基于键基近场动力学理论的单裂纹圆孔板冲击破坏研究

基于键基近场动力学理论,建立分离式霍普金森杆冲击单裂纹圆孔板动力学模型,其中霍普金森杆用一维PD模型、单裂纹圆孔板用二维PD模型描述,采用短程斥力模型描述碰撞过程,模拟冲击压缩条件下单裂纹圆孔板动态破坏行为。通过试样端面受力分析得到端面载荷的V形分布规律,解决了传统实验-数值研究法在端面加载上的局限性。研究不同入射速度下试件裂纹的扩展过程和破坏模式,准确捕获了裂纹起裂、止裂及二次起裂时间。根据键基近场动力学理论下材料动态应力强度因子计算方法,求得裂纹的起裂韧度,为材料动态断裂韧度计算提供了新的途径。

拉伸载荷作用下无限大板中三角孔-裂纹问题

针对Bueckner原理普遍化,提出了一种求解远方载荷作用下无限大板中孔边裂纹问题的数值方法.通过把适于单一裂纹的Bueckner原理扩充到远方载荷作用下无限大板中孔边裂纹问题,将原问题分解为承受远方载荷不含孔边裂纹的均匀问题和在远方不承受载荷但在裂纹面上和孔的表面上承受面力的问题.算例说明本数值方法对分析无限大板中孔边裂纹问题既简单又非常有效,进而利用这种数值方法研究了拉伸载荷作用下无限大板中三角孔-裂纹问题.通过改变孔的几何参数与无限大板中心裂纹问题的应力强度因子比较,揭示了孔的几何参数对应力强度因子的影响,发现孔对源于它的裂纹的应力强度因子具有屏蔽效应和放大效应,这种屏蔽效应和放大效应随着孔的几何参数而变化.

基于超磁致伸缩换能器的CFRP板孔裂纹缺陷检测

孔劈裂损伤是碳纤维增强复合材料板(Carbon Fibre Reinforced Plastics,CFRP)承接服役中的主要损伤形式。由于CFRP材料的各向异性,致使超声导波信号衰减大,多种模态波包混叠,难以实现对CFRP螺接或铆接孔劈裂损伤的定量检测。针对CFRP孔裂纹损伤量化,研制Galfenol换能器,作为超声导波的高能激励源,采用PZT-5作为接收端,对孔裂纹进行超声导波检测。建立换能器动力学模型,利用扫频方法结合S0模态捕捉对比确定换能器检测最优激励频率;对获取的超声导波信号采用小波分解与短时傅里叶变换(Short-time Fouruer Transform,STFT),并计算调控云图色阈值显著化S0模态与损伤模态信息,得到时频云图谱;建立CFRP板的力学模型,利用Floquet边界固有的周期性,对板单元波长布利渊区扫描获取频散曲线,在云图谱上依据频散曲线群速度计算获得裂纹损伤时域位置;依据云图谱阈值色度量化波包幅值,获取损伤程度信息。实验结果发现云图谱中裂纹损伤模态与原有模态之间具有良好的辨识度,根据获取频散曲线计算直达与反射S0模态的时间误差为2.3μs、0.6μs。

座舱玻璃钉孔裂纹图像测量

主要介绍了在战斗机座舱玻璃钉孔裂纹检测技术中,利用摄像头获取钉孔裂纹图像,通过图像测量和图像处理方法,实现裂纹图像的分割和检测,并通过计算得到裂纹的真实尺寸及相应角度参数。

840D货车车轮辐板孔疲劳裂纹研究

根据840D车轮辐板孔裂纹调查统计数据,运用跟踪观测试验、轮轨机械载荷和制动热负载下的应力及裂纹强度因子仿真计算等结果,对裂纹成因、扩展规律及容限尺寸进行了综合分析.指出坡道制动产生的长时、稳态热拉应力与轮轨机械波动应力的综合作用是导致裂纹形成和扩展的主要因素,车轮踏面磨耗、辐板孔位偏向轮辋均将降低裂纹形成和扩展寿命.

孔边角疲劳裂纹的扩展仿真及分析

给出了一种利用有限元技术模拟周期性张力载荷作用下孔边角裂纹扩展过程的方法。首先利用一系列点定义裂纹前沿,据此形成包含奇异单元的二维有限元网格,再扩展为三维网格,然后利用有限元法进行应力应变分析,最后使用Paris定律计算局部扩展增量,以此来更新裂纹的形状和尺寸。该方法还能够自动地重复执行扩展仿真。文中还对三个不同半径的四分之一椭圆形边角裂纹扩展过程进行了仿真和分析比较,以此来取得裂纹在扩展过程中的形状变化特征和不同方向上扩展的特征。

基于复变函数的含孔边裂纹结构弹性断裂力学问题研究

针对当前含孔边裂纹结构弹性断裂力学研究方法存在的研究结果与实际结果吻合性差、研究结果用户满意度低的问题,提出基于复变函数的含孔边裂纹结构弹性断裂力学问题研究方法。基于裂纹受力条件以及受力状况,将含孔边裂纹划分成两类:Ⅰ型裂纹和Ⅱ型裂纹。发现Ⅰ型裂纹的上下表面是相对张开的,Ⅱ型裂纹的上下表面沿横轴相对滑开。根据含孔边裂纹分析情况,利用复变函数法对含孔边裂纹结构弹性断裂力学问题予以解决,通过构建保角映射函数,并将无限放大的含孔边裂纹外部区域映射至单位圆内部或者是上半面,以此解决裂纹结构平面弹性相关问题,得到裂纹应力强度因子,实现含孔边裂纹结构弹性断裂力学研究。实验结果表明,基于复变函数的含孔边裂纹结构弹性断裂力学研究方法分析结果与实际情况吻合度最高为99%,研究结果用户满意度相较当前方法更高。所提方法整体性能优越,可为该领域研究提供一定的借鉴。

孔边角裂纹近门槛区疲劳裂纹扩展规律及门槛值研究

基于三维裂纹特征,本文提出了一种测量孔边角裂纹近门槛区疲劳裂纹扩展速率及门槛值的实验方法。为了得到真实的裂纹形状变化规律,首先针对具体试样用勾线方法建立其“b-a”标定曲线。参照门槛值的标准测试方法,本文仅需测量“a”方向裂纹尺寸,然后用标定曲线换算共相应的“b”方向尺寸。这样我们就可以得到关于“a”和“b”的两组数据,而这两个方向代表孔边角裂纹特征方向。通过分别对30CrMaSiNi2A和2024T3材料的实测研究,证明本文提出的测试方法是可行的。在实验数据基础上,进行了结果的统计对比,得出:1.“a”和“b”方向的近门槛区疲劳裂纹扩展速率及门槛值基本一致;2.孔径大小对实验结果没有影响。;3.同样厚度情况下,孔边角裂纹试样的近门槛区疲劳裂纹扩展速率编高,而门槛值相应较小。

飞机平尾大轴(圆管)孔边角裂纹张开型应力强度因子的封闭解

本文提出了一种新的工程-解析方法,导出了飞机平尾大轴孔边角裂纹应力强度因子的封闭解。这种能量释放率方法非常节省机时,可以获得大量系统的新结果。

压缩双裂纹和单裂纹圆孔板应力强度因子公式

从理论模型和数值分析上澄清了国外文献关于压缩双裂纹圆孔板(double cleavage drilled compression,DCDC)的应力强度因子不同的公式引起的混淆.证明Plaisted等用修正压缩无限大板中圆孔双边裂纹的解和欧拉--伯努利梁理论得到的DCDC应力强度因子公式都存在推导和原理性的失误.指出Jenne等推导的公式形式过于复杂不便使用,而He等的公式适用范围偏小.通过拟合有限元法宽范围数值计算结果导出DCDC的应力强度因子的新公式,该公式形式简单,对无量纲裂纹长度和无量纲板宽度适用范围较大,最大误差是7%.此外,还对新提出的压缩单裂纹圆孔板(single cleavage drilled compression,SCDC)做了分析,首次得到的SCDC应力强度因子公式的最大误差是5%.给出的2个公式可分别用于脆性材料DCDC或SCDC试样的断裂韧度测试.

采用压缩单裂纹圆孔板确定岩石动态起裂、扩展和止裂韧度

爆炸、冲击、地震等人为或自然灾害不可避免,经常造成大量土木工程设施的破坏,因此岩石在动态载荷作用下的行为受到特别关注.岩石动态断裂韧度是评价岩石抵抗裂纹动态起裂、扩展和止裂性能的材料参数,开展岩石动态断裂韧度测试方法的研究对相关理论基础和实验技术的要求较高.岩石动态断裂韧度分为动态起裂、动态扩展、动态止裂三种,虽然关于动态起裂和动态扩展的研究已有一些成果,对岩石动态止裂的研究仍是一个难题,至今几乎无人问津.研究表明,在分离式霍普金森压杆撞击压缩单裂纹圆孔板岩石试样的I型动态断裂试验中,动态起裂、扩展、止裂的全过程可以由黏贴在压缩单裂纹圆孔板试样上的裂纹扩展计监测,岩石的动态起裂、扩展、止裂韧度可以用实验-数值-解析法确定.特别值得一提的是首次测出了岩石的动态止裂韧度.裂纹扩展计信号还显示,压缩单裂纹圆孔板在止裂后,停止的裂纹还会再次动态起裂、扩展并超出裂纹扩展计的检测范围.从能量的角度分析了动态止裂的过程,指出测试动态止裂韧度时要注意的一些问题.结果显示,岩石动态起裂韧度和动态扩展韧度分别随动态加载率和裂纹扩展速度的增大而增大,岩石动态起裂韧度略大于动态止裂韧度.

压缩单裂纹圆孔板(SCDC)岩石动态断裂全过程研究

用大直径分离式霍普金森压杆冲击砂岩的压缩单裂纹圆孔板,成功地监测到Ⅰ型动态断裂的全过程。实验中由裂纹扩展计分别纪录了动态起裂、扩展、止裂、和再起裂时刻,采用分形裂纹扩展模型分析曲折裂纹的扩展速度,最后用实验-数值-解析法确定砂岩的动态起裂韧度、动态扩展韧度、动态止裂韧度以及二次动态起裂韧度。动态断裂全过程的实验结果表明:裂纹扩展路径为不规则曲线,此时裂纹动态扩展速度表征的普适函数值会比假设裂纹路径为直线时小;利用分形模型得到更加接近真实的动态扩展韧度;砂岩的动态起裂韧度大于动态止裂韧度;由于初次动态起裂时的裂纹实为人工切槽,而二次动态起裂时为天然形成的裂纹因而非常尖锐,初次动态起裂韧度略大于二次动态起裂韧度。

夹持边界下有限大板中心孔单边裂纹应力强度因子求解

为了进行试验机夹持条件下有限大板中心孔单边裂纹扩展寿命预测,需要建立夹持边界条件下应力强度因子K的求解方法。通过对试验机夹持边界条件的分析,将夹持边界条件等效为均匀拉伸与平面内弯矩的共同作用,并使得试件端部平面内转角等于0,从而建立了求解夹持边界下中心孔单边裂纹K的等效模型。首先采用权函数法计算纯弯载荷作用下中心孔单边裂纹的K;然后应用卡氏定理计算试件端部平面内转角,以端部平面内转角等于0为约束条件,得到了附加弯矩与均布拉伸载荷的关系;由线弹性断裂力学中的叠加原理得到了基于等效模型的夹持边界条件下K的近似解;为检验本文解的合理性,采用ABAQUS软件刚化模型的端部区域来模拟夹持边界条件,计算得到夹持边界条件下典型试件几何尺寸下的中心孔单边裂纹K数值解。对比本文解与数值解发现,二者的误差在2%范围内,验证了本文解的合理性。

拉丝模内孔裂纹产生原因初探

探讨了添加稀土的YGR7Z型硬质合金拉丝模压坯内孔产生裂纹的原因及消除裂纹的方法。指出 ,拉丝模内孔之所以产生裂纹 ,是由于压模收缩比太小的原因。并用压坯单重递减法试验证实 ,当将压模收缩比增加到 1 2 2以上时 ,可以保证压坯内孔不出现裂纹。

多层铆接结构铆钉孔周裂纹的脉冲涡流检测

飞机多层金属铆接结构中铆钉周边裂纹的检测是无损检测领域中的一个难点和热点。基于脉冲涡流检测技术,设计检测探头,并对探头的激励线圈匝数、检测频率、接收传感器距铆钉距离等参数进行优化,研制一种使探头能够围绕铆钉进行旋转检测的装置。检测探头参数和传感器与铆钉之间的距离参数的变化对检测灵敏度的影响较大。旋转装置检测时:激励匝数为180匝、检测频率为100 Hz、探头与铆钉距离4 mm时,对于长度为1、2 mm的铆钉孔周边裂纹检测效果较好;对于长度大于2 mm的铆钉孔周边裂纹,探头距离铆钉10 mm的时候检测灵敏度较高。利用旋转装置检测和纯手动检测的结果对比表明,旋转检测装置能够很好地抑制探头与铆钉之间的距离变化带来的对信号的干扰,减少伪缺陷并提高检测效率。

基于卷积神经网络的钢轨螺孔裂纹识别算法研究

钢轨由于长时间负载会出现各种伤损,对铁路运输安全造成威胁。螺孔裂纹是钢轨接头处的主要伤损,如果不及时发现很容易造成安全事故。已有钢轨伤损检测方法是使用超声波检测,人工回放检测数据进行伤损判别,该方法效率较低。基于机器学习的伤损判别方法提高了钢轨伤损判别效率,但准确率不高。因此,针对该类钢轨伤损,利用卷积神经网络(CNN)与多层感知机(MLP)结合的模型,将螺孔超声波B扫图像作为识别对象,识别钢轨螺孔是否存在裂纹,提升螺孔裂纹的判别效率和准确率。经过数据集训练,在测试集上该模型的识别准确率达96.25%,在测试数据集以外的图像上进行应用,取得了很好的识别效果,证明该模型在钢轨螺孔裂纹识别问题上的可行性和模型的实用性。

数值模拟带裂纹中心开孔巴西圆盘的K因子公式

文章采用有限元方法对纯Ⅰ型单边裂纹及双边裂纹的中心开孔巴西圆盘应力强度因子(K因子)进行了数值模拟,运用量纲分析法,在大量算例的基础上总结其规律,拟合出纯Ⅰ型的K因子公式。该公式具有试样不受尺寸大小限制、适用范围广、精确度高等优点。在单边裂纹及双边裂纹的中心开孔巴西圆盘纯Ⅰ型试验中,当相对裂纹长度a/(R-r)为0.10～0.80,内外圆半径比a/R为0.05～0.60,拟合公式求得的数值和有限元模拟得到的数值误差在3%以内。通过对比相同条件下,双、单边裂纹中心开孔巴西圆盘K因子之间的比值关系,分析了单、双边裂纹相对长度及内外圆半径比对中心开孔巴西圆盘K因子影响的相对大小。

锪窝孔边角裂纹应力强度因子参数敏感性分析

针对工程中常见的锪窝铆接结构,借助大型软件ANSYS对其孔边角裂纹进行有限元分析。通过改变结构几何厚度和锪窝孔的高度,研究含铆钉填充时锪窝孔边角裂纹应力强度因子的参数敏感性。通过对比分析,发现锪窝孔边角裂纹前沿应力强度因子与锪窝高度正相关,与结构厚度负相关;当锪窝高度与结构厚度之比为定值且大于0.5时,按比例同时改变锪窝高度与结构几何厚度,裂纹前沿应力强度因子可近似认为相同。

受远方拉伸的孔边角裂纹的应力强度因子

本文应用作者近年来发展的三维权函数法计算了孔边角裂纹受远方拉伸情况下的应力强度因子,所得结果与文献中的解进行了广泛的比较,并讨论了二维无裂纹应力分布对权函数法所得结果的精度的影响。文中为这一问题补充了新的解答。

高压缸螺栓孔裂纹处理方法

对汽轮机高压缸裂纹采用奥氏体钢焊条焊接的可行性进行了分析 ,以及用奥氏体钢焊条焊接的优缺点 ,焊接工艺及措施 。