Bending of Timoshenko beam with effect of crack gap based on equivalent spring model

Considering the effect of crack gap, the bending deformation of the Timoshenko beam with switching cracks is studied. To represent a crack with gap as a nonlinear unidirectional rotational spring, the equivalent flexural rigidity of the cracked beam is derived with the generalized Dirac delta function. A closed-form general solution is obtained for bending of a Timoshenko beam with an arbitrary number of switching cracks. Three examples of bending of the Timoshenko beam are presented. The influence of the beam＇s slenderness ratio, the crack＇s depth, and the external load on the crack state and bending performances of the cracked beam is analyzed. It is revealed that a cusp exists on the deflection curve, and a jump on the rotation angle curve occurs at a crack location. The relation between the beam＇s deflection and load is bilinear, each part corresponding to an open or closed state of crack, respectively. When the crack is open, flexibility of the cracked beam decreases with the increase of the beam＇s slenderness ratio and the decrease of the crack depth. The results are useful in identifying non-destructive cracks on a beam.

GAP高能推进剂体积开裂尺寸效应

以体积开裂试验和热失重试验数据为基础,结合有限元热分析模块计算药柱中气体的累积规律,研究了GAP高能推进剂体积开裂的尺寸效应。结果表明,GAP高能推进剂产气过程为零级反应扩散方程,密封与敞开条件对体积开裂结果影响不明显;体积开裂时间受样品边长影响明显,边长越长即尺寸越大,发生体积开裂时间越短,样品边长与体积开裂时间呈指数衰减关系。可采用小尺寸样品体积开裂试验建立体积开裂时间与药柱边长指数衰减方程,为预测大型发动机药柱体积开裂时间提供参考。

深井煤巷帮部围岩剪切滑块理论及防控策略

针对深井煤巷围岩持续大变形诱发剪切破坏难题,建立了深井煤巷围岩剪切滑块理论力学模型并推导出剪切滑块安全系数,揭示了围岩剪切滑块运动破坏机理。采用极限平衡分析精确解法确定了剪切滑块安全系数数学模型,得出在煤体固有力学特性条件下,黏聚力对巷帮煤体剪切滑块安全系数的影响最大,呈正向线性关系;安全系数随巷高增大而呈指数降低。依据剪切滑块理论模型,以城郊矿深部煤巷为研究背景,采用UDEC软件分析了巷高、黏聚力、节理裂隙及支护方式对剪切滑块运动的影响规律。结果表明:①受采动影响,巷道两帮煤体形成共轭剪切面,出现剪切滑块运动,巷高越大,黏聚力越小,巷道越不稳定;②对于节理发育巷道,裂隙上盘破坏较下盘大,倾角越大时巷道帮鼓越严重,当节理倾角为65°时,帮部剪切滑移块体位移达到0.78 m。裂隙中下部张开,采用锚杆支护时易出现锚杆剪切破坏致使支护失效;③采用帮部斜拉锚索后,有效抑制了裂隙张开,正常发挥了锚杆锚固效果,有节理侧帮部仅鼓出0.14 m。较无支护和使用普通锚杆锚索支护分别减少了83.1%、75.4%,证明增设斜拉锚索对帮部围岩有较好的控制效果。基于剪切滑块理论模型,提出了“防裂-减隙-止滑”协同控制策略,即表层、浅部使用高强高预应力锚杆索及金属网等构件加强支护防止围岩起裂,深部使用注浆改性技术减少围岩裂隙,在严重失稳局部使用斜拉锚索抑制剪切滑块运动,从而使深井煤巷破碎围岩区形成复合承载结构,有效抑制巷道围岩变形。研究成果为深井煤巷围岩稳定性控制提供有益参考。

TC4钛合金厚板窄间隙TIG焊接接头的高周疲劳性能

为了确定厚板TC4钛合金窄间隙TIG焊接接头的疲劳性能,对焊接接头三层位置的样品分别进行了室温高周疲劳(HCF)试验,利用扫描电镜与透射电镜对疲劳断口形貌及断口附近的微观组织进行观察与分析.结果表明:三层焊接接头的疲劳极限依次为420、390和400 MPa;第一层焊接接头的疲劳裂纹萌生于样品表面,位错组态以位错网络和位错阵列为主;第二层焊接接头的疲劳裂纹萌生于样品表面与焊接缺陷处,位错组态主要为位错缠结;第三层焊接接头的疲劳裂纹萌生于样品表面与近表面焊接气孔位置,位错组态主要为位错阵列及位错缠结.

基于切削加固的钢桁梁桥横梁节点翼缘组合维修效果研究

采用有限元法建立了简支钢桁梁桥全桥模型及节点子模型;通过对比关键截面竖向位移及杆件轴向应力的实桥测试值与有限元计算值,验证了有限元模型的正确性;分析了不同裂纹长度裂纹尖端的应力强度因子KⅠ、KⅡ、KⅢ的变化规律;针对横梁节点腹板间隙疲劳开裂,分析了上翼缘切削方法及角钢加固方法的维修效果;提出了横梁端部上翼缘切削与角钢加固的组合维修方法。结果表明:裂纹在整个扩展过程中,开裂模式从Ⅱ-Ⅲ型开裂先向Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型开裂转变,再向Ⅱ-Ⅲ型开裂转变;上翼缘切削方法、角钢加固方法对Ⅰ型裂纹、Ⅱ型裂纹均具有较好的维修效果,组合维修方法对复合型裂纹具有较好的抑制作用;模型中当裂纹扩展长度小于腹板间隙长度的60%时,裂纹尖端等效应力强度因子可降低60%~90%,抑制效果显著。

溃水溃沙多源信息评价与生产布局优化研究

针对我国现阶段煤矿溃水溃沙灾害预测评价方法单一、防治手段被动等问题,以薄基岩、厚松散层矿井为研究对象,从影响溃水溃沙致灾的主控因素出发,提出了以“沙层厚度、基采比、溃沙裂缝带发育高度、基岩风化指数、单位涌水量、饱水沙层厚度、渗透系数、采动影响指数”为指标的溃水溃沙危险性多源信息分区方法,建立了“区域转局部、高位截流接续”的超前生产布局优化模式,研究成果在神东矿区隆德煤矿成功应用,提高了煤矿溃水溃沙预警评价的精准度,为超前主动解决溃水溃沙问题提供了新理念。

断级配水泥稳定碎石基层设计

文中分析了形成干涉的级配粒径范围,并以最小振实矿料间隙率VCA和最大CBR值为优化指标,获得了骨架结构粗集料级配组成。根据胶砂填充设计思想对细集料级配及水泥胶凝材料组成进行体积法设计,试验结果表明,与普通水泥稳定级配碎石基层相比,设计的断级配水泥稳定碎石基层抗压强度和弯拉强度均有提升。

SWRCH22A盘条顶锻开裂机理研究与优化措施

近期某厂生产的6.5mm直径SWRCH22A冷镦盘条出现顶锻开裂现象,在此期间伴随着炸辊事故。对顶锻开裂的SWRCH22A冷镦盘条进行开裂机理研究发现,化学成分、金相组织、非金属夹杂物均符合要求,盘条径向两端的耳子是造成开裂的主要原因。通过调整辊缝、提高辊环冷却能力、调节固溶温度,改进后盘条合格率从提高近0.37%,炸辊事故也大幅度降低。

27SiMn钢窄间隙GMAW环焊缝开裂原因分析

目的 以发生开裂的27SiMn钢窄间隙GMAW环焊缝为研究对象,研究其裂纹形成原因及扩展过程。方法 对裂纹附近的母材及焊缝进行化学成分分析、裂纹宏观形貌分析、金相组织分析、扫描电镜分析、结构受力分析等,探明裂纹的形貌特征、形成原因及扩展路径。结果 试样化学成分和金相组织无明显异常,满足使用要求。裂纹属于明显的张开型(Ⅰ型)裂纹,从焊缝根部向缸体表面呈碗状扩展,形成缸体内部与外部的连接通道,导致液压油渗漏。裂纹起源于焊缝根部的热影响区,焊缝根部熔深不稳定,部分拼接处存在未熔透缺陷,未熔透处存在的氧化铝、碳酸钙等夹杂物是形成裂纹的主要诱因。在焊接残余应力的作用下,沿焊缝根部的夹杂物形成轴向裂纹和周向裂纹;在工作载荷的作用下,焊缝根部周向拉应力和轴向拉应力达到最大值,其中周向拉应力约为工作载荷的5.5倍,在周向拉应力的作用下,裂纹沿径向和轴向发生扩展,最后形成碗状的裂纹扩展面。结论 焊缝根部的未熔透缺陷和非金属夹杂物是产生裂纹的主要原因,在工作载荷的作用下,裂纹沿轴向和径向发生扩展,最后扩展至缸体表面呈碗状。

R网开裂缺陷原因及应对方法

针对膜极距电解槽的R网局部开裂的现象,进行了原因分析。通过数据统计、理化检验、微观分析等方法得出结论:R网开裂是由其基体T丝晶粒异常粗大导致。针对根本原因,制定并实施了改进措施。经过生产验证跟踪,改进措施有效消除R网的开裂现象,为R网产品的技术选代夯实基础。

临时联结装置下钢轨接头疲劳裂纹萌生寿命分析

钢轨接头是轨道线路的薄弱环节,施工期轨道存在大量钢轨接头,为避免钻孔对钢轨的二次伤害,需采用临时联结装置连接钢轨。随列车速度的提升,钢轨接头引发的强冲击力将加速钢轨的变形及破坏;过大的接头轨缝值增强了轮轨冲击作用,是引发接头损伤的重要原因;道床刚度直接影响道床的减振和缓冲作用。为减缓施工期钢轨接头损伤的产生和发展,建立带有临时联结装置的三维轮轨接触有限元模型来分析上述参数对钢轨接头疲劳裂纹萌生寿命的影响。研究结果表明,道床刚度一定时,钢轨疲劳裂纹萌生寿命随列车速度、轨缝值的增大呈非线性下降趋势,列车速度宜控制在65 km/h以内,轨缝值宜控制在8 mm以内;相同列车速度及轨缝值条件下,钢轨疲劳裂纹萌生寿命在道床刚度95 kN/mm时达到谷值,合理地匹配轨道刚度有利于延长施工期钢轨的服役寿命。

结晶器内连铸小方坯凝固过程及应力分布的有限元数值模拟

建立了结晶器内连铸坯凝固传热及弹塑性应力分析有限元数学模型模型中引入与气隙相关的传热边界条件修正平均热流量方程，考虑了材料力学性能、屈服函数随温度和应变速率的变化，研究了角部气隙对坯壳凝固行为和力学行为的影响模拟结果表明：在准确离散铸坯角部形状及考虑角部气隙影响的情况下，模拟计算的坯壳厚度与漏钢坯壳的厚度分布相一致；铸坯角部形成的气隙显著地降低了坯壳表面的传热，使坯壳偏角区成为热节区在热节区内，坯壳厚度最薄、凝固前沿产生较大应变，使铸坯产生偏角区内裂纹；

焊接工艺参数对超窄间隙焊接热裂纹的影响

超窄间隙焊接中热裂纹是一种很容易出现的缺陷,采用焊剂带约束电弧超窄间隙焊接试验,通过改变焊接工艺参数和间隙宽度,研究其对热裂纹的影响.结果表明,焊缝成形系数与热输入和焊缝成形系数与间隙宽度的匹配关系是决定热裂纹的主要因素.在较小的焊缝成形系数和较大的热输入量下热裂纹倾向较大,并且随着间隙宽度的减小,焊缝中热裂纹倾向明显增加.当焊缝成形系数增大到临界值时焊缝中不产生热裂纹,且临界值随热输入量的增大而逐渐增大,随间隙宽度的增大而逐渐减小.

基于等效弹簧模型的裂纹Euler-Bernoulli梁弯曲变形分析

考虑裂纹的缝隙效应,研究了开闭裂纹Euler-Bernoulli梁的弯曲变形.首先,将裂纹等效为内部旋转弹簧,利用广义函数,给出了考虑裂纹缝隙影响的Euler-Bernoulli梁的等效抗弯刚度,推导了具有任意数目开闭裂纹梁弯曲变形的显式通解.在此基础上,研究了均布载荷作用下上侧单裂纹简支梁以及裂纹处承受集中力和集中力偶共同作用的固支梁的弯曲变形,分析了梁长细比、裂纹深度和位置以及载荷等对裂纹开闭状态和梁弯曲变形的影响。结果表明:梁挠度分布在裂纹处存在尖点,而转角分布存在跳跃;梁挠度与载荷的响应关系一般为双折线形式,分别对应于裂纹的张开和闭合状态;且裂纹张开时,裂纹梁的柔度随着梁长细比的增加和裂纹深度的减小而减小。这些结果对梁裂纹无损检测具有指导意义.

包晶钢Q235D连铸大方坯角裂研究及工艺优化

Q235D属于包晶钢范畴,因此在连铸生产过程中不可避免的会遇到包晶钢连铸的普遍性缺陷。西宁特钢采用60tconsteelEBT-LF(VD)-CC的工艺生产Q235D连铸大方坯(250mm×280 mm),在生产中存在的主要问题是角部横裂,最终反映到轧材上为棒材(准130mm)表面的顺裂和三角口缺陷。为消除由于连铸坯角部横裂而产生的缺陷,通过对连铸包晶钢裂纹形貌、组织和裂纹形成机理的研究。对连铸过程的以下参数:钢水成分、钢水过热度、各种渣料的选择、各段冷却水量、拉坯速度和电磁搅拌参数进行优化,最终达到消除铸坯角部横裂、优化成材性能的目标。

二灰碎石抗裂性的研究

通过对二灰碎石缩裂的机理分析 ,研究了“富余”二灰导致二灰碎石产生缩裂的原因及其作用模式 ,提出了二灰碎石中二灰含量与集料空隙率相当 ,采用断级配集料是解决缩裂问题的有效手段 ,探讨了满足强度和抗裂性综合要求的二灰碎石配合比设计方法 ;并通过大量室内试验和试验路段的对比研究 ,验证了该设计思想的合理性和设计方法的可行性。

高碾压混凝土重力坝施工度汛缺口坝段温控防裂措施研究

以某碾压混凝土重力坝施工为例,采用有限元仿真的计算方法,就其度汛缺口过流坝段的温控防裂措施进行了详细分析。研究表明:缺口坝段过流前,采用仓面通河水流水养护并加上混凝土过流前中期冷却至一定温度是减小温差的有效措施,可在一定程度上防止裂缝的产生。这为今后碾压混凝土重力坝工程的建设提供一定的参考。

钢板梁桥腹板加劲肋焊缝疲劳开裂后的应力特征

通过建立钢板梁桥节段有限元模型分析了主梁腹板与加劲肋连接焊缝部位的开裂特征,基于最不利车辆荷载位置分析了腹板间隙不同横向荷载位置下的正应力与剪应力特征,以及裂纹长度的变化对腹板面外变形的影响;通过对比不同裂纹长度时裂纹尖端和裂纹最深点的应力强度因子值,分析了裂纹长度对裂纹前缘的受力特征以及扩展速率的影响。研究结果表明:围焊端部受弯矩、剪力共同作用,裂纹沿着围焊端部时,以Ⅰ型裂纹为主,裂纹远离围焊端部向腹板扩展时,裂纹深度扩展加速;当裂纹贯穿腹板时,面外变形明显增大,腹板剪应力作用更为明显,裂纹扩展速率明显提升。

纤维增强复合材料加固裂纹黏弹性梁的弯曲变形

考虑裂纹缝隙效应,将裂纹等效为非线性旋转弹簧,假定纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer, FRP)布与梁紧密粘贴,研究了FRP布加固裂纹标准线性固体黏弹性梁的弯曲行为.在给出FRP布加固裂纹的等效旋转弹簧刚度和FRP布加固黏弹性矩形截面梁弯曲变形控制方程的基础上,利用Laplace变换及其逆变换以及梁弯曲边界条件和裂纹处的连接条件,得到突加均布载荷作用下FRP布加固简支裂纹黏弹性梁弯曲蠕变的解析解.数值分析了碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)布含量、梁跨高比以及裂纹位置及其开闭状态等对CFRP布加固裂纹花旗松(Douglas-fir, DF)木梁弯曲蠕变的影响.

铸坯表面划伤在圆钢轧制过程中的演变研究

本文对方坯轧制圆钢过程中铸坯表面划伤演变规律进行了工业试验研究。首先统计了某钢厂常见的铸坯划伤类型,然后选取特征划伤铸坯进行轧制跟踪,最后对相应的圆钢进行酸洗和测量。结果表明:铸坯表面深度较浅的划伤经轧制后不会导致圆钢的表面缺陷;较深的划伤则会在圆钢表面形成三角口型的直线型裂纹,该类裂纹深度最大可达1.9 mm,呈间断性地分布在整个圆钢上,裂纹处的金相检测发现裂纹四周有明显的脱碳现象。