脉冲电流作用下熔孔尺寸对止裂性能影响的仿真研究

采用有限元方法模拟带预制裂纹的构件在脉冲电流作用下的温度场,利用“生死单元”技术模拟脉冲作用出现的熔孔. 在恒定载荷作用下产生熔孔现象时,建立求解应力强度因子模型,探究脉冲作用后熔孔尺寸对钝裂纹应力强度因子的影响. 证明在恒定载荷作用下,随着熔孔尺寸增加,X轴最大应力位于裂纹尖端处呈下降趋势,修正后的应力强度因子呈上升趋势. 在一定尺寸范围内,修正后的应力强度因子小于尖裂纹的应力强度因子,熔孔形成的钝裂纹对于裂纹尖端止裂才会有效果. 研究结果可为含缺陷金属构件的修复机理研究提供科学参考.     

金属材料裂纹尖端温度场和热应力场的数值模拟

用数值模拟方法研究了金属裂纹尖端的温度场和热应力场的分布情况.模拟结果表明,由于金属材料裂纹尖端的绕流效应而导致金属材料裂纹尖端产生焦耳热源,焦耳热源能够在裂纹尖端很小的范围内熔化形成焊口,从而使裂纹尖端处的曲率半径显著增大.同时,在裂纹尖端附近在放电过程中将产生很大的热压应力,可显著地减少甚至是消除裂纹前缘处的扩展应力,抑制了裂纹的进一步扩展,达到止裂的目的.     

钢桥面板顶板角焊缝疲劳裂纹钻孔孔位分析

结合钢箱梁局部模型试件,针对顶板角焊缝处表面裂纹进行钻孔止裂,进行止裂孔孔周应力计算,分析了不同孔位对止裂效果的影响并提出了合理止裂孔位,最后结合实际工程中止裂孔孔径应用情况,研究了合理止裂孔位与孔径的关系。分析结果表明,止裂孔没有改变构件整体应力变化趋势,孔边存在很大的应力降,但有应力台阶现象;孔位在0.5D(D为孔径尺寸)更远后,裂尖与孔边之间出现高应力、大应力降连接段,合理止裂孔位为0.5D,孔径大小对合理孔位与孔径的系数没有影响;止裂孔在裂纹尖端外情形下,孔径较小时,最大应力点还在裂纹尖端,孔径较大时,最大应力点在裂纹侧孔边,且离裂纹尖端越远,孔两侧最大应力差越小。     

钢箱梁疲劳裂纹钻孔止裂修复的影响因素

考虑了钢箱梁疲劳裂纹止裂孔的孔径、位置、角度等参数,建立了线弹性有限元实体模型,得到钢箱梁疲劳裂纹钻孔孔边及沿孔边厚度方向的应力变化,对比了不同参数下钻孔止裂的效果,给出了钻孔止裂修复的影响因素.依据不同打孔参数下孔边应力降低程度,建立了止裂孔参数影响因素的比重关系.研究结果表明:过于增大止裂孔的孔径对止裂效果的提高并不明显;孔边的表面应力比孔内的应力大25%左右,裂纹更容易在表面萌生.分析结果表明:止裂孔的打孔位置应在裂纹边缘中心,并且止裂孔存在偏心或一定角度时,能够改善孔边应力的分布,进一步降低孔边应力的集中,具有更好的止裂效果.     

840D货车车轮辐板孔疲劳裂纹研究

根据840D车轮辐板孔裂纹调查统计数据,运用跟踪观测试验、轮轨机械载荷和制动热负载下的应力及裂纹强度因子仿真计算等结果,对裂纹成因、扩展规律及容限尺寸进行了综合分析．指出坡道制动产生的长时、稳态热拉应力与轮轨机械波动应力的综合作用是导致裂纹形成和扩展的主要因素,车轮踏面磨耗、辐板孔位偏向轮辋均将降低裂纹形成和扩展寿命．     

考虑附加孔效应的带止裂孔裂纹钢板补强效果

为进一步提升止裂孔的止裂效果,研究了附加孔及补强钢板组合作用下的钻孔止裂性能。通过建立带裂纹的1/4钻孔止裂模型,对比了不同附加孔角度、附加孔间距对止裂孔边应力分布的影响。在此基础上,分析了在附加孔的基础上粘贴补强钢板的可行性,并进一步研究了不同补强钢板布置形式、不同补强钢板厚度对钻孔止裂效果的影响。研究结果表明,附加孔角度为90°时对钻孔止裂效果的提升作用最明显。随着附加孔间距的降低,止裂孔边应力极值逐渐减小,但会逐渐产生新的应力集中区域。在附加孔的基础上粘贴补强钢板时宜确保补强钢板边缘与止裂孔、附加孔相切,且补强钢板的厚度宜为待补强钢板厚度的一半。     

金属模具电磁热裂纹止裂研究的新进展

综述了在理论分析、数值模拟和实验研究方面，关于利用电磁热效应实现金属模具裂纹止裂研究的最新进展，所得结论可以为工程实际问题的解决提供指导。采用复变函数方法，建立了金属模具电磁热效应空间裂纹止裂的理论分析模型，求解了通电瞬间裂尖附近的热源功率、温度场和热应力场；采用电、热和机械场三场顺次耦合的有限元分析方法建立了金属模具中平面、空间裂纹电磁热裂纹止裂的数值分析模型：采用自制的ZL-1型和改进型ZL-2超强脉冲电流发生装置实现了金属模具试件中电磁热裂纹止裂；研究了各种实际金属模具中裂纹电磁热止裂后的修复。为将电磁热裂纹止裂应用到金属模具裂纹止裂中进行了基础研究工作。     

钢桥疲劳裂纹钻孔止裂技术多孔布置方法研究

文章考虑双孔和附加孔2种多止裂孔布置,对开裂模型进行线弹性有限元分析,通过对比不同布置下模型的应力集中系数,研究多孔布置对于钻孔止裂法的影响。结果表明:双孔布置对应力集中的降低作用不如单止裂孔,但它会对疲劳裂纹的开展起到持续的抑制作用,在不能精确定位裂纹尖端时可以作为一种有效的备用方法;合理布置附加孔的直径与位置可以加强止裂孔的止裂修复效果,附加孔直径越大,与裂纹线间的垂直距离越小,效果越好;附加孔的最佳位置位于止裂孔前方,距离为止裂孔直径的1/4。     

高强螺栓止裂法修复含裂纹钢板疲劳受力性能

为了分析高强螺栓止裂法的止裂效果，首先基于带裂纹钢板的有限元模型探究孔径和螺栓预紧力参数对修复后钢板的应力分布和止裂机理的影响。随后对修复后的预裂钢板进行3组对比疲劳试验，评价了不同修复方法下的结构疲劳寿命，并与各国规范相关S-N曲线进行比较。分析和试验结果表明：采用止裂孔法和高强螺栓止裂法均能延长损伤钢板的疲劳寿命，但高强螺栓止裂孔修复效率更优，其延长结构寿命是单纯止裂孔修复的9倍以上。以测点应力发生突变为疲劳失效判据时，单纯采用止裂孔修复不足以满足各国规范规定的疲劳强度等级，而高强螺栓止裂孔修复组明显高于AASHTO中A类细节等级，具有优异的抗疲劳性能。     

电磁热裂纹止裂中的尺寸效应

研究了在载流的无限大导电薄板中,瞬时形成穿透裂纹的几何尺寸（长度）,板的厚度对裂纹尖端处电磁热止裂纹的影响,通过算例表明：瞬间形成裂纹的几何尺寸是影响裂尖温度场的主要因素之一。     

具有中间穿透裂纹载流薄板裂纹前缘的应力场

用复变函数方法研究了带有中间穿透裂纹的载流薄板在瞬间电流通入时，在裂纹尖端处由于电流集中及电磁热效应而形成的点热源的计算方法，进而推导并计算了由此热源在裂纹前缘产生的温度场和应力场。通过控制通入电流密度，可以使裂纹尖端温升达到熔化状态，至使裂尖钝化，由温升产生的压应力可以遏制裂纹的扩展。在文中讨论了裂尖附近材料的热传导系数、线胀系数、弹性模量随温度的变化，及其对应力场的影响。     

金属磁记忆定量化评价的三维仿真分析与实验

早期损伤是导致金属构件发生突发性断裂的主要因素.针对大多数常规无损检测方法都只能对已成形的宏观缺陷进行检测,不能检测尚未成形的微观缺陷或应力集中区,以及金属磁记忆检测技术目前只能对早期微观缺陷进行定位,无法定量的问题,利用仿真与实验相结合的方法,建立了三维力磁耦合模型,仿真计算了微观缺陷表面空间三维磁场的分布,研究了应力、微观缺陷长度及扫描路径对磁记忆信号的影响,在此基础上,构建了金属磁记忆检测系统,实验研究了外加载荷、扫描路径与金属磁记忆信号的关系.研究结果表明:利用金属磁记忆检测技术可以实现对早期微观缺陷进行定量检测.     

圆形缺口裂纹扩展的晶体相场模拟

【目的】研究初始缺口为圆形的样品在纵轴拉伸应力作用下起裂,并在样品裂纹扩展方向确定后,再加上横轴压力下裂纹的扩展情况。观察横轴压力对其扩展方向的影响,从而得出施加压力修复正在扩展的裂纹样品的模拟结果。【方法】使用晶体相场法(PFC)进行模拟,获得裂纹扩展的演变图。【结果】在纵轴拉应力条件下,应变在达到一定数值后圆形缺口开始发射位错和空位,位错向前运动;之后柏氏矢量相反的位错相遇并相互湮灭,没有湮灭的位错组合成位错对并产生裂纹;最后微裂纹之间、微裂纹与原始缺口之间相互合并。裂纹稳定地朝着横轴方向扩展,在此基础上施加横轴的压应力,发现左侧裂纹扩展方向发生两次改变,并往裂纹扩展方向发射位错。同时初始设置的圆形缺口也有形状变化,并往纵轴发射位错。【结论】晶体相场法能有效模拟晶体裂纹扩展的微观现象。     

小型航空Wankel发动机转子结构优化仿真

三角转子是小型航空Wankel转子发动机的核心部件,其高速旋转过程中承受着温度、惯性力和燃气爆发压力等复杂载荷耦合作用,更加容易因强度不足发生失效与破坏。针对多重载荷耦合工况下,三角转子应力集中与强度问题,建立发动机热力学模型,获得发动机单循环内燃烧室缸温、缸压以及换热系数变化曲线,计算转子各处热边界条件,分别在机械应力、热应力与热 机械耦合条件下,采用有限元的方法对三角转子进行温度场、应力场与变形量仿真分析,并提出转子腰部圆孔边缘处加工圆角和冷却孔处布置散热片优化方法。仿真结果表明：优化后三角转子最大应力由原来的687.0 MPa下降为403.9 MPa,约为原来的58.79%;转子腰部圆孔边缘应力由577.5 MPa下降为306.1 MPa,降低为原来的53.02%;冷却孔处应力值也由212.6 MPa降至113.2 MPa,约为原来的53.25%。布置散热片后,转子平均温度下降20 K以上,转子腰部圆孔边缘与冷却孔温度下降40 K左右,密封槽尖端变形量由0.21 mm降至0.15 mm,减小27.7%。转子应力场得到改善,变形量减小。     

裂隙岩体贯通及锚固止裂路径有限元分析

供水管网地震过程中往往会遭到不同程度的破坏,以震后管线破坏状态模拟为基础,对带渗漏管网进行水力分析,进而评价其服务性能.在渗漏管网流分析时,引入节点配水量和节点压力的函数关系,结合中国点式渗漏模型,通过求解非线性方程组,得到震后管网节点的供水量和节点压力.该方法在传统的管网水力计算基础上,考虑节点流量随水压的动态变化,避免了负的压力计算值的产生.以一实际管网为例,介绍了震后供水管网功能分析的应用方法.     

拉伸圆孔板孔边裂纹应力强度因子解析解

裂纹尖端应力强度因子是判断裂纹扩展和结构失效的重要标准,探究拉伸荷载下圆孔与裂纹相互作用的裂纹尖端应力强度因子对材料断裂准则和残余强度分析具有重要意义。基于叠加原理和弹性力学初始解,采用Westergaard应力函数求得单轴拉伸圆孔板孔边裂纹应力强度因子的积分方程,使用切比雪夫多项式得到积分方程的近似解,运用Exponential函数对近似解修正得到裂纹尖端应力强度因子修正解;运用Abaqus对同一问题进行模拟分析并与修正解结果进行对比;分析了裂纹尺寸、圆孔半径、裂纹位置角以及裂纹倾角对裂纹尖端应力强度因子的影响。结果表明：修正解与Abaqus模拟解基本吻合;应力强度因子随裂纹尺寸和圆孔半径增大而增大,随裂纹位置角和裂纹倾角增大而减小。     

Simulation of the continuous casting process in a mold of free-cutting steel 38MnVS based on a MiLE method

A new method called mixed Lagrangian and Eulerian (MiLE) method was used to simulate the continuous casting process in a mold of free-cutting steel 38MnVS. The simulation results are basically in agreement with experimental data in the literature, achieving the three-dimensional visualization of temperature distribution, melt flow, shell thickness, and stress distribution of blooms in a mold. It is shown that the flow velocity of steel melt becomes smaller gradually as the casting proceeds. When the flow reaches a certain depth, two types of flow patterns can be observed in the upper zone of the mold. The first flow pattern is to flow downwards, and the second one is to flow upwards to the meniscus. The corner temperature is higher, and the thickness is thinner than those in the mid-face. The effective stress in the corner area is much bigger than that in the mid-face, indicating that the corner area is the dangerous zone of cracking.     

模具钢激光熔覆的温度场数值计算研究

使用有限元分析软件ANSYS对激光熔覆的表面温度场进行模拟与分析。使用参数化设计语言APDL实现对移动栽荷的加载及ANSYS生死单元方法模拟粉末逐步熔覆的过程。结果表明,激光熔覆是典型的急冷急热加工过程,热影响区成后拖的偏椭圆状图形且面积随时间进行逐渐增大,熔池中心温度随着激光功率的增加而升高,随激光扫描速度的增加而下降。但下降幅度不大。