含裂纹AL2024薄板剩余强度和剩余寿命的影响因素研究

机械构件在使用的过程中难免会造成各种裂纹缺陷。为了保证含裂纹结构的使用安全,本文基于韧性断裂准则和最大周应力准则建立了含裂纹结构的剩余强度和剩余寿命的分析模块。利用上述分析模块探索了裂纹深度和裂纹倾斜角对含裂纹AL2024铝板剩余强度和剩余寿命的影响能力,并利用回归分析分布拟合出了剩余强度和剩余寿命的表达式。研究结果表明：剩余强度和剩余寿命的分析模块准确可靠;剩余强度随裂纹深度和裂纹倾斜度成指数变化,裂纹深度从15 mm增加到40 mm,裂纹倾斜角从60°减小到0°过程中,剩余强度从249.50 MPa减小到79.78 MPa,说明从剩余强度上讲深裂纹和小倾角裂纹对结构危害较大;剩余寿命与裂纹深度和裂纹倾斜角也成指数关系,在研究范围内随裂纹深度的增大和裂纹倾斜角的减小剩余寿命从148871减小到4481,说明从剩余寿命上讲深裂纹和小倾角裂纹危害较大。研究结果表明深裂纹和小倾角裂纹对结构危害较大,在周期性检查过程中要特别注意;同时该方法对于结构剩余强度和剩余寿命的评估提供了有益的参考。     

含裂纹Al2024薄板剩余强度和剩余寿命的影响因素

机械构件在使用的过程中难免会造成各种裂纹缺陷。为了保证含裂纹结构的使用安全,应用韧性断裂准则和最大周应力准则建立了含裂纹结构的剩余强度和剩余寿命的分析模块。利用上述分析模块探索了裂纹深度和裂纹倾斜角对含裂纹Al2024铝板剩余强度和剩余寿命的影响能力,并利用回归分析分布拟合出了剩余强度和剩余寿命的表达式。研究结果表明:剩余强度和剩余寿命的分析模块准确可靠;剩余强度随裂纹深度和裂纹倾斜度成指数变化,裂纹深度从15 mm增加到40 mm,裂纹倾斜角从60°减小到0°过程中,剩余强度从249.50 MPa减小到79.78 MPa,说明从剩余强度上讲深裂纹和小倾角裂纹对结构危害较大;剩余寿命与裂纹深度和裂纹倾斜角也成指数关系,在研究范围内随裂纹深度的增大和裂纹倾斜角的减小剩余寿命从148 871减小到4 481,说明从剩余寿命上讲深裂纹和小倾角裂纹危害较大。研究结果表明深裂纹和小倾角裂纹对结构危害较大,在周期性检查过程中要特别注意;同时该方法对于结构剩余强度和剩余寿命的评估提供了有益的参考。     

一种改进的多处损伤平板的剩余强度模型

进行了多处损伤平板的剩余强度试验研究,得到不同裂纹几何平板的剩余强度.试验结果表明主裂纹长度增加使平板的剩余强度减小;对相同的主裂纹长度,韧带减小,试验件剩余强度也减小.以试验数据为基础,提出了一种修正的塑性区连通准则.用塑性区连通准则和修正的塑性区连通准则分别计算了多处损伤平板的剩余强度,结果表明对不同的主裂纹长度和不同的韧带长度,塑性区连通准则预测的平均误差为16.07%,而修正的swift塑性区连通准则的平均误差为9.24%,大大提高了预测结果的精度.     

基于透射信号的钢桥面板贯穿型裂纹超声检测方法研究

目的 提出一种基于超声波透射信号的钢桥面板贯穿型裂纹检测方法,提高在役钢桥隐蔽裂纹检测精度和效率。方法 采用数值分析方法研究了超声波在含裂纹面板中的传播机制,分析了不同裂纹参数与接收信号强度的变化规律,并通过顶板贯穿裂纹检测试验,进一步验证该检测方法的可行性。结果 裂纹检测参数建议激励晶片边长为4 mm、激励频率为5 MHz、K值为0.8;裂纹宽度小于0.1 mm时可忽略裂纹宽度对检出信号的影响,裂纹宽度大于0.1 mm时可将尖端反射信号作为判断依据;透射信号与裂纹深度呈负相关,恢复至最大值时的入射坐标与裂纹深度呈线性关系,作为裂纹深度的计算依据,检测误差在1 mm以内。结论 基于穿透信号的超声波检测方法,以恢复至最大值时的入射坐标为主要指标,可以实现钢桥顶板贯穿裂纹的有效检测。     

基于人工神经网络的多处损伤加筋板剩余强度预测

用BP神经网络算法对多处损伤加筋板的剩余强度数据进行训练学习,将预测值和3种经典分析方法的计算值与实验值进行对比,结果表明,ANN法预测值与实验值吻合得最好,LMC修正法和WSU3修正法次之,Swift塑性区连通法最差。最后用所建立的BP网络对不同主裂纹半长和韧带长度的剩余强度进行了预测,结果发现,在其他参数不变的情况下,不管是双筋条还是三筋条加筋板,剩余强度总是随主裂纹半长的增加而成线性降低,随韧带长度的增加而成线性增加,但双筋条加筋板比三筋条加筋板对主裂纹半长和韧带长度的变化更加敏感。     

基于裂纹尖端张开角准则的多裂纹薄壁结构剩余强度分析

评估由中央裂纹（M(T)）试样获得的裂纹尖端张开角(CTOA)预测多裂纹薄壁结构剩余强度的有效性.利用ABAQUS软件建立含有M(T)试样的二维有限元模型,采用裂纹尖端张开角断裂准则和平面应力模型模拟其裂纹扩展过程.对具有不同初始裂纹长度的M(T)试样,该方法预测的剩余强度和载荷-裂纹扩展增量曲线与试验结果接近,误差小于6%;但对于含有多条裂纹试样的剩余强度预测值偏大,相对误差在20%左右.通过增加对裂纹尖端周围单元约束的改进,采用平面应变核模型可以有效提高剩余强度预测精度;对具有不同多裂纹构型的薄壁结构进行分析,采用恒定裂纹尖端张开角和平面应变核的方法均可以得到与试验相近的结果,剩余强度预测误差基本都在10%以内.

     

开口模型下内腐蚀缺陷管柱剩余抗内压强度

目前较少按开口模型研究缺陷管柱剩余抗内压强度,各因素对抗压强度的影响程度缺乏定量分析,较少考虑缺陷宽度、管柱径厚比等因素对强度的影响.根据非线性有限元方法,结合正交试验设计,按开口模型分析了内压载荷下缺陷管柱应力分布情况,研究了内腐蚀缺陷长度、宽度、深度、管柱外径、径厚比等参数对管柱剩余抗内压强度的影响规律.结果 表明:开口模型下含缺陷管柱抗内压强度低于端部约束模型与闭口模型.缺陷管柱无因次抗内压强度随缺陷深度增加呈线性关系降低,随缺陷长度的增加呈指数关系逐渐降低,抗内压强度随缺陷宽度增加先增大后降低;轴向沟槽形缺陷显著降低管柱的抗内压强度.缺陷深度与长度对无因次抗内压强度影响较大;管柱径厚与缺陷对无因次强度影响较小.以有限元计算结果为依据,建立了抗内压强度多因素预测模型,可为工程上含缺陷管柱抗内压强度评价提供参考.     

止裂孔维修对中心裂纹板疲劳寿命的影响分析

以铝合金2024-T3的中心裂纹板为研究对象,根据结构细节疲劳额定值(DFR)法计算了不同裂纹长度及不同止裂孔尺寸下结构的疲劳寿命;并通过试验得到半裂纹长度分别为10 mm、15 mm和20 mm,止裂孔半径为2.5 mm和3.5 mm下的结构试验寿命,对比结果验证了该模型及对应方法的可行性;随后对裂纹长度/板宽(2a/W)在0.2~0.6、止裂孔直径/板宽(D/W)0.03~0.20范围内的疲劳寿命进行了预估。根据分析结果得到了止裂孔效果最佳时D/W与2a/W的线性关系式,为工程维修提供技术参考。     

紫色土耕地埂坎2种典型根——土复合体抗剪强度特征

选择紫色土耕地典型埂坎采样进行直剪试验,测试了黄豆根—土复合体、杂草根—土复合体和素土的抗剪强度,根据Mohr-Coulomb公式计算了黏聚力和内摩擦角.结果表明:试样剪切位移相同时,剪应力随轴向荷载增加均呈非线性增大.轴向荷载相同时,黄豆根—土复合体、杂草根—土复合体和素土剪应力峰值均随深度增加而减小.剪切位移为0~6mm时,2种根—土复合体和素土试样剪应力随剪切位移的增加而增加,剪切位移为6~10mm时,剪应力基本保持稳定.与素土相比,黄豆和杂草根系能明显提高0~10cm和10~20cm层紫色土极限抗剪强度,相对而言,杂草根系较发达且扰动小,固结土壤效果更好.20~30cm层黄豆、杂草2种根—土复合体中根系含量少,极限抗剪强度与素土间均无显著性差异.黄豆、杂草根—土复合体试样残余抗剪强度在4种轴向荷载下均随深度的增加而减小.轴向荷载为100k Pa和200k Pa时,素土试样残余抗剪强度从0~10cm到10~20cm层明显减小,而10~20cm与20~30cm层间差异不大,轴向荷载为300k Pa和400k Pa时,残余抗剪强度值随深度的增加而减小.     

CRH5型动车组轮轨滚动接触应力及疲劳寿命的有限元仿真分析

为了研究CRH5型动车组轮轨在实际滚动接触过程中受力大小、分布以及由于循环应力作用而产生的疲劳问题,采用大型有限元模拟软件ABAQUS对其实际运行过程进行仿真模拟.结果表明:随着轴重载荷的增加,轮轨接触部位等效应力不断增大;车轮所受等效应力随距表深度的增加而减小,在距表深度10mm范围内等效应力较大;钢轨上的等效应力随距表深度先增大后减小,应力最大值出现在距表深度12mm处.采用S-N曲线折减法和疲劳分析软件Fe-safe对不同轴重车轮滚动接触疲劳寿命进行预测,2种计算结果表明:14、16、18、20t轴重下的车轮寿命均在6×10~7次循环以上,安全行驶距离大于1.2×10~6 km,符合CRH5型动车组三级以上检修周期要求.     

裂缝尺寸对微生物修复混凝土强度的影响

为研究微生物在不同宽度、深度的裂缝尺寸下对混凝土强度的修复效果,选用巴氏芽孢杆菌为裂缝修复剂,在宽度为0.75,1.0,1.25 mm及深度为15,30,45,60,75,90 mm的不同裂缝下对混凝土进行修复,通过混凝土抗压试验,测出未修复和修复的试块抗压强度.结果表明:(1)微生物在不同裂缝尺寸下的修复对混凝土强度都有提升作用;(2)裂缝深度对混凝土修复强度的影响更大;(3)在同一裂缝宽度下,修复效果出现了先上升后降低的趋势,在深度为30 mm和45 mm的时候,修复效果最佳.     

地应力及岩石抗拉强度对双孔爆破的影响

为研究地应力和岩石抗拉强度对爆破效果的影响,本文利用颗粒流程序（PFC2D）开展数值模拟实验,用单孔爆破实验效果验证了模型的合理性。考虑炮孔间的相互影响,从裂纹形态、应力场及能量场三个角度来分析双孔爆破实验结果。结果表明:（1）双孔爆破在地应力为40~60 MPa时裂纹才会受到明显的抑制作用,当地应力小于40 MPa时,随着地应力的提高,平行于炮孔方向的裂纹受到的抑制作用较小,而垂直于炮孔连线方向的裂纹受到抑制作用较大。（2）地应力在0~5 MPa时,摩擦能和动能衰减最严重;地应力在20~40 MPa时,岩体内部应变能峰值最高。（3）抗拉强度每增长10 MPa,裂纹数量会减少约80%,同时,岩石抗拉强度对能量场的影响也较严重。     

HG785高强钢焊接残余应力试验研究

利用X-射线法对HG785高强度钢焊接残余应力进行了测试,得到了该材料焊后残余应力的大小及分布规律;并探索了不同深度方向焊接残余应力分布特点。通过试验发现经对接施焊后,表面残余应力主要表现为残余拉应力,最大幅值可达760.4 MPa,为试验件材料屈服强度的92.2%,几乎接近屈服强度。试验结果表明,内部残余应力较表面应力有所降低,在焊缝中心的残余应力值降幅较小;而在远离焊缝中心区域的应力值降幅明显,部分区域甚至出现了残余压应力。     

三轴压缩条件下单裂隙岩样裂隙扩展研究

为研究岩石中裂纹的起裂、扩展和破坏规律,采用PFC2D数值模拟软件结合室内试验对预制单裂隙岩样进行分析。结果表明：（1）当围压为7MPa时,以剪切-拉伸复合破坏模式为主;当围压为14MPa时,试样以“Y”型剪切破坏、单一斜剪破坏模式为主;当围压为21MPa时,试样以“X”型剪切破坏模式为主。（2）试样的破坏模式与围压的大小密切相关,当裂隙长度一定时,随着围压的增大,试样的破坏越明显;当围压一定时,随着裂隙长度的增加,裂纹扩展的规模越大。（3）随着裂隙长度的增加,岩样的峰值强度、弹性模量、起裂应力与损伤应力均呈下降趋势;随着围压的增大,各力学参数均增大,裂隙长度越大时更易诱发新生裂纹,试样强度特性降低。（4）剪切裂纹在整个模拟加载过程中占主导地位且数量始终占比较大;随着围压的增大,拉裂纹逐步占据主导地位,且当围压为21MPa,裂隙长度为39mm时,拉裂纹是剪裂纹的2.73倍;当围压一定时,随着裂隙长度的增加,拉裂纹占比也逐渐减少。     

微生物作用下混凝土裂缝修复效果试验研究

微生物矿化作用可以有效愈合混凝土裂缝,达到修复混凝土裂缝的目的.本文以带裂缝混凝土为研究对象,设置0.2、0.3、0.6 mm三个裂缝宽度和20、30 mm两个裂缝深度,以巴氏芽孢杆菌为菌株,通过裂缝观测、超声波测试、立方体抗压强度测试及裂缝内部微生物沉积物质的微观形貌分析,研究微生物对不同深度及宽度混凝土裂缝的修复效果.研究结果表明:巴氏芽孢杆菌可有效修复混凝土表面裂缝;氧气的供给是微生物在裂缝内部矿化的重要环境条件,随着裂缝深度的增加,巴氏芽孢杆菌的修复效果减弱;随着裂缝宽度的增大,微生物在裂缝内部的矿化效果减弱.     

基于虚拟深度的聚焦型显微光场相机深度测量标定

针对聚焦型显微光场相机在内部光学参数未知的情况下,进行了基于虚拟深度的深度测量标定。首先基于高斯光学建立光场成像模型,推导出虚拟深度与实际深度间的函数关系。然后选择单一角点的标定板,在不同深度位置进行拍摄;该角点在多个宏像素中重复成像,相邻重复像点的间距随深度位置改变而变化;利用图像匹配的方法计算相邻重复像点的距离和虚拟深度值,并与实际深度一一对应进行曲线拟合。根据拟合结果,分析了不同深度位置下,该光场成像系统的深度测量分辨率。最后,通过拍摄已知倾角的倾斜棋盘格标定板,进行深度测量并分析测量误差,在主镜头工作距离靠近镜头方向2 mm(10倍景深)范围内,测量误差小于5.35%。     

UHPC矮肋桥面板抗弯性能研究

为研究UHPC矮肋桥面板的抗弯性能并验证其在多跨大跨连续梁中的适用性,以滨州黄河大桥为背景,提出两种UHPC矮肋板方案（平均板厚分别为16.4 cm和14.3 cm）.首先建立实桥有限元模型,得到实际荷载作用下桥面板UHPC应力和栓钉剪力.接着,进行足尺抗弯试验,获得矮肋板从加载至破坏的过程中裂缝萌生与发展特征、荷载-位移曲线和应变分布规律等.试验表明,底部钢板的设置可以有效限制UHPC裂缝的发展,在钢板屈服前裂缝宽度呈线性发展;两种方案开裂应力分别为16.8 MPa和15.6 MPa,经过实桥有限元计算得到两种桥面板方案的纵向受力安全系数分别为2.2和1.5;钢板屈服后主裂缝迅速出现,最终桥面板纵肋受拉裂缝快速发展,顶面出现受压裂缝,认为试件破坏;然后,考虑UHPC材料受拉贡献,结合UHPC规范对结构抗弯承载能力进行验算,结果表明,当采用截面非线性方法并使用材料实际性能参数时,可以预测UHPC矮肋板的极限弯矩,计算值和试验值的比值分别为0.95和1.01.最终,对结构关键设计参数进行分析,结果表明,UHPC抗拉强度对极限弯矩的影响较小,增加钢板厚度是提高其极限弯矩的有效途径,窄而高的纵向加劲肋具有更高的受力效率.     

Mg和Si质量比对6系铝合金性能的影响

6系铝合金中Mg和Si元素是主要强化元素,其中Mg和Si质量比是其成分配比中的重要参数。通过对材料微观组织、力学性能、导电性和韧性进行测试和分析,研究Mg和Si质量比对6系铝合金组织形貌和性能的影响。研究结果表明：随Mg和Si质量比的增加,6系铝合金组织中粗晶层厚度与析出相的尺寸均减小,屈服强度、抗拉强度和硬度均小幅度降低,电导率呈上升趋势,同时抗裂纹性能逐渐提高;当比值为1.30时,屈服强度为278 MPa,抗拉强度为300 MPa,维氏硬度为97.6 ,电导率可达51.86 %IACS,压溃裂纹长度约为10 mm,承受的载荷最大,吸收功最大,压溃性能最好。