铝合金双面焊对接接头内部缺陷扩展行为分析

基于ABAQUS和FRANC3D联合仿真方法分析了铝合金双面焊对接接头中内部缺陷在疲劳荷载作用下的裂纹扩展行为。对比接头全模型中不同裂纹深度a下裂纹尖端应力强度因子K及疲劳寿命N,验证了对称模型的准确性,进而基于对称模型分析了不同形状比(深度a/长度2c)下初始缺陷的疲劳扩展规律。结果表明:当椭圆形缺陷的深度a不变而长度2c逐渐增大时,初始应力强度也随之增加,试件的疲劳寿命显著降低,当长轴长度增加3倍时,疲劳寿命降低了50%;随着裂纹的扩展,a/c的比值逐渐趋近于1,即形状趋近于圆形。

舟桥单双耳接头裂纹应力强度因子研究

为更准确地评估含表面裂纹缺陷舟桥装备的安全情况,研究了裂纹形状比和倾斜角对裂尖应力强度因子的影响。对裂纹模型及有限单元法进行了分析;利用有限元模型对软件计算准确性进行了验证;通过对不同形状比和倾斜角的裂纹裂尖应力强度因子进行计算,分析了其变化规律。结果表明,在裂纹长度一定时,增大形状比使得裂纹前缘应力强度因子减小,且影响较大;在形状比一定时,与轴向载荷垂直的平面裂纹前缘应力强度因子最大。

海底管道疲劳裂纹扩展寿命预报的影响因素分析

海底管道所处载荷环境复杂,疲劳破坏是主要失效形式之一。由于制造及环境因素,海底管道不可避免会出现裂纹缺陷,对于服役中的海底管道,预报其剩余疲劳寿命并对影响预报结果的因素进行研究具有实践意义。在保守估计法的前提下,采用MTS准则对海底管道裂纹扩展模式进行分析。利用有限元法及1/4节点位移法求解裂纹应力强度因子,随后基于Paris公式的da法对海底管道进行疲劳扩展寿命预报,最后对数值预报结果的影响因素进行探讨。结果表明,当裂纹尺寸增量Δa设置合理时,海底管道裂纹扩展寿命的预报值与试验值相接近,该数值方法能有效预报海底管道的疲劳剩余寿命。裂纹尺寸增量Δa对寿命预报影响很大,从预报精度和计算耗时两方面综合考虑给出了合理选择裂纹尺寸增量Δa的方法。形状比对管道疲劳扩展寿命的影响与初始裂纹尺寸有关。当裂纹尺寸扩展到一定值后继续增加,疲劳扩展寿命变化率并不大。所得结论为服役管道的安全性评估提供参考。

锥角参数对单向聚能药柱爆破破岩效果的影响

为研究聚能穴锥角参数对爆炸应力和岩石损伤破裂范围的影响,以获得最优的聚能穴参数,从而达到最佳的破岩效果,利用有限元模拟软件LS-DYNA建立了6种锥角参数下的单向聚能药柱模型。锥角的深度为15 mm,6种锥角高度分别为10、12、14、16、18 mm和20 mm。研究了岩石裂纹扩展的影响规律,测得聚能方向与非聚能方向上不同位置的有效应力,得到不同锥角参数对应的岩石单元的最大破坏距离。结果表明:聚能锥角会对爆破产生定向作用,特别是对岩石破碎和拉伸裂纹所带来的破岩效果影响明显;当锥角高度为10 mm时,距炮孔25 cm测点处聚能方向上的有效应力比非聚能方向同样距离处高110.8 MPa,同时,聚能方向上单元损伤比要比非聚能方向高21%,聚能效果最佳;随着锥角高度逐渐增大,聚能方向上岩石裂纹逐渐减少,裂纹分叉减少,单元破坏最大距离可达108.1 cm,并且呈下降趋势。

损伤钻杆断裂的有限元仿真分析

钻杆在作业过程中,需要通过卡瓦夹持,才能顺利作业,但卡瓦在钻杆表面会留下作业损伤。为了防止损伤导致的钻杆断裂,影响结构安全性,以某深井作业钻杆实际工况为例,创建含横向半椭圆形表面裂纹的钻杆有限元模型,数值研究拉扭复合载荷下,3种类型的形状因子沿裂纹前缘的变化规律;通过多项式拟合得到形状因子表达式中对应的系数,进而推导出等效应力强度因子的表达式。仿真计算结果表明,在(0.6~0.8)之间存在一临界形状比,裂纹最深点和边界相邻点处的等效应力强度因子值在此处相等。拟合得到的等效应力强度因子表达式,为进一步研究损伤钻杆表面裂纹扩展和寿命预测提供参考。

高温循环载荷下石英坩埚气孔-裂纹应力强度因子数值模拟

连续拉晶用石英坩埚的内壁会随拉晶次数的增多而形成更多的气泡,易在晶体中产生位错和侵蚀性硅熔体,导致坩埚随时间溶解和腐蚀等。为研究侵蚀性硅熔体与气泡相互作用对坩埚的影响,研究人员期望对石英坩埚的性能进行原位观察,然而,单晶炉内的极端高温环境使得很难通过实验手段对其内部进行研究。本文以石英坩埚内表面气孔-裂纹为研究对象,采用有限元模拟获得了高温循环载荷下石英坩埚不同气孔形态、裂纹形状和裂纹倾斜角度的各拉晶阶段应力强度因子(KⅠ、KⅡ、KⅢ),分析了总应力强度因子的分布规律。结果表明:随着裂纹倾斜角的增加,KΙ值呈现逐渐减小的趋势,KⅢ值呈现先增大后减小的趋势,且KⅢ值沿倾斜角45°对称;随气孔深径比增大,KΙ值呈现减小趋势,且减小速率以深径比等于1为界有明显的增大,KⅢKΙ,说明裂纹主导形式为Ⅰ型;裂纹形状比对KΙ或KШ值影响显著,形状比越小,裂纹尖端应力强度因子值越大;当倾斜角为0°时,总应力强度因子K值最大,此时裂纹扩展趋势最强,对石英坩埚危害最高;此外,连续拉晶下放肩阶段的总应力强度因子总是大于等径、收尾、冷却阶段。仿真结果对实际生产有一定的理论指导意义。

复杂应力状态下TBM刀盘裂纹应力强度因子分析

为了预测全断面岩石掘进机(tunnel boring machine,TBM)刀盘的疲劳寿命,本文对其裂纹尖端的应力强度因子进行了研究。以某水利工程的刀盘为研究对象,采用基于子模型技术的有限元法分析复杂应力状态下刀盘裂纹的应力强度因子,并给出了不同裂纹参数对应力强度因子的影响规律,为刀盘裂纹扩展寿命的预测提供输入条件。分析表明,当裂纹位置角为45°或135°时,裂纹尖端的等效应力强度因子最大,对结构损伤最严重;形状比对K_Ⅰ值影响最显著,形状比越大,尖端K_Ⅰ值相差越大,在深度方向的扩展趋势也越强;K_Ⅰ、K_Ⅱ及K_Ⅲ值均随裂纹深度的增加而增大,裂纹尖端最深处以张开型扩展形式为主,而表面点则是3种开裂形式并存。

焊接节点表面裂纹复合型应力强度因子的数值计算研究

以十字形焊接节点为研究对象,比较ABAQUS、FRANC3D和规范公式计算表面裂纹应力强度因子的结果,验证FRANC3D计算应力强度因子的正确性和高效性。为从数值理论上研究复杂应力场下焊接节点表面裂纹复合型应力强度因子的影响因素,基于FRANC3D建立不同裂纹形状比和焊缝倾斜角度的计算模型。结果表明:随着焊缝倾斜角度的增大,Ⅰ型和Ⅲ型应力强度因子减小,Ⅱ型应力强度因子增大;当焊缝倾斜角度为0°和15°时,裂纹表面点和最深点同时可以忽略Ⅱ型和Ⅲ型应力强度因子的影响;应考虑Ⅱ型和Ⅲ型应力强度因子绝对值对疲劳裂纹扩展的影响。

抽油杆疲劳裂纹形状比变化规律

采用断裂力学方法研究了抽油杆杆体疲劳裂纹形状比在扩展过程中的变化规律,证明无论初始形状如何,抽油杆杆体疲劳裂纹形状比在扩展过程中趋于同一个稳定数值.通过裂纹扩展实验对直径为15.9mm的抽油杆疲劳裂纹形状比进行了实验测定,发现其裂纹形状比迅速靠近0.78.

薄壁Y型三通管内高压成形起皱与开裂分析

本文针对薄壁Y型三通管在内高压成形过程中产生起皱、开裂缺陷的问题进行了相关研究.首先通过实验确定了Y型三通管在成形过程中产生典型缺陷的位置及类型;其次利用有限元方法分析了补料比对应力状态分区和典型点应力轨迹的影响;最后建立了加载路径的"内压-轴向补料"成形窗口.研究表明:补料比对应力状态有显著影响,通过调整补料比来改变应力状态,是避免起皱的有效措施.此外,本研究给出了不同实验结果在成形窗口中的对应位置,当加载路径超出成形区时,三通管件就会产生起皱或破裂的缺陷,甚至两种缺陷会依次发生.

板板焊接构件应力强度因子的工程化方法研究

针对承受拉弯载荷作用焊趾处含有表面裂纹的T型焊接接头,提出了一种根据裂纹最大张口位移量确定裂纹最大深度处应力强度因子的新方法。基于有限元数值计算,考虑了模型尺寸效应、焊接尺寸、裂纹深度比、裂纹形状比等因素对应力强度因子的影响,建立了拉伸、弯曲载荷对应的修正系数表达式,提出了基于裂纹表面最大张口位移确定T型焊接接头裂纹深度方向的应力强度因子的简便方法。以十字形板板焊接接头为例,显示该方法适用于任意形式的板板焊接接头。

催化裂化高效汽提的应用研究和优化设计

催化裂化高效汽提的研究开发和优化设计对装置的挖潜增效具有重要意义。该文通过对国内外目前最常采用的环形挡板、分段汽提技术进行试验研究和理论分析,提出了这项技术在应用中的改进完善和优化设计方法。同时介绍和展望了新一代汽提技术的研究开发。

面外变形下钢桥的疲劳贯通裂纹扩展行为研究

为了解钢桥的疲劳贯通裂纹在面外变形作用下的发展规律,对其扩展行为进行研究。制作双轴对称长方形钢板试件进行面外变形疲劳试验,选取5种应力比（0、-0.25、-0.5、-0.75、-1）进行加载,得到应力比为-1时的裂纹前沿为V形,其他应力比时裂纹前沿基本以1/4椭圆状为主。将得到的裂纹前沿引入到数值模型中,对应力比为-1与0时的裂纹扩展情况进行数值分析,通过J能量积分法计算得到沿不同裂纹前沿的应力强度因子分布。结合既有应力强度因子计算公式和数值计算结果,提出基于实际裂纹前沿的面外变形作用下的疲劳裂纹应力强度因子计算公式修正系数,针对不同的裂纹长度建议在0.43～0.54取值。

轴向载荷下油管点蚀坑-裂纹应力强度因子研究

为了研究管道在轴向载荷下的点蚀坑-裂纹应力强度因子的变化规律,利用ANSYS平台提供的相互作用积分法,把点蚀坑和裂纹作为一个整体模型,研究了油管外壁点蚀坑形态、裂纹形态和裂纹倾斜角度等对裂纹应力强度因子的影响。研究结果表明:裂纹前缘存在严重的应力集中现象,且应力最大值均在裂纹前缘与点蚀坑底面的交点处;Ⅰ型应力强度因子K_(Ⅰ)随点蚀坑深径比、裂纹形状比及裂纹倾斜角度的增大而减小;Ⅲ型应力强度因子K_(Ⅲ)随点蚀坑深径比和裂纹形状比的增大而增大,随裂纹倾斜角度的增大先减小后增大,且沿45°对称分布;总应力强度因子K随裂纹倾斜角度的增大而减小,当点蚀坑底部的裂纹倾斜角度θ=0°时,裂纹危险程度最高。所得结论可为油管点蚀坑-裂纹的安全评估提供参考。

晕开不良修复方法及影响因素的研究

作为TFT-LCD常见的晕开不良,目前无成熟、系统的修复方法。本文依据TFT-LCD晕开不良形成机理,建立修复模型并实验验证该模型。通过激光照射裂变法及按压形变法对某款产品晕开不良进行修复验证,裂变法及形变法修复成功率分别达到30%和70%。通过修复影响因素分析,结果表明,裂变法在照射能量为4~10μJ时,异物颗粒所在位置决定其修复效果;形变法在按压力度为30~50N时,异物高度及成分成为其修复成功的决定因素。最后本文以上述理论分析和实验结果为指导,对一款晕开不良产品进行按压修复且成功率达到79%。

基于多因素的焊接结构疲劳裂纹扩展速率分析

以Donahue等提出的疲劳裂纹扩展速率计算模型为基础,通过引入形状系数、张开比和残余应力等参数,建立了适用于焊接结构的疲劳裂纹扩展速率计算模型,分析了多种因素对焊接结构疲劳裂纹扩展速率的影响规律。结果表明,焊板厚度和焊缝余高的变化均会对焊接结构疲劳裂纹的扩展速率产生影响,在对焊接结构表面形状进行设计时应保有一定的焊缝余高;有效应力比的增大会降低焊接结构疲劳裂纹的扩展速率,且裂纹深度的变化不会改变有效应力比对焊接结构疲劳裂纹扩展速率的影响;残余应力的增大会提高焊接结构疲劳裂纹的扩展速率,且残余应力对疲劳裂纹扩展速率的促进作用随着裂纹深度的增加而增大,在对焊接结构的疲劳性能进行设计时须考虑残余应力对结构性能的影响。