ZL114A铝合金本构关系与失效准则参数的确定

针对航空发动机机匣材料ZL114A铝合金,构建描述该材料在较大温度范围下大变形及失效行为的材料模型。通过万能试验机及分离式霍普金森压杆试验装置测试ZL114A铝合金在常温准静态、高温和高应变率下的力学性能,分析温度和应变率对材料流动应力的影响。采用有限元程序和优化算法反求25~375℃内材料的硬化参数,结合高应变率(1310~5964 s^(-1))下材料的动态行为关系,构建包含塑性应变、温度及应变率的经验型本构模型。开展缺口拉伸、缺口压缩等试验并建立相对应的有限元模型,获取材料在不同应力三轴度下的失效应变,标定分段形式的Johnson-Cook(J-C)失效准则参数。通过不同温度下的平板侵彻试验和数值模拟验证失效准则及其参数的有效性。结果表明,ZL114A铝合金具有明显的应变硬化、温度软化及高应变率强化特性;具有应力饱和特征的Hockett-Sherby(HS)硬化模型较为准确地描述材料大变形下的力学行为;构建的材料本构关系可以描述ZL114A铝合金在大应变、宽温度、高应变率下的力学行为;分段形式的失效准则具有预测不同温度下材料失效行为的能力。

不同老化环境下粘接失效准则改进研究

文章通过筛选线性应力组合的方法建立了粘接结构失效准则,将失效准则嵌入到粘接接头仿真模型中,再通过试验与有限元仿真相结合的方法,验证了失效准则的准确性。对比试验与仿真结果,仿真模型展示了不同老化条件下胶层裂纹扩展及失效过程,与实物试验失效过程基本吻合;同时仿真模型计算得出的不同老化条件下失效峰值与试验测得的初始失效载荷相对误差均在20%以内。验证结果表明:该失效准则具有较高的准确性,可用于不同老化条件下粘接结构强度校核,具有较大的理论与工程应用价值。

一种考虑局部颈缩及损伤演化的改进失效准则在铝合金板冲击有限元分析中的应用

为快速准确分析铝合金结构在不同冲击载荷作用下的损伤断裂行为,提出了一种由局部颈缩准则和损伤演化模型相结合的、参数易于校准且适用于粗网格的改进失效准则。采用Fortran语言将自定义失效准则嵌入到LS-DYNA程序中完成二次开发,实现了改进的失效准则在数值仿真中的应用。通过对比分析九组试验与仿真结果,验证了改进的失效准则的适用性和准确性。研究结果表明,改进的材料失效准则具有较低的网格依赖性,能够很好地预测铝合金板的塑性破坏程度,可为铝合金结构冲击强度分析提供技术支撑。

沥青混合料四点弯曲试验疲劳失效准则分析

疲劳病害作为沥青路面常见病害被广泛研究,然而对于应变控制加载下的沥青混合料疲劳失效却缺乏精准的界定。基于损伤力学的疲劳研究方法常将模量衰减50%作为材料失效准则,而能量法利用的累计耗散能同样能较好地表征材料的疲劳损伤。首先,将疲劳加载时模量衰减的第三阶段初始点作为疲劳失效点,并认为与其判定的疲劳寿命相接近的疲劳失效准则为合理的准则;其次,基于疲劳-应变模型对比了5种不同疲劳失效准则下的疲劳寿命拟合优度,根据疲劳失效点的可观察性以及拟合优度进行疲劳失效准则合理性分析;最后,通过比选认为累计耗散能量比能够较好地定位材料的疲劳失效,并将累计耗散能量比变化率偏离稳定期变化率30%作为定量的疲劳失效判定点。

碳纤维开孔层合板拉伸载荷下的失效分析

【目的】研究开孔碳纤维复合材料层合板在拉伸载荷下的失效行为,并确定铺层顺序、铺层角度对极限载荷的影响。【方法】通过Abaqus有限元软件和Hashin失效准则,建立壳单元在拉伸载荷下的失效模型,利用该失效模型进行数值模拟分析。【结果】0°层失效首先发生在孔边,随着孔边失效区域的不断扩大,呈现由X形向沙漏形转变的趋势;在达到极限载荷前,承载力与位移成正比,之后承载力迅速下降,层合板将迅速失效;铺层顺序对层合板的强度影响不大,铺层角度对层合板的极限载荷影响较大。在一定范围内增加±45°铺层的数量,不仅可以延缓层合板的失效,而且可以提高极限载荷值。【结论】研究结果对开孔碳纤维复合材料层合板的实际应用具有指导作用。

考虑多种失效模式耦合的复合材料损伤分析

复合材料的损伤失效形式是多样的,其损伤失效形式包括层合板损伤、胶体裂纹扩展和界面脱黏。为了探讨层合板损伤、胶体裂纹扩展、界面脱黏3种损伤失效之间的内在联系,先利用ABAQUS/Explicit软件建立混合型弯曲(MMB)断裂有限元模型,通过数值仿真结果与实验结果的比较,从而证明MMB模型的准确性。然后结合Hashin失效准则、扩展有限元法(XFEM)和内聚力模型(CZM)来研究3种失效模式的内在联系。结果表明:层合板损伤不仅可以影响界面脱黏失效发生时间,同时也能影响胶体中裂纹扩展路径,为复合材料损伤问题数值分析提供了一定的参考。

铺层对直升机整流罩失效的影响研究

直升机整流罩具有维形整流、包覆天线等作用。在结构设计时,针对实际使用工况,对结构失效模式进行预测,以指导结构设计,提高产品安全性。考虑层合壳的整流罩模型,各层之间纤维铺设角度不同,采用Tsai-Wu失效准则对各层的失效情况进行预测。研究结果表明,铺层角度垂直于载荷方向的纤维层最容易失效。

立体车库钢结构失效模式分析简化模拟及失效准则

基于结构系统可靠性失效模式的概念 ,探讨立体停车库钢结构系统简化模拟方法 ,提出结构系统失效准则的合理性原则 ,即工程结构系统失效不能笼统地定义为结构系统蜕变为机构 ,而应定义为结构系统中某些关键元件失效后 ,整个结构系统失去继续承载能力或完成规定功能的能力。本原则不仅适用于立体停车库钢结构系统 ,而且对于其它结构系统也具有理论与实际指导意义。

基于J-C模型的Q235钢的失效准则

使用Instron材料试验机、霍普金森拉杆(SHTB)对Q235钢试件进行了不同温度下的准静态和动态拉伸实验,研究了温度、应变率及应力三轴度对Q235钢失效应变的影响,结果表明:Q235钢失效应变随温度的升高而增加,随应变率的增加而减小,随应力三轴度的增加先减小后增加再减小。基于实验结果对Q235钢J-C失效模型中的温度项进行了修正,并结合数值模拟提出了基于J-C失效模型的应力三轴度三分段式失效准则,通过Taylor撞击实验和数值模拟对给出的模型相关参量进行了验证,实验与模拟结果吻合较好。

基于不同失效准则的群桩可靠度分析

单桩可靠度分析是群桩可靠度分析的基础,但是由于各国采用的失效准则不同,得到的单桩极限承载力也不同,从而求出的单桩可靠度也不同,因此失效标准的选取对群桩可靠度影响很大。整理了国内外确定单桩极限承载力的失效准则,以国内习惯采用的s–lgt失效准则为基准,定义其他失效准则的偏差系数。同时利用群桩效应和偏差系数给出了不同失效准则下群桩可靠度的计算方法,为统一评价桩基安全提供了理论依据。算例分析表明:采用不同的失效准则得出的可靠度指标不同,且相差较大,但是群桩基础的可靠性并没有改变。因此,在衡量群桩基础的安全性时,要先确定采用的失效准则,仅利用可靠度指标的计算结果衡量基础的安全性会给工程带来安全隐患。另外群桩效应、系统效应、土体类别和承台类型对可靠度也有较大影响,在可靠度分析时,要对其进行充分的研究和分析。

桥式起重机结构可靠性失效准则与剩余寿命评估准则

针对确定可靠性失效准则和剩余寿命评估准则时,未与起重机结构实际相结合的特点,笔者将机电类特种设备钢结构系统的可靠性分析失效准则与结构剩余寿命评估准则有机的统一起来,以桥式起重机结构系统为研究对象,确定了桥式起重机钢结构系统的具体失效准则,即从静强度、疲劳强度、刚度、整体稳定性、局部稳定性以及最大失效路径长度等多方面进行评价。通过对桥式起重机起重量摄动引起刚度失效比重变化结果对比,验证了结果的正确性。该方法可为起重机可靠性与剩余寿命评估做好前期准备,为机电类特种设备安全评估方法提供一条新理论新思路。

核压力容器缺陷验收确定性准则的失效概率分析

在含缺陷结构完整性评定中,即使满足确定性分析要求,结构也会存在发生失效的可能。提出确定性缺陷验收准则所对应失效概率的分析方法,以计算在满足确定性分析要求的临界条件下结构的失效概率。采用该方法可以验证确定性缺陷验收准则是否能够满足结构的概率要求,也可依据概率要求指导确定性缺陷验收准则中安全系数的制定。针对ASME BPVC第XI卷中基于应力强度因子的缺陷验收准则,以正常降温工况和承压热冲击事故工况为例,对一典型含缺陷反应堆压力容器(Reactor pressure vessel,RPV)进行确定性分析和概率分析,得到相应工况下的临界裂纹尺寸及失效概率,并讨论安全系数对含缺陷RPV失效概率的影响。所分析案例表明,ASME标准中规定的安全系数在正常降温工况下尚不能保证RPV临界失效概率低于核安全的概率要求。

橡胶“O”形密封圈结构参数和失效准则研究

利用大变形、接触的非线性有限元理论建立了某固体火箭发动机密封结构的二维轴对称模型,用有限元软件计算出该结构在工作状态下的变形和应力。通过计算可知,在橡胶“O”形密封圈与上下法兰接触的位置产生最大的接触压应力,在密封槽槽口转角位置产生最大的剪切应力。对密封性能的各结构参数进行了分析,讨论了上下法兰张开间隙、初始压缩率、密封槽槽口及槽底倒角半径、密封槽宽、密封圈材料等典型参数的影响:上下法兰张开间隙、密封圈的初始压缩率对最大接触压应力的影响较大,而密封槽槽口和槽底处倒角半径对剪切应力影响明显。三维壳体结构的有限元分析结果表明,上下法兰在内压作用下产生不均匀的张开间隙,体现了三维结构的特点。不均匀的张开间隙与二维轴对称结果对比可知,以最小间隙作为设计间隙,二维轴对称分析模型可取代三维模型来分析该结构的密封性能。最后,确定了“O”形圈密封结构的最大接触应力和剪切应力失效准则。

枚举结构静强度广义可靠性主要失效模式的准则法

考虑模糊和随机因素的影响，提出广义可靠性的枚举结构静强度主要失效模式准则。此准则用模糊截集水平和置信水平定出的元件强度下限值代替原优化准则法中的强度均值，从而使得随机性和模糊性在元件强度变量中的影响得到充分的体现。

防止硫化氢应力腐蚀失效的EFC准则应用及验证

根据欧洲腐蚀协会 (EFC)关于防止SSC的失效准则 ,通过恒载拉伸及三点弯曲试验确定了国产低合金高强钢WH6 10D2的适用环境为含H2 S 10 0× 10 -6的酸性溶液 .同时进行了模拟压力容器现场工况条件的焊板系列试验 ,对EFC准则进行了有效性验证 .结果表明EFC准则有很好的应用价值 .

基于三种强度准则的PBX Ⅰ型裂纹尖端失效区研究

为了描述高聚物粘结炸药(PBX)裂纹尖端失效区域,采用Mohr-Coulomb、Twin-shear和Drucker-Prager强度准则,对PBXⅠ型裂纹尖端失效区进行研究,得到了描述PBX拉压不对称的裂纹尖端失效区表达式。研究表明,Drucker-Prager强度准则综合考虑了材料拉压比、平均应力及偏应力等因素,求解的裂纹尖端失效区相对最大。材料拉压比对裂纹尖端失效区有着显著影响,拉压比越小,材料拉压不对称越严重,裂纹尖端失效区越大。温度对PBX材料综合力学性能影响很大,60℃下裂纹尖端失效区较20℃下显著增大。

一种考虑失效准则模糊性的时变可靠度分析方法

针对工程结构失效准则不确定性的时变可靠度问题,构造了一种考虑失效准则模糊性的时变可靠度分析方法,可处理模糊失效准则下抗力和荷载随时间变化的可靠性计算问题。该方法首先将模糊失效准则下的时变功能函数随机过程进行离散,然后应用模糊集基本理论,引入新的随机变量,得到不同时间段的等效功能函数,最终将模糊失效准则下的时变可靠性问题转化为常规的可靠性问题,通过一次二阶矩方法求解获得时变可靠度和失效概率。最后以某机械零件和齿轮传动为例,分别得出模糊失效准则下的时变可靠度曲线和失效概率曲线,验证了该方法的有效性。

机织物增强双层柔性复合材料拉伸异向性能及其失效准则

为进一步研究织物增强双层柔性复合材料的力学性能,对偏轴向试样的单向拉伸性能进行实验分析,研究了材料的拉伸破坏机制,并比较了2种强度失效准则下的预测值。结果表明:与机织物膜结构材料相比,该种材料表现出明显的拉伸异向性能;相对于Tsai-Hill强度失效准则,调和余弦级数强度失效准则可较好地适应各种破坏模式下失效强度的预测,且这种材料的拉伸性能指标之间表现出非同相特性。

拉伸条件下帘线/橡胶复合材料的失效准则

根据橡胶复合材料单向单层板的失效模式,提出了一个新的复合材料的失效准则,并通过尼龙6-帘线/橡胶复合材料单向单层板的双向拉伸试验数据,对失效准则进行了验证.结果表明,提出的失效准则完全可以用来预测帘线/橡胶复合材料单层板的拉伸失效.

基于应变能密度的单层球面网壳结构失效判定准则

进行基于应变能密度的单层球面网壳地震作用下工作行为分析,意在给出一个合理且较为精确的判断结构动力失效准则。首先,对理想单层球面网壳结构的对数应变能密度(LSED)、以及有初始缺陷的单层球面网壳结构的指数应变能密度(ESED)与加速度幅值(A)关系进行理论推导,给出单层球面网壳应变能密度的表达式,奠定判定其失效的理论基础。然后,应用通用有限元程序对典型单层球面网壳在地震荷载作用下的动力反应进行全过程响应分析,并时时提取出各级动荷载幅值下的所有单元的应变能密度。进而,进行结构应变能密度走向特征分析,揭示单层网壳结构的整体塑性应变能密度积累到一定程度时,结构应变能密度-地震加速度幅值曲线产生转折点。最后,据此特征提出基于结构能量密度的失效荷载判定准则,并与现有判定准则进行比较。