缺口件两轴循环弹塑性有限元分析及寿命预测

利用弹塑性有限元模拟,对高温两轴比例与非比例拉扭应变循环加载下的光滑薄壁管件与缺口轴类件进行研究。材料弹塑性特性用Von Mises屈服准则、多线性运动硬化准则和高温单轴循环加载的应力应变数据来描述。采用柱坐标系下在试样一端加轴向和周向位移来实现拉扭应变加载。对光滑薄壁管件的后处理结果与试验结果比较,证实了这种方法的正确性和可用性,进而应用到缺口件,得到缺口根部局部的循环应力应变响应。基于有限元数据,采用Kandil-Brown-Miller法和Smith-Watson-Topper法预测了缺口件疲劳裂纹萌生寿命。

多轴加载下缺口件弹塑性有限元分析及疲劳寿命预测

利用有限元分析软件ANSYS,得到了承受拉扭循环载荷的缺口试件缺口的处精确应变数值,给出了引起疲劳破坏的危险点。在临界平面法的基础上,考虑到法向正应变对疲劳寿命的影响,建立了一个新的多轴疲劳寿命预测模型,该模型可以较好地预测缺口试件的疲劳寿命。

30CrMnSiA缺口试样低周疲劳寿命研究

缺口会导致严重的应力集中,并降低结构的使用寿命,研究缺口部位的低周疲劳寿命具有重要意义。基于弹塑性全量理论建立30CrMnSiA材料的弹塑性本构关系,采用损伤力学-有限元法预测30CrMnSiA材料缺口试样的低周疲劳寿命,并与相应的试验结果进行对比。结果表明:基于弹塑性全量理论建立的弹塑性本构关系方法合理,采用损伤力学方法得到的疲劳寿命预测结果基本满足工程实际要求,该方法可用来对30CrMnSiA缺口试样进行低周疲劳寿命预测。

TBM刀盘筋板焊接结构疲劳寿命预测

为能够准确预测全断面隧道掘进机(TBM)刀盘筋板焊接区域的疲劳寿命,以疲劳累积损伤为理论基础,采用缺口应力法对焊接区域进行疲劳寿命研究。首先,在误差允许范围内对刀盘进行简化建模,简单分析刀盘工况,并编程简化获得外部激励载荷;其次,分析缺口应力法在刀盘焊接结构上的适应性,对刀盘整体进行瞬态动力学仿真确定危险区域为筋板位置,采用虚拟缺口半径法建立TBM刀盘筋板模型,从而更好地体现焊缝处的细节特征,随后进行子模型仿真分析,将结果中焊根处的应力作为疲劳评估的参考应力;最后,基于修正的S-N曲线结合修正的平均应力保守估算焊接结构的寿命。结果显示:1)采用缺口应力法可以精确预测刀盘的疲劳寿命,筋板的疲劳寿命在其焊根处最小N=2.326×10^(7),经计算刀盘掘进距离约为21.9 km时,焊缝处将率先发生疲劳破坏,所得计算结果与实际情况相近;2)TBM在掘进过程中刀盘焊接区域容易出现不同程度的疲劳损伤,导致TBM提前失去工作能力,造成工程上大量不必要的损失,研究刀盘焊接疲劳寿命对工程施工及结构改进具有重要的意义。