基于GISSMO损伤模型的高强度钢碰撞失效行为研究

为了研究不同失效模型对碰撞仿真结果的影响,以期准确描述材料的失效行为。以船用高强度钢EH36为研究对象,设计2个温度下不同应力状态的材料拉伸试验,得到其不同温度下的力学性能、载荷和位移数据,将试验结果与拉伸仿真联合,反求出广义增量应力状态依赖损伤模型(GISSMO)的参数;构建冰体与船体板架的碰撞仿真,对比不考虑失效,考虑V-M失效准则以及GISSMO损伤模型的仿真结果。结果表明,考虑GISSMO损伤模型相比于V-M失效准则,碰撞力峰值和板架吸能情况都有所减小。由于GISSMO损伤模型考虑了不同应力三轴度对材料失效的影响,所获得的损伤形态更接近于真实情况,因此GISSMO损伤模型能较好预测EH36钢材的变形及失效行为。

基于GISSMO失效准则的1500 MPa热成形钢断裂失效模型分析

以CR1000/1500HS为研究对象,基于GISSMO断裂失效准则,设计表征不同失效形式的5种测试试样;基于万能拉伸试验机和DIC测试系统,获取不同试样拉伸过程的力-位移曲线和断裂时刻的极限塑性应变;基于LS-DYNA搭建各失效试样的仿真分析模型,提取各试样断裂区域的应力三轴度;拟合获得断裂失效曲线和塑性失稳曲线,迭代获取其他模型参数;采用车门防撞梁动态三点弯曲冲击试验和仿真模型对承载特性进行分析;对比GISSMO失效模型、传统应变失效模型与试验测试的力-位移曲线差异,以验证失效模型的准确性。结果表明:Swift和Hockett-Sherby混合硬化模型可准确描述材料的塑性变形行为,关键参数误差小于5%;GISSMO失效模型获得的车门防撞梁承载特性关键参数和承载力-位移曲线与试验测试结果保持一致,误差低于5%;而采用传统应变失效准则获得的结果误差较大,最大位移的误差达到30%;表明基于GISSMO失效准则的材料模型可以准确表征CR1000/1500HS的塑性变形行为及断裂失效行为。

基于Gissmo失效模型的6016铝合金板材断裂行为研究及应用

准确预测金属板材在成形过程中的失效行为是当前面临的挑战。许多试验表明,金属材料的断裂失效行为伴随着强烈的应变路径依赖性。Gissmo失效模型采用非线性方式计算损伤积累,考虑材料的应力状态对断裂失效应变临界值的影响,适用于预测金属材料在不同应力状态下的断裂行为。以汽车用6016铝合金板材为研究对象,设计六种反映材料不同应力状态的试样,通过试验结合有限元仿真对标的方法,校准Gissmo失效模型中的参数。将Gissmo失效模型用于预测铝合金板材汽车发动机罩内板在冲压过程的断裂失效问题,并对数值模型计算结果进行试验验证。结果表明,与传统成形极限图相比,Gissmo失效模型的计算结果与试验结果更加吻合,铝合金汽车发动机罩内板样件均未出现裂纹区域,表明Gissmo失效模型适合用于准确预测6016铝合金板材的断裂行为。

考虑成形损伤的DP980钢板GISSMO失效模型开发及试验验证

以第3代超高强钢DP980为研究对象,设计6种特征拉伸试样来获取不同的应力状态,以及应变路径下的极限应变,开发GISSMO失效模型并完成试样级别的仿真标定,同时基于单向拉伸试样的对标获取网格尺寸修正系数。以理论推导的方式计算帽形梁的折弯损伤,确定折弯半径,设计帽形梁准静态三点弯曲试验和帽形梁动态轴向压溃试验,基于已开发的GISSMO失效模型,利用DYNA完成帽形梁折弯仿真并获取折弯后的初始损伤,最后引入初始损伤并完成试验的仿真对标。结果表明,考虑初始损伤后,GISSMO失效模型的仿真结果与试验结果更吻合,表明在发生较大的加工初始损伤时必须考虑成形初始损伤。

基于核机器的加速失效时间模型及其应用

加速失效时间模型是一种应用广泛的生存分析模型。本文借助LASSO惩罚剔除冗余预测变量,构建基于核机器的加速失效时间模型,用以刻画预测变量与生存期间的复杂关系。此外,提出一种新的正则化Garrotized核机器估计方法,可以较好地刻画预测变量与生存期潜在的非线性关系,实现非参数分量中预测变量间交互作用的自动建模,提升模型预测精度。模拟研究表明,与已有的代表性方法相比,本文提出的方法对生存期的预测精度更高,特别是在复杂关系情形下优势更为显著。最后,将该方法应用于胃癌数据分析,利用临床信息和基因表达预测生存期和风险评分。实证结果显示,该方法能为病例基于风险分层的临床精准诊疗方案设计提供有益的参考。

复杂金融网络级联失效模型仿真及可靠性分析

复杂网络中级联失效现象会导致网络大面积崩溃进而导致一系列灾难性后果,通过对其建模、仿真和定量分析可以有效预防和解决级联失效问题。本文在复杂网络理论基础上,基于复杂网络的动力学特征和级联失效机理,运用图论语言建立了金融网络模型;首次将级联失效经典模型运用到复杂金融网络研究中,提出了金融网络级联失效模型。然后通过仿真定量分析了不同条件下金融网络级联失效模型的可靠性,验证了模型的有效性,有助于复杂金融网络失效的预防及进一步研究。研究发现:第一、在金融网络级联失效模型仿真过程中,增加迭代次数,会导致网络效率下降,节点失效率上升。当网络受到蓄意攻击时,网络效率迅速下降,节点失效率快速上升;网络受到极大冲击,且这种冲击远大于随机攻击情况下。第二、同一种攻击方式下,提升风险容忍系数α,有助于提高网络效率、降低失效率,提升网络可靠性,甚至可以避免网络级联失效的发生,但这会付出相应的成本。

工程项目组合风险扩散模型的级联失效分析

为构建符合工程项目组合特点的风险扩散模型,解决风险扩散问题。本文考虑风险扩散的双关系载体—项目交互关系和风险因素逻辑关系,构建工程项目组合风险扩散的双层相依网络模型,运用级联失效理论提出风险扩散规则,通过数值仿真分析风险扩散特征。仿真结果发现:工程项目组合中,双层网络模型能够反映风险在项目和风险因素双关系载体中的扩散特征;与单层网络风险扩散模型相比,构建的模型展现出差异性的风险扩散效应,风险扩散在工程项目组合中表现出更剧烈的级联失效过程。风险扩散模型作为工程项目组合风险扩散问题的前置性研究,为进一步风险扩散网络稳定性的研究提供新思路和启发。

基于稳态集-射极饱和电压的IGBT功率模块疲劳失效模型的研究

随着绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor, IGBT)功率模块在民用和军用领域应用的不断深入,IGBT功率模块在长时间电-热应力下的疲劳老化问题越来越突出。本文基于半导体物理和器件可靠性理论,研究IGBT功率模块封装失效的产生原因,分析焊料层和键丝失效的作用机理和表现特征。在研究IGBT通态电压模型的基础上,提出了一种基于稳态集-射极饱和电压的IGBT功率模块疲劳老化模型,实现对焊料层疲劳和键丝疲劳等封装老化问题的综合表征。搭建IGBT功率模块的电-热老化实验测试平台,进行了功率循环老化实验验证,结果表明本文模型可以较为准确地评估IGBT功率模块封装的疲劳老化程度。

民用飞机非包容性转子失效模型研究

服役经验表明,由于各种复杂因素,航空发动机和辅助动力装置非包容性转子失效仍会发生。为了分析发动机和辅助动力装置非包容性转子失效给飞机带来的危害,结合咨询通告AC20-128A的要求以及飞机设计的工程经验,开展了不同类型的转子失效模型设计研究。首先介绍了不同类型的碎片定义,其次根据不同的设计要求以及适应场景对转子失效模型进行了定义与分类,最后对不同的转子失效模型的构建方法、设计要点及应用进行了阐述,对于民用飞机发动机和辅助动力装置非包容性转子失效模型的设计与工程应用具有一定的指导意义。

动力荷载下结构非线性概率模型参数估计及失效概率预测

文章提出基于贝叶斯推理的结构非线性概率模型参数估计方法,结合非线性参数的后验概率分布估计结果,实现结构在动力荷载作用下的失效概率预测。利用结构实测加速度响应作为输入,构建贝叶斯推理的似然函数,采用过渡马尔可夫蒙特卡洛(transitional Markov chain Monte Carlo,TMCMC)算法估计非线性概率模型参数的后验概率分布。当模型参数的后验概率分布被计算之后,利用更新后的参数后验概率分布作为输入,通过随机抽样算法预测结构在动力荷载作用下的失效概率。为验证方法的可行性,对地震荷载作用下的5层钢框架结构进行数值模拟,通过钢框架结构的缩尺振动台试验进一步验证该方法的有效性。研究结果表明:该方法能够准确实现非线性模型参数的后验概率密度计算,能够对结构在地震荷载下的失效概率进行有效预测。

基于GISSMO损伤模型的DH590高强钢断裂失效行为研究

以DH590高强钢为研究对象,分别采用Swift硬化模型和修正的幂函数(MPL)硬化模型描述了材料的塑性流动行为,仿真结果显示MPL硬化模型单轴拉伸工况下的载荷-位移曲线与试验吻合更好,表明MPL模型更适合描述DH590高强钢的硬化行为。设计了4种不同应力状态的试验,采用数字图像处理技术(DIC)获得了DH590高强钢在不同应力三轴度下的断裂极限应变,通过参数拟合建立了DH590高强钢的修正的Modified Mohr-Coulomb(MMC)断裂极限模型和Jchnson-Cook(JC)断裂极限模型,并利用LS-OPT软件对GISSMO损伤模型进行了参数识别。在R20缺口拉伸试验中,与试验结果相比,GISSMO损伤模型和JC损伤模型预测的断裂位移相对误差分别为0.27%和7.2%,表明GISSMO模型能够较好地预测DH590高强钢的断裂失效行为。

多因素耦合失效模式下地铁施工安全系统与管理模型

为提升地铁施工安全管理效果,减小地铁坍塌事故的发生,分析地铁施工事故风险因素。首先,分析事故致因中人群-机群的多因素耦合模式;然后,借助事故致因“2-4”模型(24Model)和广义安全模型(GSM),构建地铁施工安全系统管理模型;最后,将人群-机群系统多因素耦合失效模式应用于已有的16起地铁施工坍塌事故,统计得到14个人群与6个机群致因因素,分别给出其多因素耦合模式及作用路径,并计算风险等级。结果表明:地铁施工人群-机群的多因素耦合效应包含6种模式和14条作用路径。地铁施工安全系统管理模型分为目标层与匹配层,其中,匹配层主要是将事故原因与安全防线相匹配,包括微匹配、中匹配和宏匹配3个层面。并基于地铁施工安全系统管理模型,给出地铁坍塌事故预防安全管理“三道防线”。

基于Gissmo失效准则的DP590双相钢和热成形钢的断裂特性研究

首先对车身上常用的DP590双相钢和热成形钢进行了6种不同应力三轴度下的试验研究,获取了材料的基本力学特性。使用Ludwike硬化模型获取了材料颈缩后的真实塑性应力-真实塑性应变曲线,并通过对比颈缩较小的纯剪切工况仿真模拟结果与试验结果验证了外插曲线的正确性。通过仿真逆向优化的方式,使用LS-OPT软件获取了可以描述材料非线性损伤的Gissmo失效模型参数。为快速准确地获取模型参数,提出了一种获取待优化参数初始值并采用不同应力三轴度区间开展模型系数优化的方法。最后,开展了未参与优化的60°拉剪和R 6缺口工况的仿真模拟,仿真结果与试验结果一致,从而验证了模型参数的正确性。

基于模型的民机运营阶段失效评估方法研究

基于模型的安全性分析(model-based safety analysis,简称MBSA)方法自提出至今,已经日益成熟,更适用于复杂的民机系统。在当前研究和ARP4761A草案的基础上,运用MBSA方法开展民机在运营阶段的失效评估方法研究,其相较传统方法,将运营数据、功能失效和设备故障集合进同一个模型中,更便于开展运行失效评估。首先,定义运行失效评估模型基本元素,梳理模型构建流程,基于Simulink建立包含失效模块的设备级、系统级和飞机级模型。之后,选择某型号飞机外部照明子系统构建模型,利用某机队运营阶段的运行数据开展算例分析。结果表明,基于模型的失效评估与故障树计算结果误差在可接受范围内,同时开展失效模式与影响分析(failure mode and effect analysis,简称FMEA),利用运行数据计算和仿真得到丧失着陆照明功能危险的发生概率,30次仿真结果表明基于运行数据的发生概率在设计值附近波动,整体略大于设计值,但仍满足安全性要求。

基于多关系网络模型的级联失效研究

针对目前网络级联失效研究未涉及多关系网络的问题,根据多子网复合网络模型构建多关系网络,采用负载—容量模型研究多关系网络级联失效现象。考察不同影响因素下,节点之间的关系强度和关系类型对网络级联失效规模的影响。研究结果表明,根据关系类型调整关系强度比例系数,可有效提高网络的鲁棒性。

基于SF_(6)气体温度迟滞模型的密度监测失效判定策略

气体绝缘开关(gas insulated switchgear,GIS)设备SF_(6)气体密度监测失效可能会导致泄漏状态误判断,威胁电网安全运行。为此,针对数字式SF_(6)气体密度监测装置特点,构建并优化了基于热力学的SF_(6)气体温度迟滞模型。通过温度迟滞实验,获取了模型中未知参数。模拟实验表明,SF_(6)气体温度迟滞模型温度补偿偏差为±0.6℃,基于补偿后温度的计算压力与压力传感器检测压力偏差为±0.002 MPa。设计基于计算压力与检测压力相互验证的密度监测失效判定策略,结合某220 kV变电站中试点设备数据进行验证,经SF_(6)气体温度迟滞模型温度补偿并归算至20℃下的压力与实际值均不超过0.002 MPa,验证了该模型的准确度以及SF_(6)气体密度监测失效判定策略现场应用的可行性。

SiC JFET的短路失效模型及其失效机理研究

以SiC JFET作为短路失效研究的器件,基于Matlab/Simulink仿真软件,建立SiC JFET的短路失效模型,同时添加迁移率模型和沟道泄露电流,其中,迁移率模型考虑了场强和温度变化,泄露电流考虑了Ith、Idiff、Iav三种电流分量,使短路失效模型更优于以往JFET失效模型。使用TCAD半导体器件仿真软件拟合了在短路失效时SiC JFET内部沟道电流的比重分布和走向路径等情况。结果表明:SiC JFET短路失效的主要原因是温度的迸发式增长,产生大量热集中于漏源极沟道处,从而产生泄露电流。最后,在此基础上,探究了SiC JFET的重复应力短路退化现象,以此进一步研究JFET器件的短路失效机理。

基于selffer net构建的人工智能模型在风机叶根螺栓失效预测场景下的应用

针对风机叶根螺栓失效问题,文章提出了一种基于selffer net构建的叠加树人工智能模型。该模型集成了回溯训练层,叠加树模型,遮蔽特征模型,以及LightGBM模型,实现了对风机叶根螺栓失效概率的预测。经过实验验证,该模型在预测风机叶根螺栓失效概率方面具有较高的准确性和稳定性,为风机叶根螺栓失效预测场景提供了有效的解决方案。

开关电源滤波电容失效的故障诊断模型构建

高压滤波电容失效作为开关电源常见的故障之一,直接影响其稳定运行。为实现在不损坏开关电源结构的前提下,完成故障的高效诊断,本次提出一种基于改进深度置信网络的故障诊断模型(DBN-DF模型)。该模型可利用数据采集装置,对开关电源所在的电网电压进行隔离、滤波等处理,并根据电网电压畸变特性,判断开关电源滤波电容失效百分比,最终输出故障类别,完成故障诊断。经试验验证,DBN-DF模型相较于传统的DBN和BP模型,对于高压滤波电容故障诊断的准确性更高,且随着故障次数的增加,模型真确率准确率也相应提升,最终趋于稳定。说明该模型具有较高的实践应用价值。

舰用电子产品失效机理分析与加速模型构建

舰用电子产品具有高可靠与长寿命的特征,其可靠性水平的快速评估是保障质量的重要手段,文章给出了一种适用于舰用电子产品的加速模型构建方法。首先,收集与分析航行海域气象信息,量化主要海洋环境与应力量值;其次,开展舰用电子产品特征分析和故障机理分析,给出电子产品典型失效模式及其敏感应力;最后,给出了基于故障物理的加速模型构建方法,确定了低温-65 ℃,高温90 ℃,温变速率15 ℃/min的加速应力,加速因子5.6,为快速评价舰用电子设备寿命指标提供了参考。