基于FRANC3D和LSTM的桥梁钢桁架裂纹寿命预测

为了对裂纹疲劳寿命进行快速准确预测,针对常用的疲劳实验和数值仿真实验中各自存在的实验条件受限、计算步骤繁琐、计算过程耗时较长等问题,以大型桥梁钢桁架中的裂纹为研究对象,提出一种结合裂纹分析软件FRANC3D和长短期记忆(long short term memory,简称LSTM)网络模型的裂纹疲劳寿命预测方法。首先,建立钢桁架的有限元模型,通过裂纹分析软件FRANC3D进行疲劳裂纹扩展分析并建立相关数据集;其次,通过疲劳裂纹的扩展仿真数据关注裂纹的扩展状况,收集裂纹特征信息对裂纹疲劳寿命进行预测。实验结果表明,所提出的方法具有较高的预测准确性,同时极大地提升了训练速度,可为裂纹疲劳寿命预测提供参考。

基于ABAQUS/FRANC3D的钢轨三维表面裂纹的扩展分析

为分析钢轨三维表面裂纹在轮轨载荷作用下的疲劳扩展路径和应力强度因子的变化,研究钢轨剥离掉块的损伤机理。运用Fortran语言编写用户子程序DLOAD和UTRACLOAD施加轮轨接触应力,利用有限元软件ABAQUS和FRANC3D模拟车轮在钢轨上的移动并分析钢轨三维表面裂纹的应力强度因子随车轮移动的变化情况,并基于PARIS公式和最大周向应力准则对钢轨三维表面裂纹的疲劳扩展行为进行分析。结果表明轮轨载荷仅为赫兹接触压力时,车轮在钢轨表面滚过,裂纹前缘距钢轨表面越深,越易发生扩展,裂纹主要在钢轨的深度方向扩展,可使半圆形裂纹变成长轴在深度方向的椭圆形裂纹;轮轨载荷为赫兹接触压力和滑动摩擦力共同作用时,随着车轮循环次数的增加,表面裂纹的等效应力强度因子Keq不断增大。车轮作用会使距钢轨表面越近的裂纹前缘越易发生扩展,裂纹主要向钢轨的宽度方向扩展,使半圆形裂纹变成形状较为复杂的长轴在钢轨宽度方向的近椭圆形裂纹。

基于FRANC3D的采煤机行走轮齿根仿真研究

基于疲劳破坏的基本特点,提出一种基于FRANC3D的采煤机行走轮齿根仿真分析方法。此方法需要先构建采煤机行走轮齿根模型,然后以此为基础开展仿真分析,进而通过仿真模拟的方式确认不同因素对齿根强度应力因子的影响规律,进而为后续采煤机行走齿轮齿根结构优化提供一定理论参考。

基于FRANC3D环境的高强度螺栓应力腐蚀断裂仿真研究

为研究某产品轴承基座高强度连接螺栓使用中发生的延迟断裂失效问题,笔者应用三维裂纹扩展软件FRANC3D对该型螺栓断裂过程进行计算仿真,通过对材料参数的设定体现环境对整个断裂过程的影响,从而达到探索性地对应力腐蚀断裂仿真进行研究的目的。将裂纹扩展后的仿真结果与螺栓实际宏观断口相比较,仿真结果基本符合螺栓实际断裂情况。

基于FRANC3D的三维疲劳裂纹扩展的数值模拟

介绍了三维断裂分析软件FRANC3D(Fracture Analysis Code in 3 Dimensions)以及相关原理,详细说明了FRANC3D对于复合型裂纹断裂的判定依据、断裂后新裂纹前缘面的形成过程以及软件进行疲劳裂纹扩展计算的一个完整过程。最后,由应用实例验证了FRANC3D预测疲劳裂纹扩展路径及构件寿命的准确性。

基于Franc3D的水陆两栖飞机涉水结构损伤容限分析

针对两栖飞机涉水结构服役的腐蚀环境及包含水面起降冲击的随机载荷共同作用,在运输机TWIST标准载荷谱的基础上,加入水动力载荷对应的载荷水平及频次,编制了涉水结构的模拟随机载荷谱;运用Willenborg/Chang超载迟滞模型考虑了水动力高幅超载对结构裂纹扩展的迟滞效应,建立了水陆两栖飞机涉水结构损伤容限分析的工程方法。以某型飞机典型涉水结构的常见孔边裂纹为例,利用Franc3D裂纹扩展分析软件分析了涉水结构在腐蚀环境、随机载荷谱共同作用下的裂纹扩展寿命,并通过剩余强度分析确定了保持结构适航性的检查门槛值和检查间隔。文中提出方法简易可行,为水陆两栖飞机涉水结构损伤容限分析及维修计划制定提供了理论依据。

基于FRANC3D计算三维疲劳裂纹最大应力强度因子

文中建立了三维模型并借助边界元分析软件FRANC3D采用边界元法计算了三维表面裂纹前沿不同位置处的应力强度因子,说明了FRANC3D基于的边界元理论计算半椭圆型表面裂纹应力强度因子的过程,并与理论公式计算结果相比较。结果表明,软件计算结果与理论解误差较小,裂纹最深处应力强度因子最大。

三维断裂分析软件FRANC3D教程浅析

介绍了三维断裂分析软件FRANC3D(FRacture Analysis Code in 3 Dimensions)的各个组成部分以及在学习过程中应该注意的问题和常见的错误,就其初级教程的内容及原理做简单说明,以减少在以后应用软件的过程中产生错误。

一种基于FRANC3D的高压气瓶安全性评定的新方法

介绍了边界元法计算应力强度因子的方法和原理,利用FRANC3D软件建立了不同尺寸的半圆形表面裂纹的三维模型,计算了裂纹尖端的应力强度因子值,并与Newman-Raju理论公式的计算结果进行比较。结果表明了该软件具有较高的精度。结合蒙特卡罗方法,举例说明15MnMoVN钢高压球形气瓶的疲劳失效评定和疲劳寿命预测过程,为高压气瓶的安全性评定提供了一种新方法。

基于FRANC3D的盾构机主轴承疲劳作用机理研究

以盾构机主轴承为研究对象,对主推滚道的接触疲劳作用机理进行了有限元分析。由于盾构机主轴承尺寸过大,采用简化的主推滚道接触模型进行有限元分析;通过对比滚道接触应力的理论解与数值模拟解,验证了数值模型的有效性。基于FRANC3D在滚道表面插入一个半椭圆形裂纹,研究了载荷和表面摩擦因数对主推滚道疲劳损伤的影响规律。

基于ABAQUS/Franc3D的孔边疲劳裂纹扩展分析

为了研究孔边疲劳裂纹扩展规律,联合有限元建模软件ABAQUS和断裂力学分析软件Franc3D对不同角度初始孔边裂纹扩展过程进行仿真,得出应力强度因子的变化趋势,并对孔边裂纹在随机疲劳载荷作用下的疲劳裂纹扩展过程进行仿真,得出裂纹扩展长度-载荷循环次数(a-N)曲线。结果表明:在疲劳载荷作用下与水平方向夹角越小的初始裂纹扩展速率越大,结构剩余寿命越短。联合仿真方式为飞机损伤容限设计和评估结构剩余寿命提供一种分析方法。

基于FRANC3D的飞机蒙皮谱载疲劳裂纹扩展分析

为了研究飞机蒙皮谱载疲劳裂纹扩展情况,建立含裂纹蒙皮有限元模型,利用FRANC3D裂纹分析软件计算蒙皮三维裂纹前缘应力强度因子,研究不同网格参数对计算结果的影响,并与解析解进行比较,确定裂纹前缘网格参数取值范围,然后对蒙皮表面裂纹在随机疲劳载荷谱下的裂纹扩展过程进行分析,得出裂纹扩展长度-载荷循环次数曲线,该曲线对于采用数学模型评估结构剩余寿命方面具有一定的参考价值。

裂纹稳定扩展的FRANC3D研究

文章介绍了三维断裂分析软件FRANC3D的功能及优势,通过算例的FRANC3D数值计算结果与理论计算值、FRANC2D数值计算结果比较,验证该软件模拟裂纹稳定扩展的可靠性。

基于ABAQUS和FRANC3D的铝合金裂纹扩展试验研究

本文以铝合金试样作为研究对象,采用有限元仿真软件ABAQUS与裂纹扩展软件FRANC3D相结合的方法,进行铝合金的疲劳裂纹扩展试验仿真。首先,通过疲劳裂纹扩展试验及光学显微镜的裂纹形貌研究,获得疲劳裂纹扩展次数及裂纹扩展形貌;其次在有限元仿真平台ABAQUS中建立试验静力学模型;最后基于裂纹扩展软件FRANC3D预制初始裂纹,采用奇异性网格划分,并采用最大周向力准则进行裂纹扩展仿真,以及借助Paris公式计算剩余寿命。结果发现:基于ABAQUS和FRANC3D的铝合金裂纹扩展试验仿真与现实裂纹扩展试验结果有很好的一致性;并通过计算应力强度因子判别此裂纹扩展为I型(张开型)裂纹,从而得到裂纹更清晰有效的演化过程。

激光沉积TA15钛合金的裂纹扩展行为

采用标准CT试样测定了激光沉积TA15钛合金疲劳裂纹扩展速率,结合微观组织、裂纹扩展路径以及断口形貌分析疲劳裂纹扩展机理;并基于ABAQUS与FRANC 3D联合仿真的方法,模拟裂纹尖端应力强度因子并进行寿命预测。结果表明,激光沉积制造态的裂纹扩展速率低于锻造态,裂纹主要穿过片状α相(αl),少量沿αl扩展,稳定扩展区清晰可见疲劳条纹,并伴随大量的二次裂纹,瞬断区为典型的韧性断裂。另一方面,ABAQUS与FRANC 3D联合仿真计算的应力强度因子与理论值吻合较好,预测寿命相对误差低于5%,且证实了预测结果保守,验证了模拟分析的可靠性,确保了工程应用中的安全性。

2024-T4铝合金FSW接头疲劳裂纹扩展行为及寿命预测

基于ABAQUS与FRANC 3D联合仿真的方法,对2024-T4铝合金搅拌摩擦焊接头预制裂纹于不同部位的紧凑拉伸试样进行裂纹扩展分析以及寿命预测,并深入分析不同部位裂纹扩展行为存在差异性的原因.结果表明,随着裂纹长度的不断延长,裂纹尖端应力强度因子随之增大,且裂纹向前扩展路径基本沿直线扩展,ABAQUS与FRANC 3D联合仿真方法分析不同部位的裂纹尖端应力强度因子和裂纹扩展路径的理论计算和试验结果基本吻合,验证了分区域进行联合仿真的模型精度满足要求.不同部位裂纹扩展试样寿命预测结果与试验结果的相对误差均在5%左右,对焊接接头分区域联合仿真进行寿命预测是准确可行的.裂纹位于不同部位的扩展试样断口处的疲劳辉纹间距不同导致预制裂纹于3个部位的疲劳寿命由低到高为:热影响区、垂直于焊缝方向、焊核区.

内置硬质α缺陷的TC4疲劳寿命试验研究

硬质α缺陷是TC4钛合金冶金过程中不可避免引入的一种缺陷,性质与钛合金基体差异较大,因而成为影响钛合金部件可靠使用的重要因素。为探究硬质α缺陷对于钛合金试件疲劳寿命的影响规律,克服冶金过程中产生硬质α缺陷尺寸不可检出的困难,制备了内置硬质α缺陷的TC4钛合金试验件,开展了低循环疲劳试验。采用面积等效法将夹杂尺寸等效为裂纹,并结合Franc3D程序,确定了内置不同含氮量的硬质α缺陷试验件裂纹萌生寿命。从试验结果中分析可得,硬质α缺陷会降低TC4钛合金的疲劳寿命,但存在一个含氮量的阈值。

基于裂纹扩展的齿轮弯曲疲劳寿命仿真分析

从齿轮内部存在缺陷这一事实出发,研究不同载荷、不同缺陷位置对齿轮寿命的影响.根据齿轮无损探伤验收标准设定的初始缺陷,应用边界元分析软件FRANC3D(fracture analysis code in 3dimensions)计算了裂纹前沿不同位置处的应力强度因子,对齿轮在不同载荷条件下进行裂纹扩展的仿真,得到不同载荷条件下载荷循环次数与裂纹长度关系曲线及齿轮寿命与齿根应力幅值曲线.

有限宽切槽对CCNBD断裂试样应力强度因子的影响

国际岩石力学学会(ISRM)在1995年提出一种新型的岩石断裂韧度试样——人字形切槽巴西圆盘试样(cracked chevron notched Brazilian disc——CCNBD),对该试样的一个重要力学参数即最小无量纲应力强度因子的标定,以前的分析和计算都没有考虑切槽宽度的影响。然而试样切槽的宽度受切割刀具厚度所限,不能为零。当试样较小时,切槽宽度则相对较大。通过三维边界元计算分析表明,切槽宽度越大,无量纲应力强度因子的标定值就越大;对于ISRM推荐的CCNBD标准试样,得出其最小无量纲因子值为0.954,这比ISRM给出对应值0.84要大13.6 %。同时,小裂纹应力强度因子曲线的变化趋势也发生了质的变化,这可能会导致实验的失败。推荐最小无量纲应力强度因子的标定采用考虑切槽的三维分析。

海洋导管架平台焊接节点低周疲劳性能

为了研究海洋平台中焊接节点的低周疲劳性能,设计了海洋用钢DH36钢的标准拉伸试件和角焊缝试件,进行材料性能和节点静力拉伸实验;其次进行铜加速乙酸盐雾实验,并将其当量折算为海洋环境谱作用,完成非腐蚀和腐蚀节点试件的对照低周疲劳实验,得到节点试件疲劳性能;通过ABAQUS与FRANC3D的交互,针对角焊缝试件的3种初始裂纹进行裂纹扩展模拟,提出疲劳寿命评估方法.研究结果表明:焊接缺陷比短期腐蚀作用对试件疲劳寿命的影响更大;采用焊根双边贯穿裂纹计算角焊缝试件低周疲劳寿命,具有较高的可靠性.