相对损伤应力——Lemaitre等效损伤应力概念的修正及其在温度循环载荷下的应用

空洞损伤是受约束薄层韧性金属界面失效行为的重要特征.为评价不同温度下韧性金属的力学响应,对Lemaitre等效损伤应力概念进行了温度归一化修正,提出了相对损伤应力概念,并据此对软钎焊焊点在温度循环载荷下的热疲劳寿命数据进行了合理解释.

非稳定变应力下疲劳强度计算的等效循环次数法的修正

对疲劳强度理论中的等效循环次数Nv 的计算和寿命系数KN的取值进行了讨论 ,指出了存在的问题 ,并对这两个系数的计算和取值进行了修正。

循环稳态或单调态下薄片小试样应力-应变关系试验方法

针对金属薄片沙漏试样,基于能量密度等效,提出了薄片小试样的弹塑性位移-载荷关系理论方程和等效应力、等效应变理论方程,进而提出了金属薄片沙漏试样循环稳态或单调态下的等效应力-等效应变关系试验方法。本文针对40种本构关系有限元分析预设材料和6种几何尺寸的沙漏试样完成了有限元分析,针对5种合金材料和2种几何尺寸的沙漏试样进行了单调拉伸和变幅对称应变循环试验,以及标准圆棒试样拉伸和变幅对称应变循环试验。结果表明,采用本文试验方法预测的材料单轴应力-应变关系与预设本构关系密切吻合,稳态对称循环下应力-应变关系与标准圆棒试样单轴拉伸及单轴循环试验结果吻合良好。

大转矩叠片联轴器等效试验件设计方法

针对大转矩叠片联轴器承受载荷较大、开展疲劳寿命试验存在困难且成本较高的问题,开展大转矩叠片联轴器等效试验件设计,使其满足通用联轴器试验设备条件,降低试验成本;建立叠片联轴器等效设计原则,并基于等效对称循环应力,提出了一种大转矩叠片联轴器等效试验件设计方法。通过理论计算和有限元仿真分析,对比验证了该设计方法的准确性和可行性。

考虑应力三轴度的循环塑性数值分析

应力三轴度为静水应力与Mises等效应力的比值。静水应力导致体积变化,Mises等效应力反应形状改变。应力三轴度作为描述应力状态的参数,同时反映了体积变化和形状改变。以往循环塑性的研究对应力状态的考虑非常少,本文利用有限元软件ABAQUS提供的Chaboche组合硬化模型进行数值加载模拟,材料选用工业纯铜(T2),利用袁确定材料参数的方法确定参数值,并和试验结果对比分析确定参数的合理性;然后对不同应力三维度下的体胞模型进行有限元计算,分析应力三轴度对循环塑性的影响,得到影响的具体结论。

双向耦合循环剪切条件下饱和砂土体应变发展规律试验研究

砂土的剪胀与循环应力路径密切相关。针对饱和南京细砂,利用空心圆柱扭剪仪(HCA)进行了一系列均等固结条件下轴向-扭转耦合循环剪切排水试验,研究了复杂应力路径下饱和砂土的剪胀性及其体应变量化方法。研究表明:双向耦合循环剪切条件下饱和砂土的剪胀由一个完全可逆的循环体应变分量和一个不可逆的累积体应变分量构成,循环应力路径对累积体应变发展规律影响显著;以等效循环应力比ESR作为表征复杂应力路径下动应力大小的指标,饱和砂土累积体应变与ESR值具有事实上的唯一性关系,累积体应变随ESR的增加而线性累积;通过引入参数ESR,提出了双向耦合剪切条件下饱和砂土累积体应变规准化方法。验证性试验表明新的体应变增量模型的预测值与试验结果的吻合度较高,而基于循环直剪试验结果建立的Byrne模型对双向耦合剪切条件下饱和南京细砂的体应变预测偏小。

上海地区软土的循环累积孔压模型

基于上海地区饱和软土动三轴试验成果;通过对累积孔压和累积变形影响因素及发展规律相似性进行分析,将Parr提出的循环累积变形方程进行转换,引入动强度参数并提出等效循环动应力水平概念,建立能综合考虑列车荷载循环次数、静偏应力和和动偏应力耦合作用、固结方式等影响因素的上海地区软黏土累积孔压模型。结合试验结果对模型进行验证,确定不同试验条件下模型中试验常数。结果表明:模型能够较好地反映多种因素对软土循环累积孔压影响。模型仅适用于正常固结软黏土且循环应力比大于循环应力比阈值而小于临界循环应力比的情况。为提高模型计算和预测精度,用室内试验确定模型中试验常数值时,应采用跟现场实际相符的加载和固结条件。

软土的循环累积变形模型研究

基于上海地区饱和软土的动三轴试验成果,通过对累积变形影响因素及累积变形发展规律的分析,引入等效循环动应力水平的概念,建立能综合考虑列车荷载循环次数、静偏应力和和动偏应力的耦合作用、固结方式等影响因素的软粘土循环累积变形模型。结合试验成果对模型进行验证,确定不同试验条件下模型中的试验系数。研究结果表明:此模型能够很好地反映多种因素对软土循环累积变形规律的影响;此模型仅适用于软土正常固结且循环应力比小于临界循环应力比的情况;为提高模型计算和预测的精度,用室内试验确定模型中的试验系数时,应采用与现场实际相符的加载和固结条件。

涡轮转子叶片低循环疲劳/蠕变寿命的预测

根据某型涡喷发动机计算状态叶片流场计算结果,对该发动机高压涡轮转子叶片进行了热分析;并根据某典型飞行科目的三循环载荷谱,对该科目进行了载荷等效转换以及弹塑性应力分析,得到了该科目的低循环疲劳寿命和蠕变寿命;还考虑了平均应力的影响,给出了不同平均应力修正方法下该科目的总损伤。

两种规制下砂土液化判别对比浅析

本文深入研究了两种砂土液化识别技术的标准,并对这两种技术在判定过程中所涉及的核心要素进行了系统的剖析与比较。值得注意的是,这两种技术都以标准贯入试验(SPT-N)作为其核心辨识工具,均来源于地震现场砂土液化调查资料归纳而得,仅考虑了土性条件、地下水、初始应力条件和动应力条件等少数因素,具有局限性。两种液化判别方法某种程度上具有一定的一致性,但中国规范被认为偏向保守。

低速环链电动提升机若干关键参数的确定

针对低速环链电动提升机工作级别、试验高度、寿命试验工况不明确不合理的情况,分析了低速环链电动提升机自身的特点,以及手拉葫芦和环链电动葫芦标准不能满载低速环链电动提升机的原因。经过多个相关标准的对比分析、市场调研和理论分析及计算,确定了低速环链电动提升机工作级别、起升速度、疲劳试验的高度、试验载荷、试验时间以及等效应力循环等,为低速环链电动提升机的设计、试验、标准制定等提供了指南。

基于应力应变疲劳准则的混凝土疲劳寿命分析

疲劳荷载作用下混凝土疲劳寿命评估对保障结构安全、实现稳定服役至关重要,应力与应变共同决定了材料疲劳破坏行为。该文根据应力应变疲劳准则约束关系,构造了描述混凝土疲劳状态的疲劳加载曲面函数。研究表明,混凝土疲劳加载曲面函数随疲劳循环次数呈现出单调递增的规律,这为建立混凝土疲劳状态的等效函数提供了条件;混凝土疲劳加载曲面函数可采用线性等效形式,而系数可通过混凝土疲劳加载过程中的特征点来标定。该文提出了MRS(maximum R-square)算法以保证等效描述结果的有效性,用等效疲劳循环次数来量化混凝土的疲劳应力应变状态,并给出了相应的评估流程和指标。该研究为混凝土的疲劳寿命分析提供了有效手段。

一种新的随机多轴疲劳寿命预测方法

提出一种多轴随机载荷下的疲劳寿命预测方法。该法首先基于von Mises等效应变和等效应力概念、符号修正公式以及传统的单轴雨流计数法,提出一种多轴随机载荷下的循环计数方法。此法主要针对多轴随机载荷下vonMises等效应变和等效应力历程中的符号丢失问题,建议采用一种符号公式来加以修正,以便于结合单轴雨流计数法对修正后的von Mises等效应变历程进行较为精准地循环计数,从而不仅有利后续疲劳损伤的正确估算,还可使单轴循环计数法能有效地应用于多轴载荷—时间历程。然后分析von Mises等效应变循环内的应变状态,并定义该循环内的临界平面和构造损伤参量的基本参数。最后,将提出的计数方法结合几种常见的临界面多轴疲劳损伤模型以及线性损伤定律,对随机拉—扭加载下的En15R钢薄壁管疲劳试件进行寿命预测验证,预测结果与试验结果吻合较好。

土工三轴试验方法-静动耦合试验

尝试了一种新的土工三轴试验方法,即在一个试样同时得到与土体静动变形和强度特性相关的各种参数。文中讨论了采用耦合试验方法时应变循环大小对静力变形和强度特性的影响;并通过与常规试验结果的比较,给出了等效弹性模量、等效阻尼比和动永久应变等动力变形参数的试验结果。试验结果表明采用耦合试验复杂加载方式,能够更深入地研究土体的静、动变形和强度特性,尤其在复杂应力条件下的动力变形特性方面。

底盘构件多轴随机载荷下高周疲劳准则研究

为探明汽车底盘构件在随机载荷下多轴高周疲劳准则的应用方法与寿命预测规律,以某品牌B级轿车为研究对象,通过采集试验场强化路轮心六分力信号,建立了整车多体动力学模型,应用虚拟迭代法获取转向节与其他零件连接点的载荷时间历程;建立转向节有限元模型,通过模态仿真与试验验证了有限元模型的准确性;提取了von Mises应力下寿命值最小节点的应力分量时间历程;研究了8种高周疲劳准则所基于的3种类型临界平面的计算方法,通过多轴循环计数提取临界面上正应力幅与剪应力幅,并计算不同准则对应的等效应力幅,总结幅值分布与寿命预测规律。研究结果表明,在幅值分布与寿命预测方面,Zhang-Yao准则的等效剪应力幅值整体偏大,预测寿命为1.09×10^(5)周次,较其他准则偏于保守;McDiarmid准则的大应力幅仅占3.4%,预测寿命为1.25×10^(6)周次,明显大于其他准则的预测寿命值,而改进的McDiarmid准则预测寿命值明显减小。在计算成本方面,von Mises准则无需提取临界面与多轴循环计数,应用最为便捷;Findley准则提取临界面过程需要计算所有平面的正应力与剪应力数据,故计算成本最高。

波浪荷载下饱和粉土不排水动力特性试验研究

确保海床场地的动力稳定性是近海工程安全运行的前提。目前针对复杂应力路径对海域环境饱和粉土动力学行为特性的影响研究尚属少见。利用GDS空心圆柱扭剪仪,开展了轴向-扭转耦合循环加载的重塑饱和粉土不排水试验,模拟波浪的波幅大小和海床深度变化,以广义剪应变γg=5%为液化标准,研究了均等固结条件下循环应力路径(循环应力比CSR和循环加载幅值比δ)对饱和粉土不排水动力特性的影响。结果表明:CSR与δ值的大小对饱和粉土的超静孔压与变形发展特性影响显著,圆形应力路径(δ=1)循环加载时饱和粉土最易液化;当CSR≤0.050时,饱和粉土不会发生液化;当CSR≥0.065且δ=1时,饱和粉土会发生液化;CSR> 0.150时,粉土易发生液化。γg与孔压比ru的相关性受CSR与δ值大小的影响较小,且γg可表示以r_u为变量的正切函数。以等效循环应力比ESR作为表征复杂应力路径下动应力大小的指标,饱和粉土达到γg=5%所需的液化振次NL与施加的ESR值具有事实上的唯一性关系,ESR随NL的增大而减小。

基于J积分的复合型疲劳裂纹扩展分析

为研究Ⅰ型(张开型)、Ⅱ型(剪开型)复合裂纹的扩展行为,通过数值方法结合试验数据分析Ⅰ-Ⅱ复合型(30°、45°、60°)加载下AA7075材料高周疲劳裂纹扩展,分别利用等效应力强度因子幅值(ΔK^(*))和循环J积分(ΔJ)描述疲劳裂纹扩展速率,给出相应的Paris公式表达式;推导ΔK^(*)与ΔJ在线弹性断裂力学理论下两者之间的关系式。结果表明:所推导的ΔK^(*)与ΔJ理论关系式可以提供与数值方法相同的结果;由于等效应力强度因子均需经验公式复合获得,利用ΔJ能有效代替ΔK^(*)作为参数描述高周复合型疲劳裂纹扩展速率。

公路桥梁的疲劳评定

本文介绍了美国AASHTO设计规范中公路桥梁疲劳评定的基本概念,从等效应力幅度与应力循环次数的关系为出发点并结合ADTT图推导出疲劳寿命估算的公式,然后采用实例说明了现有公路桥梁疲劳寿命预估的计算方法及一般步骤,旨在对我国公路桥梁的疲劳评定工作有所帮助。

钢桥面板U肋-盖板焊缝疲劳裂纹萌生仿真

为建立适用于钢桥面板U肋-盖板焊缝疲劳裂纹萌生分析方法,以Roe-Siegmund循环内聚力模型为基础,考虑混合加载模式下的内聚力参数转换,对ABAQUS进行二次开发,形成反映疲劳累计损伤的VUMAT子程序;通过试验数据获得了Q345钢材对应的焊接区域材料内聚力参数,基于Voronoi图法、焊接区域晶粒微观形态与力学特性建立了U肋-盖板焊缝焊趾处微观晶粒组织,并与宏观二维平面应变模型合并,模拟了多尺度疲劳裂纹萌生;结合等效结构应力法和线弹性断裂力学裂纹扩展理论,考虑初始缺陷形态和疲劳断裂临界标准反推了不同应力水平下的累积内聚力长度,进而得到疲劳裂纹萌生寿命的计算方法。分析结果表明:采用提出的方法模拟U肋-盖板焊缝焊趾裂纹萌生行为时,裂纹在焊趾处萌生并垂直于顶板表面进行扩展,形成了穿晶断裂模式,微观晶粒组织应力分布随裂纹萌生及短裂纹扩展而不断变化,且随着微观晶粒组织分布和力学特性的随机性变化,仿真结果中的短裂纹扩展路径细节与临界循环次数均不相同;反推得到的累积内聚力长度随初始缺陷形状比、长裂纹扩展临界深度、微观晶粒组织分布及其力学特性以及所处应力幅值的不同产生变化,考虑上述因素获取的累积内聚力长度-等效结构应力幅拟合曲线能够获取对应的裂纹萌生寿命。由此可知,建立的多尺度疲劳裂纹萌生仿真分析方法可为钢桥面板疲劳裂纹萌生寿命的获取提供新的解决路径。

扁铲侧胀试验用于液化判别的研究和应用

传统的液化判别方法虽然简便,但各有缺点。"简化方法"(simplified procedure)是一种新的液化判别方法。借鉴国外的经验,结合国内烈度分级,分析等效循环应力比随地下水位的变化规律,得出了计算临界水平应力指数基准值的方法。根据上海地区的经验关系,得出了考虑粘粒含量的液化判别式,并给出了液化等级的计算方法。实践结果表明:扁铲侧胀试验是一种较好的、有前途的液化判别方法。