板材冲挤复合成形模拟与裂纹预测

板材冲挤复合成形是一种厚板近净形成形工艺,在汽车零部件精密成形制造中有着广阔的应用前景。文章采用刚塑性有限元法对板材冲挤成形工艺进行了模拟,确定了板材冲挤变形的速度场、等效应力场和等效应变场,揭示了板材冲挤工艺的成形特点。基于J.W.Hancock与A.C.Mackenzie提出的断裂判剧和数值模拟分析,预测了板材冲挤成形裂纹产生位置和主要影响因素。通过实验测定板材冲挤成形中裂纹产生情况,验证了模拟分析结果,对于板材冲挤复合成形工艺设计有指导意义。

金属粉末成形过程的裂纹预测

根据金属粉末成形的工艺过程和裂纹形成原因 ,对裂纹进行了分类 ,运用损伤力学方法分析了金属粉末成形过程中出现各类裂纹的形成机理 ,使用基于 Lee金属粉末压制模型导出了缺陷预测模型 ,模型包含了瞬时应力、应变、相对密度及它们积累作用的影响 ,因此该模型不仅定量地表示瞬时的损伤状态 ,更体现了整个加载过程应力 -应变历史进程对材料产生的劣化作用 ,对单台阶零件压制进行了模拟 ,结果显示裂纹出现在应力三轴度和应变较大部位 。

厚大铸件热裂纹预测方法研究

应用凝固过程中凝固层内应力表达式及热裂纹萌生部位的判别准则 ,提出了依据凝固进程数值模拟的结果预测厚大铸件热裂纹的方法 .对生产条件下的 80 0铸钢车轮及EMC铝合金大板坯热裂纹进行了预测 ,并用常规的热弹塑性方法对计算结果及剖面低倍组织形貌进行了评价 .结果表明 :预测裂纹与计算和实测情况相吻合 ;裂纹沟槽出现在距表面凝固厚度的 2 / 3处 ,它与缩松、缩孔及组织缺陷没有必然的联系 ;

基于细观处理的金属粉末成形中裂纹预测的损伤力学算法

介绍了金属粉末成形中裂纹的种类与成因 ,从理论和应用上详细论述了基于细观处理的损伤力学方法在金属粉末成形中裂纹预测中的应用。分析了这种方法的优缺点。

基于凝固进程数值模拟的铸件裂纹预测方法

根据凝固层内应力表达式及裂纹萌生部位的判别准则，对生产条件下的φ８００铸钢车轮裂纹进 行了预测，并用常规的热弹塑性方法计算的结果及剖面低倍组织形貌进行了评价，结果表明：预测裂纹与 计算和实测情况吻合；裂纹沟槽出现在距表面凝固厚度的 ２／３处，它与缩松、缩孔及组织缺陷没有必然的 联系；

一种改进的Lemaitre断裂准则及其在弯曲成形裂纹预测中的应用

针对弯曲成形中的裂纹缺陷,应用Lemaitre韧性断裂准则,同时考虑应力三轴度,最大主应力比,以及塑性应变对损伤的影响,对Lemaitre准则进行改进,有效预测了弯曲成形中金属板料的成形极限。以7075-T6铝合金为研究对象,模拟得到该合金板材的裂纹产生条件,获取改进的Lemaitre准则材料参数,确定破裂阈值。对6 mm厚7075-T6铝合金板材进行三点弯曲实验,并观察其金相组织。对其产生裂纹时的压下量与断裂准则所得的理论压下量进行比较,验证了改进后断裂准则对裂纹预测的准确性。通过对比产生裂纹时的压下量,结果表明,改进后的Lemaitre断裂准则所得理论压下量为9.7 mm,与模拟和实验结果一致,证明改进后的Lemaitre准则对弯曲成形裂纹预测具有一定的准确性。

基于多项式混沌展开的钢结构局部裂纹识别

裂纹预测是结构健康监测领域的重要研究内容之一。利用多项式混沌展开代理模型(Polynomial chaos expansion, PCE),对钢梁结构的局部损伤情况进行了预测。代理模型采用初始样本建立响应与损伤参数的联系,以替代原有的结构响应及其物理参数,在损伤识别时有效降低了重复调用有限元软件划分网格的频率以及有限元计算所需的时间,提高了识别效率,并采用Bregman迭代和贪心坐标下降法结合的稀疏PCE构造算法。数值算例和实验研究表明:PCE模型预测精度和计算效率均远远高于蝴蝶优化-人工神经网络模型(BOA-ANN)、粒子群优化-人工神经网络模型(PSO-ANN)和遗传优化-人工神经网络模型(GA-ANN),在简支梁结构和板结构中效果显著,为工程结构损伤识别与评估提供了理论方法。

Nb-Mo系X80管线钢焊接冷裂纹敏感性的研究与预测

通过插销试验获得Nb-Mo合金化的X80管线钢焊接冷裂纹下临界应力,分析发现Nb-Mo合金化的X80管线钢具有较小的冷裂敏感性.测量了不同焊接工艺条件下的焊接热循环参数、焊接热影响区最高硬度、熔敷金属初始扩散氢含量,和冷却到50℃时的残余扩散氢含量,建立了Nb-Mo合金化的X80管线钢冷裂纹判据公式,并对判据进行了分析.结果表明,在低氢条件下,钢的抗冷裂能力随着热影响区最高硬度的增大而提高;高氢条件下,钢的抗冷裂能力随着热影响区最高硬度的增大而降低;在试验硬度范围内冷裂倾向随残余扩散氢含量的增加而增大.

焊接凝固裂纹数值模拟与预测系统后处理设计

设计了三维焊接凝固裂纹的数值模拟与预测软件系统,使普通的焊接技术人员可以简便地实现焊接凝固裂纹的数值模拟与预测.系统由三部分组成:前处理、后处理和凝固裂纹预测部分.文中利用工程应用软件的图形函数和矩阵运算函数库对系统后处理进行了设计,实现了对前处理模拟结果的数据处理,处理后的结果以平面曲线、云纹图和三维立体图的形式提供给用户;凝固裂纹预测部分将横向可调拘束试验得到的材料凝固塑性曲线处理,回归成材料的凝固裂纹阻力曲线,并与系统计算得到的凝固裂纹驱动力曲线进行对比,从而实现对焊接过程中凝固裂纹问题的预测.

基于光纤布拉格光栅阵列的铝合金疲劳裂纹预测方法

针对铝合金结构服役过程中的疲劳裂纹监测问题,提出了一种基于光纤光栅传感阵列的疲劳裂纹实时监测方法。首先,结合扩展有限元技术获得裂纹扩展过程的应变场分布特征,进行传感器布局设计;其次,通过疲劳加载实验获取加载次数、裂纹长度对波长峰峰值的响应特征,采用三参数指数法进行疲劳扩展a-N(其中N为加载次数,a为裂纹长度)曲线拟合;在实验数据基础上,采用梯度提升回归树算法搭建疲劳损伤预测模型,并将其与线性回归、支持向量两种方法进行对比,选取可释方差、平均绝对误差、平均方差、决定系数和五折交叉验证等多种指标进行模型评估。结果表明,梯度提升回归树算法对疲劳裂纹长度的预测效果最佳。

基于神经网络的裂纹扩展过程预测

提出基于神经网络的裂纹扩展过程实时预测方法,其计算效率比近场动力学(peridynamic,PD)模型提高。使用PD算法获取裂纹扩展过程中的损伤云图,构建裂纹扩展数据集。基于数据集构建生成对抗网络(generative adversarial networks,GAN)模型,根据不同加载条件实时生成损伤云图,从而快速预测裂纹的扩展过程。将PD模型计算得到的损伤云图中的RGB值与相应位置处的损伤值结合,构建多层前馈神经网络模型的数据库,并使用多层前馈神经网络模型分析GAN模型产生的损伤云图,得到相应的损伤值。通过数值算例证明该方法的效率和准确性。

基于裂纹尖端塑性应变能对2024铝合金疲劳裂纹扩展寿命进行预测

通过二维弹塑性有限元计算得到I型静态裂纹在常幅疲劳载荷下裂纹尖端塑性应变能,进而获得裂纹尖端塑性应变能和应力强度因子幅值的非线性关系;根据能量平衡概念,建立了裂纹扩展速率与裂纹尖端塑性应变能的关系。由此得到一种基于裂纹尖端塑性应变能的疲劳裂纹扩展寿命预测模型,利用该模型预测了中心裂纹平板的疲劳裂纹扩展寿命,预测结果与试验值吻合得很好。

基于损伤力学的含夹杂粉末高温合金FGH96低周裂纹萌生寿命预测

研究FGH96粉末高温合金中夹杂物对低周疲劳寿命的影响,提出基于损伤力学理论的低周裂纹萌生寿命预测模型,在建立损伤演化方程后提出损伤表征参数。对含夹杂物和不含夹杂物的粉末高温合金试样在530℃和600℃下进行疲劳试验,并对具有椭圆形、半椭圆形、多边形和条形表面/亚表面夹杂物的试样进行模型验证,然后通过有限元模拟进行应力分析,并计算预测寿命。结果表明,预测寿命和实验寿命之间具有令人满意的一致性。

含埋藏球形缺陷管道蠕变裂纹萌生寿命的预测

文中利用有限元方法,实现了高温条件下对含埋藏球形缺陷管道蠕变裂纹萌生时间的计算和预测,建立了108个有限元模型,涵盖了广泛的尺寸因素和载荷因素:3种径厚比(R_i/T),3种缺陷尺寸(a/T),3种缺陷位置(e/T)和4种内压(p).提出一个新的参量——平均等效应力,它不仅能够表征整个蠕变过程的应力状态,也能表征整个蠕变过程的损伤发展.通过非线性回归分别得到蠕变裂纹萌生时间与平均等效应力的函数关系以及径厚比(R_i/T),缺陷尺寸(a/T),缺陷位置(e/T)和内压(p)与平均等效应力的函数关系,从而得到各尺寸因素(R_i/T,a/T,e/T)和载荷因素(p)与裂纹萌生时间的函数关系,即蠕变裂纹萌生时间预测公式.

多次激光喷丸作用下TC4钛合金的疲劳性能及微裂纹扩展预测模型

对TC4钛合金板进行不同次数激光喷丸处理,再进行高周疲劳试验,研究了其疲劳性能及断裂机理;基于残余压应力及晶界介微观尺寸对微裂纹扩展的阻滞作用,采用抑制参数、张开应力强度因子、残余应力强度因子对Paris公式进行修正,建立了激光喷丸处理后疲劳微裂纹扩展预测模型,并进行了试验验证。结果表明:随着喷丸次数增加,TC4钛合金的疲劳强度增大,疲劳寿命延长,断裂方式由脆性断裂向韧性断裂转变;疲劳微裂纹预测模型预测得到的疲劳寿命与试验值的相对误差小于10%,说明模型准确。

基于应变监控数据的金属结构疲劳裂纹量化模型研究

实时获取金属结构的疲劳裂纹长度是开展飞机单机寿命监控和剩余寿命估算的基础。采用深度学习方法,提出了一种基于应变监控数据的金属结构疲劳裂纹长度预测模型,通过构造循环对抗网络模型、裂纹尺寸的分类模型和裂纹长度的量化模型,分别实现了含裂纹结构的应变试验数据与有限元模型数据的映射、裂纹尺寸范围的准确分类、裂纹长度的精确量化。将上述方法应用于中心带孔金属板在随机载荷谱下的疲劳裂纹监测,有效实现了疲劳裂纹长度的实时预测。与试验结果对比表明,单孔板的孔边疲劳裂纹长度预测误差小于1 mm,满足工程实际的需求。

烧结混料机筒体的裂纹扩展速度与寿命预测

应用有限元方法对烧结混料机的关键部件筒体的应力、变形进行了分析研究,得到了筒体的应力云图和变形云图;对筒体的裂纹扩展规律及影响裂纹扩展的因素进行了分析,将有限元分析的结果与断裂力学的相关理论结合起来,对烧结混料机筒体进行了裂纹扩展速度预测和剩余寿命预测;分析了裂纹预测曲线与实测值曲线之间的相对误差,验证了预测方法的有效性。

采用Mindlin理论预测分析滚动微动疲劳裂纹萌生

针对滚动柱面过盈配合面的滚动微动失效形式,建立了预测微动裂纹萌生位置的控制模型,该模型应用控制参数W,综合考虑了接触面上的拉应力、剪切应力、摩擦系数、分布区域等主要裂纹萌生影响参数,对微动裂纹的萌生位置进行了预测。应用该预测模型对实际失效轴承裂纹萌生位置进行了预测,并与实际轴承失效的微观特征进行了对比,验证了预测模型的正确性。

实测载荷谱疲劳裂纹曲线预测模型

采用历时8年实测载荷谱进行裂纹扩展实验,构建预测裂纹长度的新陈代谢模型并对比试验结果与预测结果在不同条件下的误差,分析结果表明:该模型结合无损检测技术,无需大量试验拟合材料常数即可有效预测裂纹长度,预测结果准确;能够减少载荷分散性和材料分散性对于预测结果的影响,大幅提高预测结果可靠性;该模型也可以应用于腐蚀疲劳环境中的裂纹长度预测。

H Boost.R算法及航空铝合金裂纹扩展预测

使用含有两孔及三孔的铝合金平板进行疲劳裂纹扩展试验并得到试验数据。将HBoost算法应用于回归问题,定义了回归形式的熵度量,得到了适用于回归问题的HBoost.R算法,建立了HBoost.R预测裂纹长度模型。此模型的均方根误差小于标准差,且采用五折交叉验证得分较高、结果平稳。结果表明,模型的预测效果较好,且在载荷形式相同的情况下,可以以两孔孔间裂纹规律预测三孔孔间裂纹规律。