脉冲电流下对AL6061合金进行熔孔止裂与愈合的仿真研究

Al6061铝合金常应用于航空航天领域蒙皮制造,因其中等硬度与低强度的弱点,在承受复杂载荷时容易出现微裂纹,进而影响服役安全可靠性。脉冲电流是一种极速、非平衡的金属材料微小裂纹修复工艺,可以克服该材料不易焊接修复的短板。本文在既有的实验基础上建立单边预制裂纹缺口模型,采用有限元仿真手段,进行了热-电-力三场耦合数值模拟,计算不同参数下裂纹区域的电场、温度场和应力场分布。使用“生死单元”法模拟止裂熔孔的产生,并获得了不同几何、物理参数下止裂熔孔尺寸变化的规律。结果表明：焦耳热形成的止裂熔孔降低裂尖的集中应力,抑制裂纹扩展,裂纹区域高温区与基体常温区形成温度梯度相互约束产生巨大的热压应力促使裂纹宽度减小,进而直至愈合;初始熔孔尺寸与裂纹长度成正比、与板厚成反比,最佳尺寸直径为0.1mm以内;电流值和电流加载时间均能控制熔孔生长,电流值一定时,当时间达到0.12s形成的熔孔尺寸超出最佳止裂尺寸范围。研究成果为特定金属材料的裂纹止裂与愈合提供了机理参考和仿真方法。     

玛湖致密砾岩裂缝干扰规律

玛湖致密砾岩油藏是目前重要的陆上原油上产的主要组成部分,系统的油藏工程评价显示,其裂缝的扩展规律与页岩为代表的非常规储层具有典型的差异,“绕砾成缝”是其重要的控制机理,裂缝的干扰特征也有显著的差异。本研究基于考虑“基质本构、固液耦合、任意方向破裂表征”的离散元计算模型,研究了砾岩油藏裂缝扩展过程中的干扰规律。研究表明,应力差较小情况下,裂缝受到砾石吸引作用大于应力差作用,加之裂缝间的相互作用,使得裂缝逐渐向两侧发育,裂缝受到砾石阻碍作用,导致相互贯通,裂缝向两侧发育消耗能量,导致裂缝较短,在应力差较大的情况下,应力差作用大于裂缝受到砾石吸引作用,裂缝沿着最大主应力方向发育,裂缝集中发育,主裂缝较长。应力和砾石共同作用下的裂缝和干扰机理的研究为后期不同应力差条件下的合理改造和开发对策提供重要的支撑。     

带弹簧片高压转子连接螺栓组件焊接裂纹故障分析与改进验证

带弹簧片高压转子连接螺栓组件由D头螺栓和弹簧片激光熔焊组成,其因结构简单、设计精巧等原因,在国内外各型发动机上广泛使用。为彻底解决各型发动机带弹簧片高压转子连接螺栓组件焊接裂纹故障问题,以某型发动机故障件为基础,通过断口宏微分析、金相检查、焊接深度测量、温度场评估、材料选用分析、结构尺寸分析、有限元仿真计算、分解/装配过程分析等方法,对带弹簧片高压转子连接螺栓组件焊接裂纹故障进行全面的研究,最终定位了故障的根本原因：螺栓组件焊接深度不足且存在明显的焊接薄弱处;螺栓组件弹簧片因结构设计不合理,导致自锁螺母分解/装配过程中弹簧片承受不合理扭矩,当扭矩过大时,焊接薄弱处因应力超限而过载破坏。从结构设计、制造工艺等方面给出相应的改进措施,改进后的螺栓组件未再出现裂纹故障,证明了故障定位的准确性和改进措施的有效性。     

管道缺陷超声导波监测信号匹配追踪去噪

采用超声导波进行管道缺陷监测过程中混入干扰噪声严重影响缺陷反射回波的提取和识别,本文提出了一种新的管道缺陷超声导波监测信号匹配追踪去噪方法。将Hanning窗调制的正弦波激励信号经过时间平移和幅值调制作为基本原子形成自定义过完备波形字典,对管道缺陷超声导波监测信号进行匹配追踪稀疏分解,提取其中有效成分进行信号重构,经多次迭代实现信号去噪。对有限元数值模拟和实际管道缺陷监测信号分别采用传统小波阈值和本文提出的匹配追踪法进行去噪处理,结果表明,当信噪比较低时匹配追踪法明显优于小波阈值法,即使在干扰噪声完全淹没缺陷反射回波的场合,仍然可以提取出清晰干净的缺陷反射回波信号,为正确分析和评估现役管道安全运行状况提供了一条新的途径。     

含Ⅰ型边缘裂纹离心叶轮的应力强度因子预测方法

离心叶轮叶片在高速旋转时容易因裂纹扩展出现断裂破坏。由于叶片几何形状和载荷均很复杂,采用公式法计算I型裂纹的应力强度因子不可避免地存在着误差。扩展有限元法分析应力强度因子虽精度较好,但一般要花费大量的计算时间且有时收敛困难。首先基于ABAQUS软件扩展有限元法模块,仿真分析了不同的裂纹起始位置和裂纹长度下的叶片裂纹尖端应力强度因子,得到其与裂纹长度和起始位置的关系。接下来,基于断裂力学理论知识,检验了公式法估算应力强度因子的准确度。最后,以扩展有限元法的仿真结果为训练数据,以叶片裂纹位置和裂纹长度为输入参数,建立了裂纹尖端应力强度因子的多层反向传播人工神经网络(back propagation artificial neural network, BP-ANN)。算例表明,BP-ANN的预测精度优于公式法,并可有效减少扩展有限元法的仿真次数,推进断裂力学在离心叶轮可靠性设计中的应用。     

基于RFPA-3D的煤层钻孔水力压裂裂缝扩展规律数值模拟

水力压裂裂缝的几何形态是评价压裂效果的主要因素,煤层受割理、层理和天然裂隙的影响,非均质性较强,对于垂向主应力、最大水平主应力和最小水平主应力共同影响下的煤层水力压裂缝扩展规律还未形成系统认识。文章利用RFPA-3D数值模拟软件,研究非均匀分布的硬煤层和软煤层,在垂向主应力不变,不同水平主应力差下水力压裂三维裂纹的扩展过程和延伸规律,研究发现硬煤层水平主应力差接近时,水力压裂缝在煤层中延伸没有优势方位,形成网状缝;水平主应力差较大时,水力压裂缝主要沿最大水平主应力方向扩展,其他分支裂缝初始阶段沿着最小水平主应力方向延伸,随后逐渐向最大水平主应力方向靠拢。软煤层水力压裂初始阶段,注入段附近煤层以井筒为中心向四周挤压,煤层被挤压形成一个“大肚子”区域,待煤层挤压到一定程度,煤层开始起裂、裂缝扩展;水平主应力差接近时,注入段煤层压实后,起裂形成网状缝;水平主应力差较大时,注入段煤层压实后,压裂缝沿最大水平主应力方向以及与最大水平主应力方向成45°夹角方向产生两条优势裂缝。研究成果在安徽芦岭井田Y-01煤层气水平井组进行应用,日产气突破10 000 m3。     

基于深度学习的公路路面病害检测算法

针对公路路面病害图像存在背景干扰多、病害信息弱、尺度差异大等问题,提出了一种基于深度学习的公路路面病害检测方法。以YOLOv4算法为基础,在检测网络中引入可变形卷积,并提出基于PANet的自适应空间特征融合结构,充分学习公路路面病害的细节特征,实现不同尺度特征信息的高效融合;采用AP-loss函数作为分类损失函数,促使网络在训练过程中更加注重于正样本。实验表明,在公路路面病害检测中,改进YOLOv4算法的平均准确率达到了95.34%,每张图像的平均检测时间为0.071s。与Faster R-CNN算法相比,所提出的算法在持有较高检测准确率的同时,减少了运算时间,可以满足公路路面病害检测的准确性与实时性需求。     

基于ANSYS的药柱包覆层粘接质量敲击响应特性

文 摘 包覆层界面脱粘极易使药柱局部应力集中,影响药柱正常燃烧,使其运行存在严重安全隐患。针对药柱结构在加工或服役过程中粘接界面产生分层、脱胶等缺陷所带来的结构性能差、耐久性能低等安全问题,基于数字敲击检测理论对粘结结构内预置的不同种类缺陷进行研究,得知脱粘弹性系数k2直接影响脱粘缺陷程度,而其与敲击碰撞产生的应力持续时间成负相关性,因此利用ANSYS中显示动力学模块对敲击检测模型进行仿真分析,由数据结果提取出的应力持续时间界定影响包覆层粘接质量的不同因素对其产生的影响关系与程度。实验表明敲击检测能力会因结构中局部缺陷大小、缺陷深度、缺陷位置、敲击角度的不同产生相关性影响。     

埋地管道防腐层缺陷检测技术及其应用

研究了防腐层缺陷检测技术。比较了多种检测技术的优缺点．综合分析埋地管道检测技术组合方法及其实际应用。     

空洞缺陷形状对杉木圆盘电阻与应力波断层成像效果的影响

无损检测技术能对木材空洞缺陷进行快速且准确的检测,现存的各种检测技术都有一定的优缺点,因此有必要对它们进行试验和对比。以福建杉木圆盘为对象,研究不同面积、不同轮廓形状的空洞缺陷对电阻和应力波断层成像技术的影响,比较两种检测技术的缺陷图像与实际缺陷图像的差异。结果表明:①电阻和应力波检测技术均能直观显示木材内部缺陷,其检测精度会受到空洞缺陷面积、轮廓形状以及截面积比率影响; ②当空洞实际面积与被测木材截面积比率从4.90%上升到44.05%时,电阻成像系统显示的缺陷图像面积与实际缺陷面积相对误差从34.03%下降到11.69%,应力波成像系统显示缺陷图像面积与实际缺陷面积相对误差从46.41%下降到14.88%; ③缺陷轮廓形状对两种成像均有一定影响。对于电阻成像,近圆形的空洞成像精度低于狭长形的空洞缺陷,在电阻成像中,除了扇形和圆形缺陷外,其余的空洞缺陷形状均不能被明显地检测出,但是应力波成像中,狭长形的扇形缺陷能够比较清晰地被系统显示。研究表明:电阻断层成像法对于空洞缺陷的检测比应力波断层成像法灵敏,且图像检测精度也比应力波断层成像法高; 而对于缺陷轮廓的识别能力,应力波断层成像法要优于电阻断层成像法。