管螺纹接头齿根表面裂纹的数值分析

本文采用一种混合的数值方法对管螺纹接头齿根中存在半椭园型表面裂纹的断裂强度作了三维数值分析，采用虚拟接触载荷法模拟啮合螺纹齿间的接触现象，确定载荷沿螺纹齿的分布规律，并求解出裂纹区的变形位移场。最后采用位移法。计算出裂纹体的应力强度因子。     

含半球形缺陷无限大弹性体表面裂纹的数值分析

为了防止航天器在受到撞击后造成灾难性破坏,选取含半球形表面缺陷和表面裂纹的三维线弹性体(简称表面缺陷裂纹问题)作为研究对象,针对几种相关模型,采用康奈尔大学断裂力学小组编制的FRANC3D边界元软件对断裂分析中的关键参量--应力强度因子进行了数值分析,计算出了含半圆形表面缺陷裂纹体无限大和有限大的界限.半球形表面缺陷影响下,表面裂纹前沿的应力强度因子均随着裂尖与前自由表面间距离的增大而减小.     

疲劳拉伸载荷作用下的表面裂纹扩展分析

贮箱在长时间工作状态下会衍生出很多疲劳裂纹,这些裂纹的存在不仅影响容器的结构强度与使用寿命,还威胁到工作人员的人身安全,因此开展贮箱材料疲劳裂纹的动态扩展以及寿命机理的分析研究。通过Franc3D裂纹分析软件,预制不同长深比的半椭圆裂纹试样,研究裂纹动态应力强度因子在疲劳拉伸载荷作用下的变化规律,同时开展裂纹扩展路径、速率和寿命的探究。结果表明：不同长深比的半椭圆裂纹在扩展过程中尖端动态应力强度因子分布规律基本一致,且近表面处强度因子数值大小最高,仿真结果的裂纹形貌仍为半椭圆形;裂纹刚开始扩展时扩展速率近乎相等,随着载荷循环次数的增加,扩展距离呈指数型增长,近表面处的扩展速率最高,长深比小于等于1的裂纹在近表面的扩展速率基本相同。     

滚动接触作用下钢轨表面裂纹扩展机理分析

为了分析车轮纯滚动接触作用下的钢轨表面裂纹扩展机制,建立含表面裂纹的轮轨滚动接触疲劳计算模型,获得15t轴重作用下钢轨表面裂纹长度由0.1mm扩展到2.0mm全过程的裂纹尖端应力强度因子变化规律.基于复合型断裂准则和Paris疲劳扩展理论,分析钢轨表面裂纹扩展规律.分析结果表明:在微裂纹扩展至可见裂纹阶段,钢轨表面疲劳裂纹属于Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹;随着裂纹长度增加,应力强度因子K_Ⅰ先迅速增加,然后逐渐减小,而KⅡ在裂纹扩展全过程中呈增加趋势;裂纹萌生与扩展初期以张开型为主,随着裂纹长度增加,其扩展形式向滑开型转变;当裂纹扩展至0.3~0.5mm间时,倾向于向上扩展导致剥离掉块,该扩展趋势与现场服役钢轨剥离路径较为一致.     

接触载荷作用下的表面裂纹分析

用边界积分方法分析了表面裂纹在接触载荷作用下的张开位移和应力强度因子，该方法将埋在无穷大弹性介质中裂纹模拟为连续分布的位错环，根据两个位错环之间的相互作用能可以得到弹性体的应变能，对弹性体的势能取极值，可以得到关于裂纹张开位移的边界积分方程，通过把半空间的边界模拟成一个包含在无穷大弹性介质中大裂纹，该方法能用已有的边界积分方法很好的处理具有任意表面形状的表面裂纹，文中算例分析了不同倾角的表面裂纹在法向和切向接触载荷作用下，裂纹尖端的应力强度因子，其结果对于分析路面表面裂纹的扩展具有重要意义。     

支柱瓷绝缘子表面裂纹应力强度因子的有限元分析

通过ANSYS实体建模方法创建了含半椭圆表面裂纹的支柱瓷绝缘子有限元模型,裂纹前缘采用三维20节点等参退化奇异单元模拟尖端的应力应变奇异性,利用1/4节点法计算了弯曲载荷作用下瓷绝缘子裂纹前沿的应力场强度因子,得出KI随裂纹尺寸、位置及载荷水平改变时的变化规律.计算结果表明:相同条件下,支柱下法兰口与底部第一伞裙之间的表面裂纹最深点具有最大的应力强度因子,且KI值随裂纹形状比的增大而减小,随裂纹深度及载荷的增大而增大.     

CFL加固受弯钢板中表面裂纹应力强度因子的数值分析

借助ANSYS建立了碳纤维薄板(CFL)加固钢板中半椭圆型三维表面裂纹的应力强度因子有限元计算模型,讨论了CFL厚度、裂纹形状比、裂纹面积对CFL加固受弯钢板中三维表面裂纹应力强度因子的影响.研究结果表明:CFL加固含裂纹的钢结构能够大幅度地降低裂纹的应力强度因子;应力强度因子的降低速率随CFL厚度的增加而减小;裂纹面积越大的表面裂纹,在CFL加固后其应力强度因子降低的幅度越大,加固效果越明显;对于含细长裂纹的受弯钢板,CFL正面加固的效果更为显著.     

C70型通用敞车枕梁下盖板(中)裂纹分析探究

从零(部)件制造及焊接工艺等方面分析了C70型通用敞车枕梁下盖板组成(中)产生裂纹的原因,提出了改进措施和建议。     

带有环向内裂纹的薄壁钢管结构断裂力学计算分析

应力强度因子是衡量裂纹尖端应力集中水平的一个重要的参数.针对工程中常用的薄壁钢管结构断裂问题,采用有限元方法研究含有环向内裂纹的薄壁钢管结构在纯弯曲状态下的断裂力学响应,分析不同裂纹深度和环向裂纹长度对裂纹前端应力强度因子变化的影响,得到相关的灵敏度曲线.结果表明,在纯弯曲状态下,裂纹深度和环向裂纹长度对应力强度因子的影响规律不相同.     

Q345c连铸坯在热装热送中表面裂纹成因分析

应用有限元软件(ABAQUS)对Q345c连铸板坯单坯冷却过程温度场和应力场进行模拟,通过Gleeble 2000热模拟试验机研究Q345c钢连铸坯的高温热塑性,测得材料的高温热塑性曲线和高温抗拉极限曲线。研究结果表明:材料的脆性区在600~850℃之间,高温断裂强度随温度升高而降低,最大不超过160 MPa;板坯单独冷却在850~750℃之间,正处在材料的脆性区,模拟所得其表面拉应力,最大达到164 MPa,超过材料的高温抗拉强度;为避免过高的表面热应力产生热裂纹缺陷,连铸火焰切机至板坯加热炉之间,除应安装保温加热装置外,尽量缩短板坯的输送时间,必要时堆垛缓冷。     

压裂泵泵头体相贯线裂尖应力场及应力强度因子研究*

压裂泵泵头体作为油气压裂工艺的中的关键装备,直接决定了压裂技术的成败,影响油气开采效率和经济效益。针对现有泵头体相贯线处的疲劳开裂失效现状,建立了泵头体有限元分析模型和不同初始长度的圆形裂纹断裂模型,通过分析裂尖应力场和应力强度因子的分布规律。结果表明:内压作用下,泵头体整体仍处于弹性区,只有裂纹面前方两侧的45°~70°区域进入塑性区。相贯线处的裂纹类型虽然为Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ复合裂纹,但是仍然是I型裂纹主导,裂纹的起始位置位于两个内腔表面。不同裂纹长度,其应力强度因子分布规律基本一致;但是初始裂纹越长,裂纹越容易发生扩展。裂尖附近区域应力分布是影响裂纹起裂的关键因素,但泵头体两个相贯内腔半径也会影响裂纹起裂。通过分析泵头体裂尖应力场和应力强度因子,可以更好了解泵头体疲劳开裂原因和裂纹起裂位置,为泵头体的工程应用提供理论依据。     

应力高阶项对相贯内腔裂尖应力场的影响*

压裂泵头体作为压裂技术的硬件支撑,相贯线处的开裂失效严重制约了其工作寿命。采用理论分析和数值分析的方法,对泵头体相贯线的裂尖应力场进行了研究。结果表明,裂尖应力分量σ11和σ33的高阶t11、t33项对相贯线处裂尖应力场的影响显著;张开应力σ22的高阶项对裂尖应力场影响不显著,相比于单参数模型,K-t11-t33模型可以更好描述相贯线处的裂尖应力场。离面应力σ33的高阶项t33与t11和离面应变ε33有关,但主要由ε33决定。通过研究裂纹前缘不同位置的应变ε33,结果表明,越靠近两个内腔表面,其应变量越大;越远离两个内腔表面,应变量ε33越小,裂尖应力状越接近平面应变状态。通过研究相贯内腔的裂尖应力场,建立其裂尖应力场的理论模型,可以为相贯内腔结构的临界断裂条件和寿命预估奠定基础。     

飞机声疲劳裂纹扩展的分析方法研究

随着近年来各种大型、超高速飞行器的加速研制,发动机噪声越来越高,随之而来的结构声疲劳问题也越来越引起人们的重视。作为一种非常规的高周低应力振动疲劳问题,声疲劳裂纹扩展的处理是一项工程难题。分析了声疲劳裂纹扩展问题的主要技术难点,改进了虚拟裂纹闭合法(VCCT),并将其应用到某飞机结构声疲劳问题中,对某飞机结构在噪声载荷作用下的裂纹扩展情况进行了计算。结果表明,改进后的VCCT方法合理可行,具有一定的工程应用价值。不过由于材料在随机振动载荷作用下的裂纹扩展参数与静态(或准静态)下会有所差异,故对于分析中使用的材料参数,应该进行静-动转换或者通过专门的动态试验来测得。     

天然气管道拘束焊缝复合加载条件下的抗裂性研究

天然气管道在服役过程中,常受到复杂的外部载荷,在金口焊缝处易发生泄露或开裂。针对天然气管道金口焊缝拘束状态,设计了一套自拘束焊接装置,模拟了金口焊缝的拘束状态;并通过复合加载试验及应力应变检测,探讨了全尺寸管道拘束焊缝在复合加载条件下的抗裂敏感性。试验结果表明:拘束焊缝管道无论在内压+静态弯曲复合加载,还是在内压+冲击弯曲复合加载条件下,其抗开裂性均比无拘束焊缝管道差,缺陷开裂敏感性高。含缺陷管道对外部冲击载荷更为敏感,外部动载更易造成含缺陷管道开裂。在复合加载过程中,拘束焊缝管道缺陷尖端的最大应变值小于无拘束焊缝管道缺陷尖端的应变,无拘束焊缝可承受更大的塑性变形。含缺陷管道对弯曲加载速率较为敏感,弯曲加载速率增大,缺陷更易开裂。     

采空区上覆岩层裂隙演化数值模拟研究

开采扰动下采空区上覆岩层将产生位移和应力重新分布。基于岩层模型理论分析梁模型和板模型的对上覆岩层分析的实用性。通过有限元数值模拟动态开采下采空区形成过程中上覆岩层的力学特性变化,得出覆岩应力可从曲线看出分为三个区域:应力增高区,充分卸压区和应力平缓区。并可以有结果分析曲线得出垮落距和岩层沉降特点。     

12VE230ZC柴油机气缸盖结构的实验研究

本文对12VE230ZC柴油机提高功率时气缸盖的机械负荷和热负荷及排气道的流通能力进行了实验研究,指出了提高该型柴油机功率的可能性和应采取的措施。     

塔山煤矿8104综放面瓦斯分布规律研究

塔山煤矿8104综放工作面面临瓦斯灾害威胁,准确掌握该工作面的瓦斯分布规律,有利于提升瓦斯灾害防治工作的有效性。本文分别采用钻孔法和束管监测法对采空区的瓦斯浓度进行了测定,并在工作面采场内划分单元,也测定了瓦斯浓度。研究结果显示:塔山矿8104综放工作面采空区瓦斯浓度自下而上呈增大的趋势;由外到里也呈增大趋势,且瓦斯浓度的增大分为三个阶段;在工作面100号支架至上隅角之间的区域是采空区瓦斯涌出集中的区域,在实施瓦斯治理时要以此为主要治理区域。     

20CrMnTi齿轮轴裂纹分析

采用光学显微镜分析、化学成分分析和力学性能试验,对20CrMnTi齿轮裂纹进行分析。结果表明,齿轮裂纹属于钢材存在皮下裂纹,严重的硫化物和大颗粒氧化物夹杂,造成应力集中,是齿轮裂纹的原因之一。热处理工艺不当是造成齿轮裂纹的另一重要原因。     

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。     

膨胀石墨导电改性技术研究

未加特殊工艺修饰的膨胀石墨电阻率较高,通过开展膨胀石墨导电改性技术研究,在可膨胀石墨中加入高导电率的改性添加剂来降低膨胀石墨的电阻率,使其具有良好的导电性能,为拓展膨胀石墨的应用范围奠定了基础。