静载荷作用下三维线弹性弯曲裂纹路径预测（英文）

利用二阶摄动方法研究了静载荷作用下结构线弹性裂纹的弯曲扩展问题、裂纹路径预测时的应力准则与能量准则之间的关系,并求解出三维静态应力强度因子.归纳总结出三维线弹性弯曲裂纹扩展的判据,求解出三维线弹性弯曲裂纹扩展过程中的形状参数.利用Irwin公式计算出三维弯曲裂纹扩展引起的静态能量释放速率.研究了具有非均匀断裂韧性的材料的三维静态弯曲裂纹.就均匀物质而言,在二阶摄动分析理论的框架内,两种准则指明了相同的三维静荷载弯曲裂纹扩展路径.但在具有非均匀断裂韧度的物质中,能量准则优越于应力准则.对三维静态弯曲裂纹路径失稳因素进行了比较和分析,研究了不同初始三维裂纹长度下材料退化与静施应力或外静应力之间的临界关系.     

SF2D154汽车变速箱箱体有限元力学分析

汽车变速箱箱体需有足够的强度、刚度及良好的动态性能采用Pro／E软件建立箱体三维模型,基于ANSYS workbench 14．5软件对Ⅰ档工况下变速箱箱体进行静应力分析及预应力模态分析,求得变速箱静应力及模态参数,为产品的优化设计提供依据．     

混流式水轮机转轮动载荷作用下的应力特性

许多大型水轮机投产后短期内都出现了不同程度的裂纹问题,研究表明动应力值较大是引起转轮叶片产生疲劳裂纹的主要原因之一。该文对万家寨二号机组转轮进行了流固耦合计算,发现较大应力区与实际裂纹出现的部位基本一致。接着进行了动载荷作用下转轮的瞬态动力分析,采用Newmark算法得出了导叶开度变化时转轮的应力分布,当动载荷变化频率较大时,算出动应力大致在15～20MPa左右,与经验值比较接近。这些结果印证了动应力值过大是叶片产生裂纹的主要原因,从而为水轮机在设计阶段就进行优化提供了可能。     

半无限横观各向同性介质中三维裂纹问题数值分析

采用对偶边界元方法分析了沿裂纹面分别作用法向和切向均布力时半无限横观各向同性介质中的三维矩形裂纹。裂纹面及半无限域自由面平行于材料各向同性面。该方法基于双层横观各向同性材料基本解,以裂纹面间断位移为未知量建立了面力超奇异边界积分方程。根据求得的间断位移计算了该类裂纹的应力强度因子。最后讨论了自由面、矩形裂纹边长比、材料弹性系数对应力强度因子的影响。结果表明,自由面对作用法向均布力的该类矩形裂纹应力强度因子有明显影响,对作用切向均布力的该类矩形裂纹应力强度因子影响较小,且自由面的这种影响主要与裂纹面到自由面的距离有关,与矩形裂纹边长比基本无关。     

圆筒表面椭圆裂纹应力强度因子的数值研究

为解决用有限元方法进行三维裂纹问题分析时的难点,通过在裂纹前沿设置奇异单元,建立了圆筒表面椭圆裂纹的断裂力学有限元分析模型;通过Visual Basic对ANSYS的封装调用,编制了便于工程化应用的圆筒表面椭圆裂纹应力强度因子自动分析软件AutoSIFA;运用该软件得到了弯扭载荷作用下圆筒表面椭圆裂纹应力强度因子的变化规律,绘制了裂纹最深点应力强度因子形状修正系数F1的曲线图谱,并拟合出了便于工程应用的相关公式.     

含孔岩体破裂过程的无单元法数值模拟

根据岩体损伤程度对其渗透性和强度的影响,利用定义的损伤变量建立了应力-渗流-损伤的耦合分析模型.综合考虑应力、渗流、损伤之间的相互作用影响,模拟分析了含孔岩体在不同水压力作用下破裂的过程.分析表明,内水压力是促使裂纹扩展的一个重要因素,内水压力增加可以使原来停止扩展的裂纹重新扩展或者使原来闭合的裂纹重新张开,而且裂纹张开度的变化将导致裂纹内的渗流特性发生改变.     

孔洞三维裂纹应力强度因子分析

针对裂缝性低渗透油田孔洞三维裂纹在Ⅰ型加载下应力强度因子求解方法的多样性,研究了以权函数理论为基础的三维裂纹应力强度因子的求解方法。通过对由权函数法推导的应力强度因子曲线与Newman曲线进行比对,结果吻合较好,说明用权函数理论计算三维裂纹应力强度因子具有较高精度,且计算简便。综合运用应力三维度断裂准则、线弹性断裂力学和流体力学理论,分析了孔洞三维裂纹的起裂和三维扩展问题。通过算例分析了缝长、缝高、缝宽随施工时间变化的延伸规律。结果表明,该方法和计算模型是有效的、可行的。     

轴流转浆式水轮机桨叶的动应力特性

通过对轴流式水轮机全流道内流场进行13个稳定运行工况的非定常流场计算,得到不同工况下转轮桨叶表面非定常水压力载荷,并利用顺序流固耦合方法对桨叶在各种工况下的动应力特性进行计算分析。结果表明:在下游水位下降、机组水头升高时,机组在小功率工况下水力稳定性变差;同时表明机组长期在高水头小功率条件下运行时,由于水压力脉动引起的较大动应力是造成桨叶微裂纹的主要原因。计算结果可为水轮机其他零部件的应力特性及疲劳裂纹分析提供参考。     

三维耦合热裂纹体的时域边界元解及其收敛性

将现有耦合准静态热弹性问题的时域边界元法进一步扩展应用到三维裂纹问题的分析中,时间采用常数插值,空间采用二次等参单元插值,并用奇性元模拟了三维裂纹前沿的应力奇异性,获得了几个典型的三维裂纹体在热冲击工况下的热动态应力强度因子;着重考察了这种时域方法解的精度和收敛性,计算结果表明：随着离散网格的细分,计算结果迅速收敛;随着时间步长的细分,时域边界元法的累积误差减小,精度提高,所以,耦合热弹性问题的时域边界元法在解三维裂纹问题时具有较高的精度。     

渗透动水压力作用下裂隙岩体渗流与应力耦合分析

针对裂隙岩体的渗透水压力使岩体应力产生非常大变化,同时应力变化也影响裂隙岩体渗透性。考虑岩体渗流和应力耦合分析是研究地下水活动规律的首要问题。当岩体以裂隙为主,且其分布较密集时,可将岩体系统看作等效连续多相介质体系。运用等效连续介质理论,建立了等效连续岩体渗流与应力耦合分析的数学模型,充分考虑了渗透水压力和裂隙的存在对岩体应力及孔隙裂隙水压力变化产生的影响。给出了渗流场与应力场耦合分析的工程算例。     

Dynamic Stresses in a Francis Turbine Runner Based on Fluid-Structure Interaction Analysis

Fatigue and cracks have occurred in many large hydraulic turbines after they were put into production. The cracks are thought to be due to dynamic stresses in the runner caused by hydraulic forces. Computational fluid dynamics （CFD） simulations that included the spiral case, stay vane, guide vane, runner vane, and draft tube were run at various operating points to analyze the pressure distribution on the runner surface and the stress characteristics in the runner due to the fluid-structure interactions （FSI）. The dynamic stresses in the Francis turbine runner at the most dangerous operating point were then analyzed. The results show that the dynamic stresses caused by the hydraulic forces during off-design operating points are one of the main reasons for the fatigue and cracks in the runner blade. The results can be used to optimize the runner and to analyze other critical components in the hydraulic turbine.     

圆形夹杂与内裂纹的相互作用

研究了在SH波作用下基体中圆形夹杂与内裂纹的相互作用问题,主要采取Green函数和裂纹切割相结合的方法.首先,构造本文需要的Green函数基本解,该基本解为基体内含夹杂时夹杂内任一点承受时间谐和的出平面线源荷载作用时的位移函数.然后,从基体圆形夹杂对SH波散射问题出发,沿裂纹位置施加一应力,该应力与夹杂对SH波散射产生的应力大小相等,方向相反,从而形成裂纹,进而可得到夹杂和裂纹同时存在时的位移与应力函数式,利用此函数式讨论夹杂周围的动应力集中情况.最后,给出算例,讨论了入射波数、入射角度、裂纹大小、基体和夹杂材料性质等因素对此问题的影响.     

MonelK－500合金的时效开裂倾向

通过残余应力的测定，研究了ＭｏｎｅｌＫ－５００合金的时效开裂．结果表明，裂纹萌生于表面而向心部扩展．冷加工残余应力迭加时效热应力，以及时效初期表层优先脆化是Ｋ－５００合金时效开裂的主要原因．机械矫直有利于冷加工残余应力的调整和松弛，能有效地防止合金的时效开裂．     

新旧钢筋混凝土梁横向拼接的收缩徐变效应分析

为了研究旧桥横向拓宽时混凝土梁的收缩徐变效应,采用错位法对新、旧梁横向拼接后收缩徐变产生的应力重分布进行了分析,在不考虑重力情况下推导了拼接后新、旧梁横截面上的纵向应力及拼接处的纵向剪应力计算公式.以空心板梁为例,分析了由收缩徐变效应引起的新、旧梁上的纵向应力,比较了不同配筋率对板中纵向应力的影响.分析结果表明,新梁中的纵向拉应力可能会引起新梁横向开裂,纵向配筋率对混凝土梁的受力影响较大,而新旧梁拼接处的剪应力则较小.     

连铸板坯轻压下过程中间裂纹产生机理

针对板坯连铸过程中间裂纹严重的问题,对中间裂纹的形貌、元素偏析等情况进行分析.通过建立有限元模型,对不同压下位置和不同压下量凝固前沿的受力情况进行计算并与临界应力值进行对比.结果表明：C、P、S等元素在晶界处富集只是促使中间裂纹开裂的内因,真正造成铸坯开裂的原因是凝固前沿所承受的拉应力.铸坯通过矫直段时,多处位置的凝固前沿所承受的拉应力超过钢的临界值,导致凝固前沿容易开裂延伸,形成中间裂纹;而弧形段和水平段处凝固前沿所承受的拉应力不超过钢的临界值,无裂纹产生.统计现场大量轻压下的实验结果显示：轻压下避开矫直区进行时,中间裂纹的发生率降低约41.3%.     

动力扰动下高应力巷道围岩动态响应规律

 采矿过程中,爆破震动等动载荷常会导致高应力巷道失稳塌陷,诱发岩爆发生。根据弹性力学和应力波理论,分析扰动波诱发高应力巷道失稳破裂的机制。针对用沙坝矿高应力巷道受到动力扰动破坏的情况,运用颗粒流软件PFC^2D对动载荷作用下高应力巷道的稳定性进行数值计算,通过改变动载荷幅值的大小,探讨扰动应力波强度的变化对巷道围岩应力场、位移场及破坏区范围的影响,对模型采用静力和动力两种计算方案。研究表明：动载作用下巷道围岩应力场、位移场及破坏区范围相对静力计算结果显著增大;随扰动应力波强度增加,巷道顶、底板的应力、位移及裂纹数量也显著增加。为了避免动力扰动诱发高应力巷道失稳塌陷,给出了几条建议。     

不同角度裂纹缺陷对材料动态断裂行为的影响

采用新型数字激光动态焦散线试验系统,对含相互垂直和相互共线两种裂纹缺陷介质在冲击载荷作用下的动态断裂行为进行了研究。结果表明:在动态冲击载荷的作用下,边裂纹缺陷处应力集中程度远大于试件的内部裂纹缺陷处应力集中程度;当裂纹从垂直内部裂纹缺陷的端部再次起裂时,表现为Ⅰ/Ⅱ复合型断裂;起裂后,裂纹的断裂模式很快由Ⅰ/Ⅱ复合型向Ⅰ型转化;而对于内部共线裂纹缺陷而言,裂纹的起裂和扩展始终表现为Ⅰ型断裂形式。当内部裂纹缺陷垂直于边裂纹时,内部垂直裂纹缺陷对边裂纹扩展的裂纹尖端的应力强度因子和裂纹扩展速度均有抑制作用;且当裂纹再次从内部垂直裂纹缺陷处起裂后,裂纹的扩展速度和应力强度因子也较共线裂纹缺陷时的高;裂纹扩展速度与裂纹尖端的动态应力强度因子呈正相关性。     

承弯结构的曲率模态分析

曲率模态常用于计算结构动强度设计中的应力状态。针对桥梁等承弯结构研究曲率模态与应变模态之间的关系 ,阐明了曲率模态分析的理论依据及其特性 ,如曲率模态的正交性和叠加性等 ;推导了有关公式并据以说明曲率模态试验方法和参数识别 ;探讨了曲率模态在动强度设计、结构损伤检测等方面的应用。由于曲率模态是结构的中性面的变形模态 ,它对结构的局部变化与应变有相同的敏感性 ,但其模态表达式将比应变模态简单 ,而应变与曲率之间有简单的关系 ,因此曲率模态在动态设计应用上将更为方便     

强开采条件巷道变形破坏与能量转移分析

为进一步研究强开采条件下巷道变形破坏与能量转移特征,采用了RFPA计算软件,对巷道变形破坏及能量传递特征进行分析,研究开采过程中巷道变形破坏规律。研究结果表明,巷道顶部及两端应力集中现象较严重,且随着开采的不断推进,应力值不断增加,在顶部中间部位和两端处易产生裂缝并不断发育,甚至发生局部破坏;从能量释放角度分析可知,随着开挖的推进,能量积聚发生在裂缝发生和扩展区域,也是应力集中部位,当岩体内能量达到材料破坏强度时,材料将发生破坏,表现为拉应力作用下的破坏。数值计算结果可为开采中巷道安全和稳定提供可靠依据。