅反映流体性质特征,储层流体性质识别符合率显著提高,具有较好的应用推广价值。

基于简易切线模量法的中厚度板壳极限强度分析

利用材料的应力应变关系特性,参照强度稳定综合理论(CTSS)方法,推导出一种简单的计算公式来解决中厚简支板和球壳的极限强度问题。通过与有限元、规范、经验公式和试验的结果相比较,证明文中方法简单有效,可以指导工程设计。

加筋板塑性屈曲的解析模量算法

为了充分发挥材料的强度潜力,对加筋板塑性屈曲应力进行计算研究.在分析材料应力应变关系的基础上,得到不同的切线模量、双模量和折算模量值.基于上述三种模量值,通过引入参数,建立对应的模量因子曲线,并推导出显化的解析数学模型和计算方法.将该方法应用到计算典型加筋板结构的极限强度,并将计算结果与有限元方法、Paik经验公式进行比较,发现基于模量理论的解析算法误差较小,且比Paik经验公式更为可靠.算例表明:解析模量算法使用方便,计算准确,可以在工程设计中推广应用.