基于实测载荷谱的高速列车轮轴剩余寿命分析

针对检修周期内轮轴是否会发生破坏断裂的问题,研究了轮轴的裂纹扩展寿命.通过标定试验与线路实测试验,采用数据处理分析软件统计出了各个载荷下车轮旋转出现频次,得到了中国标准动车组测力轮对载荷谱.将最恶劣工况的载荷谱作为裂纹扩展分析的输入载荷,利用裂纹扩展分析软件计算了含裂纹的车轴在不同扩展阶段的应力强度因子,结合疲劳裂纹扩展理论估算了车轴上不同初始形状的裂纹扩展到临界尺寸时的扩展寿命,为保证检修周期内车轴不发生破坏断裂提供了科学参考.结果表明:裂纹初始深度相同的情况下,裂纹形状越扁平,车轴剩余寿命越短,裂纹扩展门槛值对裂纹扩展寿命影响较大.     

延性裂纹稳定扩展判据的研究

本文应用一种修正的Dugdale窄带屈服模型对四组延性裂纹稳定扩展试验进行了分析。提出并运用一种实验——数值计算混合方法确定了大范围屈服情况下裂纹顶端附近的应力场,以此裂纹顶端应力场做为依据,按修正Dugdale窄带屈服模型处理裂纹顶端附近边界条件,用有限元方法分析了试件,计算出延性裂纹稳定扩展的判据J积分。定义了一个新的延性裂纹稳定扩展判据:裂纹嘴张开角(Crack Month Openning Angle CMOA)。     

用权函数法建立疲劳裂纹扩展的估算模型

本文应用权函数法定量地描述了疲劳裂纹在焊接残余应力场中的扩展特性,提出了利用已知的母材疲劳裂纹扩展速率来预测焊接件疲劳裂纹扩展速率的关系式.     

平面应力条件下共线双裂纹的拉伸特性

为探寻共面双线断续节理岩体平面应力条件下的拉伸特性,从远场应力角度出发,基于Fazil Erdogan(1962)在任意荷载条件下共线双裂纹的应力场分布思想,采用G.C.Sih(1972)提出的最小应变能密度因子判据(S判据),建立了远场应力与裂纹尖端附近应力场的对应关系,证明共线双裂纹在拉应力作用下自相似扩展;裂纹外侧与内侧的应力场分布形式相同,但数值偏小,且内侧裂纹先于外侧裂纹扩展;在材料性质、裂纹间距及长度已知的情况下,可反推材料破坏时的极限外力大小。     

核反应堆压力容器的热-机械耦合及断裂分析

为研究承压热冲击对含表面裂纹的核反应堆压力容器(reactor pressure vessel,RPV)的承载能力的影响,利用ABAQUS软件对裂纹周围的环带区建立三维有限元模型,得到了瞬态温度场和应力场.使用扩展有限元法对热-机械耦合场中裂纹的扩展情况进行模拟.对不同的无延性转变温度下容器的极限承载力进行了弹塑性断裂分析,并与弹性分析的结果进行对比,总结出材料的断裂特性.通过网格的细化发现,由不同单元尺寸得到的裂纹扩展路径及损伤程度是相当的,从而避免了病态网格的依赖性.     

圆界平面上一类裂纹扩展的近似分析解

裂纹扩展过程中,求平面应力场与应变场分析解的问题,长期以来作为应用数学和力学领域中一个困难的问题而存在,至今未获得完全彻底的解答.该文借助现代复分析中深刻的Loewner理论,同时在对场域几何性质给予一定限制的前提下,得到裂纹从圆盘区域边界向内扩展时,应力场与应变场的近似分析解.     

压力容器钢疲劳裂纹扩展速率曲线测试的小样本方法

提出了一种测试压力容器钢疲劳裂纹扩展速率的小样本方法,可以综合利用历史数据和当前试验数据确定疲劳裂纹扩展速率曲线.与仅能利用当前试验数据的传统方法相比,在精度相同的情况下,可以节省大量试件;在试件数量相同的情况下,可以大大提高测试精度.     

16MnR钢中疲劳裂纹扩展的细观研究

采用显微疲劳试验方法和显微疲劳试验装置对低合金钢１６ＭｎＲ单边缺口试样进行了疲劳试验,研究了短裂纹萌生和扩展的特征。结果表明,短裂纹萌生及扩展分三个阶段,每一阶段的形貌都有其特点,在裂纹扩展后期,短裂纹的发展以裂纹密度不断增加并形成损伤区为主要特征,然后在损伤区选择一条主裂纹扩展。     

典型缺陷车轴应力分布及对疲劳性能影响研究

目前国内高速动车组最高运营速度已达350 km/h,但在运行过程中,多次发生车轴表面击伤现象.因此以某型高速动车组车轴实际应用为背景,针对缺陷发生特征及对车轴造成的影响问题,重点研究了撞击伤及擦伤两种缺陷,从产生原因、缺陷形貌及车轴应力、强度变化等方面对其进行了深入分析.借助Ansys、HyperMesh和Franc3D等软件,建立了两种缺陷的车轴有限元仿真模型,通过应力数值计算方法,确定了不同尺寸缺限下的应力集中系数,分析了缺陷参数对车轴应力的影响规律.结果表明:两种缺陷均会导致车轴疲劳寿命下降,相比于光滑车轴两者疲劳寿命曲线都发生明显下移,且缺口的形状及深度等参数会对车轴造成不同程度的影响.     

压剪复合应力强度因子和混凝土压剪断裂判据

含裂纹构件在压剪荷载作用下,裂纹面将闭合.本文在对裂纹前缘应力场的奇异性分析后,得出裂纹尖端只存在K_Ⅱ的结论.试验研究表明,混凝土在压剪情况下的破坏仍符合库仑-莫尔准则.因此,本文对压剪断裂提出了考虑裂纹面闭合和材料内摩擦双重影响的判据:在起裂时,是纯Ⅱ型扩展;其后是沿裂纹扩展方向剪断;并给出两个判据式.经8组单边裂纹压剪试样的试验验证,结果是令人满意的.     

随机谱载荷下无人机机翼外挂物悬挂挂架的损伤容限分析

机翼外挂物悬挂挂架结构的损伤容限分析是确保结构安全、实现预期目标任务的重要内容,目前针对无人机机翼外挂物悬挂挂架的损伤容限分析及研究较少.以大展弦比无人机机翼组合探头挂架为例,进行了机翼外挂物悬挂挂架损伤容限分析.根据机翼组合探头挂架的结构设计特征,建立了挂架的有限元分析模型,通过疲劳载荷工况应力分析确定了疲劳危险点,采用随机编谱方式,获得了分析部位的损伤容限载荷谱.基于断裂力学,采用Runge-Kutta方法来估算裂纹扩展行为,得到了分析部位的裂纹扩展曲线,获得了裂纹扩展特性.分析结果表明,该挂架的分析部位的裂纹扩展寿命为11 615 250次飞行起落,满足预期的剩余强度值设计要求,可根据裂纹扩展寿命制定检查间隔.     

桥梁焊接构件疲劳损伤测试与分析

对桥梁结构中典型的焊接构件的缩尺试样进行实验研究,探讨了焊接构件在高频动载下的高周疲劳损伤破坏过程及其特征．通过动态捕捉焊接试样在焊趾附近的应变变化情况,直观描述了疲劳损伤演化过程中的3个典型阶段;通过研究疲劳实验过程中试件固有频率的变化情况,定量给出了试样的疲劳损伤演化曲线,为研究结构的疲劳损伤情况提供了一种新的方法．结果表明：在焊接试样的总疲劳寿命中,对应于疲劳裂纹萌生期和扩展期的寿命占主要部分,达到总疲劳寿命的90％左右,而产生宏观可见的疲劳裂纹到试件断裂的寿命周期很短,只占到总疲劳寿命的10％左右．疲劳裂纹源和裂纹扩展区部分的图像呈放射状的人字形条纹,人字纹指向裂源,其反向为裂纹的扩展方向．     

残余压力场下的疲劳裂纹扩展特性

以１６Ｍｎ钢焊接接头为研究对象，对焊接残余压应力场下的疲劳裂纹扩展特性进行了研究．测定了应力比为０．２，０．４，０．６条件下，母材、热影响区、焊缝的疲劳裂纹扩展速率，同时对残余压应力场的变化情况进行了分析和研究，提出了预测１６Ｍｎ钢焊接接头疲劳裂纹扩展速率的数学模型     

残余应力与拘束对GH4169合金疲劳及蠕变-疲劳裂纹扩展速率影响研究

为深入理解残余应力与拘束在疲劳载荷下的交互作用,以镍基高温合金GH4169为研究对象,选用紧凑拉伸(CT)试样,对不同拘束CT试样的上方施加不同大小的预加载荷从而在裂尖产生不同应力。将该应力作为残余应力,系统研究残余应力和拘束交互作用下GH4169合金的疲劳和蠕变–疲劳裂纹扩展速率。结果表明：随着裂尖残余压应力的增加,不同拘束下GH4169合金的疲劳和蠕变–疲劳裂纹扩展速率均降低。与低拘束试样相比,高拘束试样的疲劳和蠕变–疲劳裂纹扩展速率对残余应力的变化更加敏感,这主要与裂尖Mises应力和垂直于裂纹扩展方向的正应力有关。与疲劳裂纹扩展速率相比,蠕变-疲劳裂纹扩展速率对残余应力的变化更加敏感。     

冲击和非冲击疲劳载荷下过载对裂纹扩展的影响

对12CrNi3A 钢在冲击和非冲击疲劳栽荷下的过载裂纹扩展延迟效应研究表明:过载对随后裂纹扩展的影响不仅取决于过载力作用下的裂尖塑变,还取决于随后基载力作用下的裂尖塑变.过载对随后裂纹扩展的影响存在两个互为矛盾的方面:一是裂尖塑变损伤促进裂纹扩展;另一是产生残余压应力场和闭合效应延缓裂纹扩展,两方面共同作用结果才能最终决定对随后裂纹扩展的影响.实验结果还表明,冲击疲劳载荷下的过载延迟效应与过载力的冲击速度有关,相同条件下,冲击疲劳载荷下的延迟期 Nd 高于非冲击疲劳载荷;各种因素对过载延迟的影响程度在两种载荷制度下不相同.     

缺口小裂纹的疲劳扩展速率

将复型技术应用于疲劳小裂纹扩展试验中的裂纹长度测量。在等载荷比R=0.1、不同平均载荷水平影响的疲劳条件下,板试样V型缺口小裂纹疲劳扩展速率做了试验测试;通过结果分析,提出了缺口小裂纹疲劳扩展速率表达式,并以εp为控制参数,求出45~#钢的计算式。     

钢箱梁疲劳裂纹气动冲击法维修效果评估

以实桥疲劳裂纹为研究对象,从应力和应力强度因子角度评估气动冲击维修方法的现场实施效果.对维修前后疲劳裂纹尖端附近的应力分别进行24 h数据采集,并采用雨流计数法,探讨裂纹尖端应力幅的变化规律.结合应力强度因子测试理论,对比研究裂纹尖端应力强度因子幅的变化规律.研究结果表明:本测点疲劳裂纹为典型的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹,维修后疲劳裂纹尖端张拉和剪切应力幅均得到有效降低,改善了裂纹尖端受力条件.高应力强度因子幅的循环次数显著降低,表明气动冲击维修技术对于制约复合型裂纹扩展具有良好效果.     

基于损伤力学的疲劳全寿命数值预估方法

疲劳失效是影响结构件使用安全的主要问题,对疲劳寿命进行准确预测具有重要的工程意义。基于采用平均应力修正的损伤力学演化模型,结合有限元法建立了同时考虑裂纹萌生与扩展的疲劳全寿命数值预估方法。为了验证该方法,开展了不同应力水平下铝合金开孔板试样疲劳试验与疲劳数值模拟。结果表明,基于所建立的疲劳数值分析方法能够有效预测开孔板裂纹扩展过程及疲劳全寿命,预测寿命误差带在两倍以内。     

火焰筒掺混孔边裂纹在变温情形下的J积分、C(t)积分

针对某型火焰筒高温条件下裂纹萌生以及扩展问题,利用含裂纹圆孔模型和有限元方法分别在稳定温度场和瞬态变化温度场下进行数值模拟,通过J积分和C（t）积分结果估计裂纹尖端场强度。J积分和C（t）积分在两种情况下表现出明显差异,表明瞬态温度场下的裂纹扩展与稳态温度场下的情况显著不同。对这种现象进行了初步探讨,利用J积分和C（t）积分判断火焰筒掺混孔边裂纹扩展趋势。     

动车组车轮辋裂损伤容限和剩余寿命评估

针对我国某型动车组车轮在实际线路发生的辋裂损伤，在全面失效分析的基础上，揭示了车轮辋裂失效机理；以车轮材料裂纹扩展试验数据为基础，结合Franc3D仿真分析软件对车轮内部缺陷进行裂纹扩展仿真计算.仿真结果表明:车轮内部缺陷尺寸及分布均对车轮滚动接触疲劳寿命产生影响，缺陷尺寸越大，分布位置距车轮最大应力区越近，车轮疲劳寿命越短.该车轮的损伤容限为3mm，与标准中失效判据3mm一致，给出了目前我国铁路车轮辋裂失效探伤标准(3mm横孔当量大小)的理论依据.