一种电力变压器短路累积机械损伤评价方法

多次短路会逐渐积累绕组机械损伤,最终导致电力变压器损坏。然而,目前缺乏一种量化评估方法来评估此类损伤,这对电网的安全运行构成了威胁。因此,该文提出一种考虑绕组的非线性特点和累积过程的电力变压器绕组短路累积机械损伤评价方法,为评估绕组短路对电力变压器的影响提供了新的途径。该方法采用阻尼比和可靠性损失系数作为特征量,通过指数型曲线来模拟绕组机械弱化过程。同时考虑变压器的初始承受短路的能力、短路电流幅值和故障次数等影响因素,量化了短路损伤与绕组动态机械寿命之间的关系。此外,通过对一台110 kV电力变压器进行多次短路破坏性试验,验证了该评价方法的正确性。最后,阐述了提出的评价方法适用于不同的校核控制方法,并强调了控制阻尼比在减少累积损伤方面的积极作用。

FGH96高温变幅疲劳载荷试验及损伤累积模型研究

针对涡轮盘用镍基高温合金FGH96,开展两级疲劳载荷试验以及谱载荷试验。试验载荷设计参考了涡轮盘关键点载荷及实测飞行任务谱特征。采用常见损伤累积模型对试验结果进行分析。结果显示,FGH96在低-高载荷次序下循环分数和大于1,在高-低载荷次序下循环分数和小于1,符合常见非线性疲劳损伤累积模型的预期;对于谱载荷的疲劳寿命,由Chaboche非线性疲劳损伤模型与时间分数模型组成的损伤累积模型的预测则偏保守,且具有较高的预测精度,预测结果均在2倍偏差带内。

累积疲劳损伤的数值积分算法

提出了采用高斯-勒让德公式进行数值积分的累积疲劳损伤计算方法,该方法通过对包含当量载荷概率密度函数的不可积被积函数进行数值积分来计算累积疲劳损伤。以16Mn和60Si2Mn两种材料为研究对象,基于正态分布和威布尔分布两种常见的当量载荷分布形式,采用试验设计法对算法进行了验证,结果表明,采用高斯-勒让德公式进行数值积分的累积疲劳损伤算法是正确和有效的;同时与传统的八级载荷法进行了对比分析,结果表明,在连续或准连续载荷谱作用下,采用八级载荷分级法计算累积疲劳损伤会出现较大的偏差率,并且偏差率不稳定,相比于八级载荷法,高斯数值积分法是一种更优的累积疲劳损伤计算方法,可以极大地提高累积疲劳损伤的计算精度。

考虑加载次序影响的沥青非线性疲劳损伤累积研究

变幅加载下沥青的疲劳损伤累积具有明显的非线性特征,传统的Miner’s线性疲劳损伤累积准则无法表征不同变幅加载次序下沥青的非线性疲劳损伤累积(NLFDA)。该研究旨在建立考虑加载次序影响的NLFDA模型,准确表征加载次序对沥青疲劳损伤累积的影响。通过开展应力控制的沥青恒幅加载疲劳试验,采用耗散伪应变能(DPSE)表征沥青疲劳损伤,分析恒幅加载下沥青的疲劳损伤累积规律;采用低-高和高-低两种加载次序,开展应力控制的沥青变幅加载疲劳试验,分析变幅加载下沥青的疲劳损伤累积规律;基于损伤等效准则,建立考虑加载次序影响的NLFDA模型,分析加载次序对疲劳损伤累积的影响。结果表明:应力控制模式下的沥青疲劳损伤,呈先缓慢后急剧的非线性增加演化趋势;恒幅加载下沥青疲劳损伤服从Miner’s准则发生线性累积,且累积寿命分数等于1;变幅加载下沥青疲劳损伤不服从Miner’s准则而发生非线性累积。低-高和高-低变幅加载次序下,沥青累积疲劳寿命随一级寿命分数的增大而分别增加和减小,累积寿命分数分别大于1和小于1;建立的NLFDA模型可克服Miner’s准则缺陷,并较为准确地表征加载次序对沥青疲劳损伤累积的影响。

电测量法在岩质边坡软弱层损伤累积研究中的应用

岩质边坡软弱层的结构性改变会导致边坡损伤,在强震和降雨作用下,损伤效应将更为明显,其累积也是触发滑坡的关键因素。因此岩土体内部缺陷累积过程、滑动面的发育规律等研究对于明确滑坡动态演化机制具有重要的理论意义。本文基于电测量法,对岩质边坡软弱层材料设计开展不同含水率的电测量试验,集成电测量系统与三轴压缩试验的接驳装置,分别探究了电阻率-含水率关系和电阻率变化率-应力-应变关系,初步建立了边坡软弱层损伤与电阻率变化率的关系。在此基础上开展小比例尺模型试验,模拟降雨-拟地震力作用下岩质边坡软弱层水分升高与强度劣化过程,评价了试验过程中含水率的变化与边坡软弱层的损伤累积,并探讨了将电测量方法应用于边坡软弱层损伤累积研究中的可行性。

公路运输过程中固体火箭发动机药柱的累积损伤评估方法

对公路运输过程中固体火箭发动机药柱的累积损伤进行研究,开展了丁羟(HTPB)推进剂定应力往复拉伸试验,对其疲劳特性曲线进行了拟合和分析;通过处理装备运输试验的功率谱密度数据得到了公路运输过程中HTPB推进剂药柱振动加速度载荷谱,建立了固体火箭发动机三维有限元计算模型,对药柱的应力响应进行仿真计算,通过雨流计数法统计得到循环载荷情况;基于Miner线性累积损伤模型,对公路运输过程中HTPB推进剂药柱进行累积损伤计算与评估。结果表明,在运输过程中,HTPB推进剂药柱的最大应力为0.021 MPa,最大应变为0.031,最大位移为19.320 mm,均处在前人工脱粘层部位;经4000 km公路运输后,HTPB推进剂药柱前人工脱粘层根部处损伤最大,损伤为0.080;药柱内孔处损伤最小,损伤为0.044。

阿舍勒深部巷道爆破围岩累积损伤规律研究

为分析阿舍勒深部开采爆破对巷道围岩的损伤规律,开展现场监测研究工作。利用声波测试法,在0m中段1号采场下盘穿脉巷道共布置5个测点,随着爆破工作的不断进行,记录并分析各监测点数据。结果表明:离采场越近的测点累积损伤量大,离采场远的测点累积损伤量小;爆破损伤增量随着爆破次数的增加出现非线性递增关系,爆破损伤效应的累积具有非线性特性。

隧道施工爆破诱发的围岩累积损伤规律研究

隧道钻爆法推进式爆破过程会不可避免地对岩体造成损伤,岩体累积损伤源于持续的岩体动力响应。然而,目前尚缺乏量化隧道各分段炸药陆续爆破、隧道推进式重复爆破对围岩造成累积损伤值的计算方法。文章以某隧道工程为研究背景,提出一种模拟隧道各分段炸药陆续爆破、推进式重复爆破的方法,并量化了各个工况对围岩造成的累积损伤程度,最终结合现场测试数据佐证了该方法的可靠性。结果表明:(1)计算大规模起爆引起的损伤时,采用等效荷载方式模拟爆破具有优势;(2)隧道单循环进尺开挖诱发的围岩损伤是多段炸药延期爆破叠加引起的,主要受邻近辅助眼爆破的影响;(3)多循环进尺的爆破开挖会诱发围岩损伤的累积,且累积过程主要受当前爆破进尺和上一个爆破进尺影响;相比于单循环进尺,多循环进尺对隧道中间侧墙的损伤累积程度增大26.7%。

多次爆破开挖下硐室围岩损伤累积及松动圈扩展规律研究

为了探究硐室围岩在多次爆破开挖下的损伤累积及松动圈扩展规律,结合某试验硐室爆破开挖工程,通过ANSYS/LSDYNA重启动技术模拟多次爆破开挖下围岩的损伤累积,采用地质雷达法测定多次爆破开挖后围岩松动圈厚度,分析围岩松动圈扩展规律,最后明确硐室围岩损伤范围与松动圈厚度之间的定量关系。研究结果表明:多次爆破开挖后围岩损伤累积范围同松动圈厚度一样呈单调递减趋势,增长速率逐次降低,直至不再累积扩展;将损伤变量D在0.25~0.78之间的损伤范围看作围岩松动圈厚度,数值模拟结果与现场测试结果误差较小,说明在一定程度上岩体损伤累积程度的变化就是围岩松动圈厚度的变化。相关结论可为今后爆破开挖下硐室围岩研究提供一定参考。

损伤累积下PBX炸药低速撞击点火行为的数值模拟

为了研究微裂纹损伤累积对PBX炸药低速撞击点火行为的影响,采用考虑微裂纹拉压非对称性演化的PBX炸药力-热-化耦合模型,对损伤累积下HMX基PBX炸药点火行为进行数值模拟;炸药内部的损伤累积通过多次撞击实现;此外,模拟了平头弹和针形弹对PBX炸药多次撞击点火行为。计算结果表明,损伤累积作用下,PBX炸药第二次撞击点火阈值随第一次撞击速度增加表现为非线性降低,这是因为多次撞击提高了撞击区域环向扩展裂纹的损伤程度,环向裂纹的损伤累积加剧了PBX炸药剪切变形,导致了表面裂纹摩擦生热的加剧,并最终形成了热点;平头弹多次撞击下提高了弹头边缘对应区域的损伤程度,并在该位置发生了炸药的点火行为;而针形弹多次撞击条件下,裂纹损伤程度显著提高,同样导致炸药点火行为。

主余震序列作用下砌体结构累积损伤分析

一次强震过后通常伴随有多次余震发生,多次地震作用下结构的震害往往比单独主震作用时更为严重。为探索主余震序列作用下砌体结构的累积损伤,对已开展的砌体结构振动台试验模型进行数值模拟,通过与试验结果对比分析,验证有限元模型的可靠性。在此基础上,采用真实的主余震地震动对原型结构进行弹塑性动力时程分析,以最大层间位移角、结构损伤耗能作为损伤指标,对比分析了主余震序列对结构累积损伤的影响。结果表明:结构损伤耗能对主余震序列作用下的累积损伤更敏感;结构损伤耗能受主震和余震强度的影响,其结构损伤耗能比与主震强度大致呈二次关系,与余震强度大致呈线性关系。

含消落带劣化岩体的危岩边坡动力累积损伤机制研究

对消落带劣化岩体及水库诱发地震共同影响下三峡库区某典型危岩边坡的稳定性进行了研究,设计并开展了几何相似比为1:100的振动台模型试验,探讨了含消落带劣化岩体的危岩边坡动力累积损伤—失稳破坏演化全过程及其动力响应规律。研究表明:含消落带劣化岩体的危岩边坡动力累积损伤—失稳破坏全过程可归结为坡体内部损伤累积—裂隙发育—次级节理与深大裂隙贯通—失稳倾倒,同时伴随消落带岩体表层松动—掉落—破坏及内部出现渗流网—形成渗流通道—形成“凹腔”的复合破坏模式;随着地震动的持续,危岩体内部动力响应规律具有典型的“趋高”及“趋表”效应,危岩边坡表面累积位移不断增加,消落带处孔隙水压力整体增加,危岩边坡内部水平向及竖直向土压力在全阶段中整体均呈先增大后减小的规律;危岩边坡自振频率及阻尼比在全阶段整体呈减小和增加的趋势;在小震结束前阶段及强震阶段,危岩边坡损伤度曲线分别呈“S”型分布和指数型分布。

极地船舶冰区航行中冰激结构疲劳的累积损伤分析

极地船舶在冰区航行中经常与各种类型的海冰发生不同程度的碰撞,充足的疲劳强度储备至关重要。本文提出了基于实测冰载荷的极地船舶结构冰激疲劳的累积损伤分析方法。以“雪龙”号极地考察船为研究对象,通过对我国第8次北极科学考察中的冰厚和航速等现场测量数据进行统计分析,在冰厚0.5~2.5 m、航速2~12 kn范围内构造冰激疲劳工况,并将二者的联合概率分布作为疲劳工况的发生概率;基于支持向量机方法反演识别出典型工况下的冰载荷时程,通过动力学分析确定关键位置及相应的热点应力,并采用雨流计数法统计应力循环次数;最后通过S-N曲线和Miner线性累积损伤理论进一步计算该航次内的疲劳损伤度,验证了“雪龙”号在冰区航行的安全性。本文对极地船舶结构的抗冰设计和安全评估具有一定的参考意义。

高-低载荷下振动疲劳损伤累积的试验研究

为了探究高-低载荷下振动疲劳损伤累积的规律,基于振动台设计轴向振动疲劳试验系统,针对7050-T7451铝合金试件进行轴向振动疲劳试验,同时与在高频试验机上进行的常规疲劳试验结果进行对比。结果表明:振动疲劳与常规疲劳试验中均表现出“锻炼”效应;振动疲劳试验中增大高-低载荷幅值差时,损伤累积值逐渐增加,“锻炼”效应逐渐明显;高-低载荷最大应力比存在临界值0.483,当应力比σ′<0.483时,振动疲劳加载相较于常规疲劳加载,表现出更明显的“锻炼”效应。

复合材料夹芯板反复冲击损伤累积特性实验研究

本文采用INSTRON 9350落锤冲击试验机进行了碳纤维增强复合材料PVC泡沫夹芯板反复冲击加载实验,得到了冲击力-时间、冲击力-位移曲线以及复合材料损伤试验图等,研究了反复冲击载荷下复合材料夹芯板动态响应与损伤累积演化机制。研究结果表明,反复冲击载荷作用下复合材料夹芯板不仅会导致动态变形与损伤程度不断累积,而且还可能产生损伤模式演化。随着反复冲击次数的增加,复合材料夹芯板结构弯曲刚度逐渐降低,结构出现明显的弱化现象。

马铃薯的累积损伤特性

马铃薯在采收、加工和运输过程中易受挤压、碰撞等作用而产生损伤。切取鲜食马铃薯试样,使用质构仪进行压缩试验模拟挤压和碰撞损伤,通过一个试样的多次压缩模拟累积损伤。通过分析马铃薯试样在不被破坏的前提下受一次、多次压缩后的位移-负载关系,研究经过多次不同负载压缩后马铃薯的塑性形变规律,分析其在不同作用力多次作用下的累积损伤特性。结果表明:经多次累积作用,不会改变马铃薯的临界破坏点。马铃薯存在生物屈服点,当受力超过生物屈服点后可能不会破坏,但马铃薯会产生塑性形变,即损伤。得到了若经过多次压缩,马铃薯的损伤体积会累积增加,且当下一次压缩位移超出马铃薯试样压缩过的最大位移时,马铃薯的累积损伤体积增加较大;当下一次压缩位移小于马铃薯试样压缩过的最大位移时,累积损伤体积增加较小等损伤累积规律。研究结果对于马铃薯采收、加工、转运装备的减损设计有指导作用。

加载次序对沥青混合料疲劳损伤累积的影响

沥青混合料在变幅加载下的疲劳损伤累积过程具有明显的非线性特征,然而传统的线性损伤累积准则无法表征不同加载次序下的非线性疲劳损伤累积(NLFDA)。为研究加载次序对沥青混合料疲劳损伤累积的影响,首先开展恒幅加载疲劳试验,分析恒幅加载下的疲劳损伤累积规律;其次借助变幅加载疲劳试验,分析变幅加载下的疲劳损伤累积规律;最后建立考虑加载次序的NLFDA模型,分析加载次序对沥青混合料疲劳损伤累积的影响。结果表明:恒幅加载下沥青混合料疲劳损伤发生非线性演化,但服从线性损伤累积准则,且累积寿命分数为1;变幅加载会导致疲劳损伤发生非线性演化,且服从非线性损伤累积准则,低-高和高-低加载次序的累积寿命分数分别大于1和小于1;建立的NLFDA模型可较为准确地表征沥青混合料疲劳损伤对加载次序的依赖性。

多次水下爆炸下背空加筋板损伤累积特性研究

为了评估舰船结构在水下多次爆炸冲击下抗爆抗冲击性能,采用Abaqus非线性有限元软件建立了固支背空钢板结构水下爆炸冲击数值模型,数值计算结果与文献实验结果吻合较好,验证了水下爆炸声-固耦合方法的可靠性。在此基础上,提出了多次水下爆炸冲击声-固耦合数值模拟方法,研究了多次水下爆炸冲击下典型背空加筋板损伤累积特性与损伤模式演化规律,分析了冲击因子对结构损伤特性的影响。结果表明,多次水下爆炸冲击作用下背空加筋板动态变形与损伤逐渐累积,可能发生塑性大变形、边界拉伸撕裂以及整体失效破坏等损伤模式演化。当冲击因子小于某一阈值时,背空加筋板多次水下爆炸冲击下塑性变形趋于稳定,出现伪安定现象。研究结果可为舰船结构抗爆抗冲击设计提供参考。

基于线性累积损伤理论的地铁车辆转向架构架服役寿命预测研究

地铁车辆转向架构架在多种载荷作用下极易产生疲劳裂纹,严重影响车辆运行的安全性和稳定性,需要开展地铁车辆转向架架构疲劳耐久分析和服役寿命预测。介绍了线性累积损伤理论。建立了地铁车辆动力转向架构架服役寿命预测技术路线。搭建了目标结构有限元模型,依据UIC 615-4:2003和EN 13749:2011要求模拟列车运行负载情况,对转向架构架进行静强度和疲劳强度分析,并识别各工况下的结构薄弱点;通过运营线路动应力试验,掌握了列车运行时这些结构薄弱点的真实循环载荷应力数据;结合材料的疲劳曲线和线性累积损伤理论预测了转向架构架服役寿命。研究表明,基于线性累积损伤理论的地铁车辆转向架架构服役寿命预测方法能够预测转向架构架服役寿命。为修正预测误差,建议在后续研究中持续探索基于车辆转向架构架初始缺陷裂纹扩展机理的断裂力学寿命预测技术。

考虑损伤累积的铝合金轮毂疲劳寿命预测及试验研究

针对铝合金轮毂的疲劳寿命预测问题,提出考虑损伤累积的轮毂疲劳寿命预测模型并进行试验研究。建立了轮毂在弯曲疲劳试验、径向疲劳试验的有限元模型,通过仿真分析研究了轮毂的主要失效模式;采用名义应力法分别建立了轮毂材料S-N曲线、零件S-N曲线,并利用莫罗直线对轮毂承受的非对称循环载荷进行平均应力修正;考虑轮毂的旋转过程,采用线性累积损伤理论构建了轮毂疲劳寿命预测理论模型。以某型号铝合金轮毂为例,采用理论模型计算得到轮毂的寿命为44.82万转,与弯曲疲劳试验给出的疲劳寿命47.33万转相比,误差约为5.6%,验证了疲劳寿命预测理论模型的有效性。