基于SSA-BP算法的超高温陶瓷裂纹长度预测

超高温陶瓷构件在航天航空中的运用往往会出现检测方面的困难,在构件产生裂纹后会在一定范围内失效。针对使用传统的BP神经网络预测超高温陶瓷构件的裂纹长度存在的对连接权值和阈值具有较强依赖性导致收敛速度较慢、易陷入局部最优和稳定性差等问题,提出一种基于麻雀搜索算法SSA优化的BP神经网络关于裂纹长度的预测方法。以ABAQUS有限元分析软件得出的超高温陶瓷裂纹长度相关参数构成的基础数据集作为模型的输入。利用SSA优化BP神经网络的初始权值与阈值得到了更好的拟合结果。结果表明利用SSA-BP神经网络进行预测的可行性。

钢桥面板顶板贯穿裂纹长度涡流检测及其影响因素

针对正交异性钢桥面板顶板贯穿型疲劳裂纹隐蔽性强、难以精确检测的问题,提出通过涡流检测方法对裂纹长度进行测量。首先,对试验获取的涡流检测信号进行分析,探究信号特征与裂纹长度之间的关系,据此拟合出裂纹长度的测量公式,并通过有限元模拟对其有效性进行验证;其次,研究线圈参数与扫查速度对检测效果的影响;最后,通过有限元模拟分析了水平裂纹相邻顶点间距、裂纹与线圈中心的偏移距离、裂纹与线圈扫查方向的夹角对检测结果的影响。结果表明:增加圆柱形线圈外径与内径之比并适当减小线圈内阻可提高检测灵敏度;裂纹长度的测量值随着线圈扫查速度的增大而减小;水平裂纹相邻顶点间距越大,越利于精确测量裂纹长度;随着裂纹与线圈中心偏移距离的增加,检测信号的变化幅值逐渐减小,裂纹长度测量值也随之下降;此外,线圈扫查方向与裂纹长度方向的夹角越大,越不利于检测。该钢桥面板疲劳裂纹长度涡流检测方法可实现高效、便捷、精准的无接触式检测,为钢桥的运营维护提供相关技术参考。

柔度法测算三点弯曲试样疲劳裂纹长度的影响因素

使用柔度法对不同厚度三点弯曲试样的疲劳裂纹长度进行测算,结合有限元仿真分析方法,研究了试样厚度、柔度函数关系式的适用条件、材料的弹性模量、裂纹前缘弯曲程度、引伸计标距等因素对柔度法测算裂纹长度准确性的影响。结果表明:归一化实际裂纹长度不小于0.3是保证柔度法测算结果准确性的必要条件;用有限元方法模拟平直的贯穿型裂纹,归一化模拟裂纹长度不小于0.3时,柔度函数关系式与模拟结果的吻合程度较高;当试样厚度不大于40 mm时,在柔度函数关系式中使用材料的弹性模量可以获得较为准确的测算结果;随着试样厚度的增加,裂纹前缘圆弧角度增大,裂纹平直度降低,导致测算裂纹长度比实际裂纹长度偏小。

含裂纹损伤试验构件力学试验分析及材料性能研究

以裂纹长度相对于构件宽度的比例作为构件的相对裂纹长度,研究了相对裂纹长度对含裂纹损伤试验构件的剩余极限强度、断后伸长率和力学性能的影响。研究结果表明:随着相对裂纹长度的增大,含裂纹损伤试验构件的剩余极限强度呈现近似线性减小的规律,并且含裂纹损伤试验构件剩余极限强度的有限元分析结果可以近似当作材料的屈服强度;当相对裂纹长度较小时,含裂纹损伤试验构件呈现塑性性能,试验构件在荷载作用下发生塑性破坏;当相对裂纹长度较大时,含裂纹损伤试验构件将由塑性性能朝脆性性能快速转变,试验构件在荷载作用下不一定发生塑性破坏;当相对裂纹长度大到一定程度时,含裂纹损伤试验构件呈现脆性性能,试验构件在荷载作用下发生脆性破坏。

考虑微元强度韦伯分布与裂纹长度幂律排布的砂岩强度预测模型

构建统筹考虑岩石内部宏细微观缺陷影响的强度预测模型对于保障智慧矿山的建设以及井下人员设备的安全都具有重要意义。综合考虑岩石微元强度的韦伯分布与裂纹长度的幂律排布规律,采用数值模拟与理论推导方法分别建立损伤岩石试件的离散元计算模型与强度预测模型,并利用数值计算结果对理论模型的合理性进行验证。结果表明:①通过编程同时实现了PFC2D计算模型中微元强度的韦伯分布与裂纹长度的幂律排布,分析了岩石中的宏、细微观损伤与相应分布参数间的定量对应关系。②数值建立了400个同时考虑宏、细微观损伤的砂岩试件并对其进行了模拟加载,实现了对微元强度、预制裂纹信息及岩石强度间关系的统计分析。根据模拟结果构建了砂岩试件单轴抗压强度四维空间散点,得到了多损伤参量影响下的试件抗压强度流动规律。③联合Mori⁃Tanaka方法及岩石损伤概率分布理论,推导建立了12参数的岩石强度预测模型。该模型能够同时描述细微观微元强度与宏观裂纹信息对岩石强度的影响,并且理论模型计算结果与数值模拟结果高度吻合,相关系数达0.991。

基于离散元法三裂纹岩石裂纹扩展特征的试验与数值研究

为研究三裂纹岩石的静力学破坏特征,采用离散元数值模拟软件PFC2D和模型试验方法,分析三裂纹岩石的峰值应力、应力—应变曲线及裂纹扩展特性,验证离散元数值模拟方法的可行性。通过改变岩石的水平围压和裂纹长度,分析单轴压缩载荷作用下三裂纹岩石的力学响应机制。研究结果表明:中间横向裂纹对裂纹岩石的峰值应力影响较大,中间竖向裂纹对裂纹岩石的峰值应力影响较小;加载过程中裂纹尖端最先出现应力集中现象,最后形成2条约70°的主裂纹贯通3条预制裂纹;随着围压的增大,三裂纹岩石的峰值应力先增大后减小;随着裂纹长度的增加,三裂纹岩石的峰值应力不断减小。

超声全聚焦成像的裂纹类缺陷定量误差分析

虽然超声全聚焦成像(total focusing method,TFM)具有直观显示裂纹特征的明显优势,但通过TFM图像进行裂纹定量时不可避免地出现测量误差。该文采用模拟与实验对比的方式,分析TFM技术的裂纹定量误差。从超声波波长对缺陷深度的影响规律入手,分析和研究裂纹长度和取向的全聚焦图像测量误差原因。最后,通过模拟实验对比的方式验证裂纹定量误差。研究结果表明,裂纹上、下尖端的测量深度比实际深度均有所下沉,但两者下沉的深度基本相同,相差在0.6 mm以内,裂纹长度的测量误差范围为0~1 mm,带取向裂纹的取向测量误差基本保持在3°以内。因此,上、下尖端在深度上的测量误差对裂纹长度和取向的影响极小。经实验验证,裂纹深度、长度及取向误差的结论与模拟的结论一致。

断层带爆炸裂隙区范围及裂纹扩展长度的研究

常用求算岩石内爆炸裂隙区半径的计算公式中忽略了冲击波的作用、粉碎区的存在以及爆生气体的准静态作用。本文对该公式进行修正后并引入断层带应力波衰减指数α,并对应力波损伤后的裂隙区的扩展长度进行分析计算,从而得出:考虑“预损伤”作用时的爆炸裂纹长度大于不考虑“预损伤”情况下的裂纹长度。

裂纹长度和位置影响下声发射信号传播特性

针对再制造毛坯闭合裂纹检测较困难,采用声发射技术,从仿真和实验两个方面研究裂纹长度和裂纹位置对声发射信号传播特性的影响。根据裂纹中波的传输理论,采用时域有限差方法,仿真两个因素对声信号的影响,实验结果表明,裂纹长度对于信号衰减影响比裂纹位置明显;裂纹长度小于3 mm时信号的能量和幅值衰减系数(分别为-0.28和-0.15)明显大于裂纹长度大于6 mm的信号衰减系数(分别为-1.48和-0.9);裂纹长度为3 mm比裂纹长度为0.5 mm时能量和幅值相对衰减率分别大0.62 d B和0.2 d B,而其比裂纹长度为15 mm的能量和幅值相对衰减分别小14.7 d B和8 d B;裂纹位置的能量相对衰减率位于-6.4^-6.6 d B,幅值相对衰减率位于-1.4^-1.7 d B。实验研究了裂纹长度对声发射信号的影响,得出裂纹长度小于2 mm时的衰减系数明显大于裂纹长度超过6 mm的衰减系数,与仿真结果相符。因此,声发射参数与裂纹长度有明确的对应关系,声发射技术可有效检测再制造毛坯中的裂纹,尤其是长度小于3 mm的微裂纹。

裂纹长度对钢轨裂纹扩展的影响

采用有限元分析软件ANSYS,在纯滚动运行状态下,对实际钢轨裂纹的扩展情况进行了模拟。结果表明:轮轨接触的疲劳裂纹为张开型和滑开型同时存在的复合型裂纹;随裂纹长度的逐渐增加,裂尖有效应力强度因子先减小后增大,裂纹扩展速率会出现先变慢后变快的现象。

基于图像处理的疲劳裂纹扩展长度在线测量方法

为了在金属疲劳裂纹扩展试验中采用直观、准确、可靠的方法获得高精度裂纹长度尺寸,提出了基于图像处理技术的疲劳裂纹扩展长度在线测量方法。首先,采用大尺寸黑白全帧面阵CCD和微距显微镜头对疲劳裂纹扩展过程中的图像进行采集,分析疲劳裂纹的图像形态特征,采用亚像素边缘定位方法对预制裂纹边缘进行检测,求出疲劳裂纹起点位置。然后,对裂纹扩展区域进行图像子区划分,对图像子区采用基于灰度统计数据的自适应分割方法进行裂纹分割,采用单区域增长算法进行二值化裂纹图像连接得到裂纹主干。最后,进行了系统标定和疲劳裂纹长度在线测量试验。试验结果表明:本方法测量精度高、抗干扰能力强、数据稳定可靠,裂纹长度测量精度为0.03mm,满足裂纹扩展试验国际标准的要求。

冲击作用下岩石裂纹长度预测模型及数值模拟研究

为研究动载侵入岩石过程中的裂纹演化规律和预测裂纹长度,根据牛顿第二定律及波动理论,建立了岩石在冲击过程中的最大冲击力与冲击速度间的数学模型,结合岩石在静载作用下的载荷与裂纹长度间的关系,建立了岩石在冲击载荷作用下形成裂纹的长度预测模型,并利用离散元数值模拟方法研究了岩石动态破碎过程中裂纹的形成与扩展特征以及冲击速度对裂纹长度的影响规律。分析研究发现,岩石在冲击力作用下形成的裂纹以张性裂纹为主,且径向裂纹向着岩石自由表面扩展,侧向裂纹从损伤区萌生并向岩石内部逐渐扩展;径向裂纹长度和侧向裂纹长度均与冲击速度呈幂函数关系,数值模拟结果与理论模型结果基本吻合;冲击速度由15m/s增大至35m/s,岩石的破碎范围和破碎深度逐渐增大,形成的径向裂纹长度从3.47mm增大到9.03mm,侧向裂纹长度从7.29mm增大到14.58mm。研究结果为研究岩石的动载侵入断裂和动态破碎机理提供了理论依据。

表面裂纹长度的测量方法

表面裂纹长度的精确测量是准确获得表面裂纹扩展速率进而对材料或构件进行剩余寿命评估的基础和关键技术问题。本文将表面裂纹长度的测量方法归类为直读法、柔度法、电位法、探伤法和光学法,并对每种方法进行了介绍,比较其优缺点及适用范围,以便在实际工作中选择应用。

圆管表面斜裂纹应力强度因子和临界裂纹长度仿真分析

针对圆管表面斜裂纹,建立基于弹性断裂理论和复变函数理论的计算模型。研究圆管表面斜裂纹发生扩展时临界状态所对应的应力强度因子和裂纹临界尺寸在各种相关因素影响下的变化规律。以Ⅰ、Ⅱ型复合裂纹为例,采用应变能密度理论对其进行了分析。对开裂角、裂纹所处角度及裂纹的几何尺寸等因素的影响进行仿真计算。得到裂纹所处角度对复合型裂纹两个应力强度因子影响的曲线,并对其影响的程度进行了比较。另外,对裂纹所处角度和开裂角对临界裂纹长度的影响进行了仿真分析。结果表明:随着裂纹所处角度的增加,两个应力强度因子(KⅠ、KⅡ)的最大和最小值是相同的,但趋势相反。并且对于Ⅰ型裂纹,在β=0和β=2π的地方,其应力强度因子为零。

裂纹长度、焊缝宽度及强度组配对焊接接头J积分的影响

采用虚拟裂纹扩展法对焊接接头力学不均匀体的断裂参量J积分进行了数值模拟分析。考察了焊接接头J积分的守恒性以及不同的裂纹长度 (a/W =0 .1～ 0 .5 )、焊缝宽度 (H/c =0 .1～ 0 .5 )和强度组配 (M =0 .6～1.4)在加载过程中对J积分的影响。计算结果表明 :焊接接头裂纹尖端近场的J积分具有路径依赖性 ,而在远离裂尖的J积分表现出路径无关性。强度组配因子M对J积分值有很大的影响 ,焊缝宽度、裂纹长度对J积分值也有影响。

高温下直流电位法测量裂纹长度的应用

介绍了直流电位法测量疲劳裂纹长度方法的基本原理、实现方法、及所需配置的仪器,并对有关影响因素作了分析。该测量系统主要用于在高温下测量各种材料在恒幅载荷下的疲劳裂纹扩展和门槛值试验中的疲劳裂纹长度,可以提高测量疲劳裂纹长度的自动化水平。

基于交流电位法的疲劳裂纹长度测量方法与装置

阐述了交流电位法测量疲劳裂纹长度的原理和方法,并研制了一套基于交流电位法的疲劳裂纹长度测量装置。该测量装置以LabVIEW为平台,构成了虚拟仪器系统,对数据进行采集、分析和处理,实现了可视化操作、自动测量、曲线显示和数据保存等功能。利用该设备测试了Ti1023钛合金和7055铝合金两种材料试样的疲劳裂纹扩展情况。试验结果表明:该设备的分辨率小于1μm,利用该装置可以连续测试电压随疲劳周次的变化曲线,并根据标定关系实时转换成裂纹长度随疲劳周次的变化曲线。

求解予裂试件实时裂纹长度的一种新的直接法

本文提出的估算予裂试件实时裂纹长度的直接法，只需单试件的Ｐ－Ｖ记录和对应静裂纹试件塑性位移有限元解，这就避免了在规则化方法中由于几何函数不确定性对计算实时裂纹长度的影响。这一新的直接法的基础是推广的Ｇａｒｗｏｏｄ—Ｅｒｎｓｔ假设，即予裂试件与对应静裂纹试件在载荷、位移分别相等时其实时裂纹长度也相等。本文用实验验证这一假设，并在此基础上提出推论：这两类试件在Ｐ、Ｖ（和α）分别相等时其弹性和塑性位移分量也分别相等。按照这一推论可对予裂试件实时裂纹长度进行估算。文中的五个算例表明，这一直接法与卸载柔度法符合较好。

确定含环向缺陷压力管道临界裂纹长度的分析研究

本文对含缺陷压力管道裂纹穿透后的失效形式和失效分析方法进行了回顾，得出了确定临界裂纹长度的分析方法的选择图，并在三种载荷条件下，分别推导了含环向缺陷的压力管道临界裂纹长度的求取公式。

裂纹长度对提升机主轴断裂参量的影响分析

针对最危险的一种工况,模拟计算了提升机主轴高应力区半椭圆形表面裂纹附近的应力应变场,分析了不同裂纹长度时主轴各断裂参量的变化规律。研究结果表明,裂纹中心点处的应力和J积分比较小,而应变比较大。裂纹扩展最快的部位并不是裂纹最深处。在相同载荷条件下,裂纹越长,裂纹扩展驱动力越大,裂纹越容易扩展。