三维疲劳裂纹扩展仿真技术研究

应用参数化、模块化有限元建模技术和接触技术仿真半椭圆表面裂纹(前缘曲线和节点),提出了在裂纹前缘形成辐射状奇异单元网格的建模方法和采用有限元接触技术来施加裂纹模型边界条件的方法,实现了裂纹前缘奇异应力场和裂纹模型远场应力的模拟,建立了三维块体初始半椭圆表面裂纹多自由度扩展仿真模型.通过裂纹前缘离散点的正交扩展和拟合得到裂纹扩展前缘形状,使裂纹扩展更加具有自由度.提出了裂纹前缘拟合误差控制扩展步长的方法,使裂纹扩展过程中扩展步长可变.采用参数化、模块化建模技术建立了扩展裂纹模型,实验与仿真结果的比较表明两者基本吻合,说明本文所采用的方法具有很好的实用性.

基于ABAQUS的车用高强度低合金钢裂纹扩展研究

高强度低合金钢在汽车结构件中的应用对轻量化设计具有重要影响。以有限元软件ABAQUS为平台,利用扩展有限元法(XFEM)对车用高强度低合金钢的单边裂纹扩展进行仿真研究,分析单边缺口高强度低合金钢试件在拉伸载荷作用下的裂纹扩展过程和应力分布。结果表明,扩展有限元法能够准确地模拟裂纹扩展过程,对计算高强度低合金钢的寿命具有重要意义。

电力机车车体关键部件疲劳全寿命评估方法

针对电力机车车体在线路循环激励作用下的疲劳裂纹失效问题,对关键部件进行了动应变测试,结合标准载荷,研究了其疲劳全寿命。首先,以某电力机车车体为研究对象,对关键部件进行了线路动应变测试,并对测试数据进行低通滤波;其次,对滤波结果进行雨流计数,基于国际焊接协会(International Institute of Welding,IIW)标准确定测点焊缝材料参数,并按照Palmgren-Miner线性累积损伤理论进行了关键部件疲劳裂纹萌生寿命计算;然后,以车体枕梁和垂向减振器安装座的底架局部结构为例,建立了关键部件裂纹扩展仿真子模型,并基于EN 12663标准确定了子模型载荷工况;最后,在垂向减振器动应变测点位置插入初始裂纹,基于断裂力学方法计算了疲劳裂纹扩展寿命,从而获取了车体垂向减振器安装座疲劳全寿命数据。研究结果表明,电力机车车体垂向减振器安装座在既有线路上的疲劳裂纹萌生寿命为6.86×10^(7)公里;具有2 mm表面半长、0.8 mm深的初始半椭圆型表面裂纹的电力机车车体,在EN 12663标准要求的载荷条件下,至少还能承受4.18×10^(7)次载荷循环才会完全丧失承载能力。研究结果为必要的车体结构改进提供了可靠的试验和仿真依据,为评定机车运营中车体的安全可靠性提供了极强的指导作用和参考价值。