疲劳短裂纹系统演化的参数域分析

疲劳裂纹系统的参数域分析对于建立系统的理论模型具有一定的指导意义，从非线性动力学角度对Ｂｒｏｗｎ图进行了再分析，经验性地给出了疲劳裂纹系统演化的参数域。定性分析了各区域裂纹的演化行为，当系统的参数满足Ⅱ区条件时，行为较为复杂，此时系统可能对材料的微结构，外界扰动具有强烈的敏感性，造成疲劳裂纹经结构的分散性。     

开闭裂纹转子的模型化与动态仿真

基于所建立的开闭裂纹转子系统的非线性动力学模型，对裂纹转子在不同激励参数下的开闭条件进行了预测，并对转子运行轨道和频谱响应进行了动态仿真．结果表明，对裂纹开闭条件的预测是正确的，同时转子出现裂纹时显示出特殊的动力学特性     

带中心孔的镍基高温合金GH4049的高温疲劳短裂纹扩展规律

对疲劳试样GH4049镍基高温合金在同一载荷与不同温度下的疲劳短裂纹扩展进行了试验，利用复型技术和光学显微镜观测了裂纹形态演化全过程。发现应力集中条件下的高温疲劳短裂纹扩展主要是单裂系统破坏，随着温度升高，短裂纹逐渐变为多裂系统，并以多裂纹的合并形式进行最终破坏；扩展方式由穿晶到沿晶和穿晶的混合方式进行，温度越高，短裂纹起裂越早，裂纹平均长度越短，短裂纹扩展速率反而越慢。     

裂纹转子系统扭转振动时频特性研究

基于简单铰链裂纹模型和局部柔度理论，建立了横向裂纹转子系统扭转振动的动力学模型，得到了裂纹转子扭转振动的数值仿真解，并有了呼吸裂纹转子系统存在着亚谐波共振特性，将小波技术引入到裂纹转子扭转振动时频特性的数值仿真研究中，结果发现裂纹转子的小波时频二维谱存在着6组大系数，小波三维谱表现为6个峰，相应的小波时频等高线表现为6组同心圆，从而表明可以利用裂纹转子扭转振动独特的时频特性作为监测转子系统横向裂纹的依据。     

裂纹轴转子系统故障特征分析

通过大量的仿真计算，对裂纹轴转子运动的基本特征进行了较为全面的论证，在以偏心距和转速作为控制参数时，裂纹可以处在闭合、张开及呼吸等状态；研讨了裂纹轴转子系统的基本动力学性能，其基本故障特征反映在转速－振幅特性、瀑布图及振幅对偏转角β的依赖性等诸多方面，仿真结果可以作为早期诊断裂纹轴转子及识别裂纹方位的理论依据。     

砂浆试样受压时力学响应与裂纹扩展同步分析

应用自行研制的测试系统实现了对砂浆试件的力学响应与表面微裂纹图像的同步观测，并根据大量观测图像与裂纹的量化信息及宏观响应全曲线数据，统计分析了强度规律，裂纹萌生规律与扩展形态。     

热轧穿孔裂纹的控制技术

裂纹是钢管热轧穿孔中常见的缺陷。对钢管热轧穿孔中裂纹的形成进行了深入的分析，指出裂纹问题实际上是个较为复杂的系统问题。因而在工艺设计和工艺调整时应采取综合方法，使整个系统优化，从而减少裂纹现象的出现。     

裂纹转子振动的非线性特性分析

在裂纹转子的非线性特性分析中考虑了裂纹产生对转子两个方向刚度的影响，此为基础在旋转坐标下建立了裂纹转子的非线性动力学模型，裂纹的“开闭”取决于转子振动，不平衡与重力的综合作用，利用数值方法对裂纹转子的拓动响响进行了计算，并根据数值计算的结果分析转子系统振动随不平衡，转速等参数变化的分叉混沌特性，同时，对系统响应描率谱进行计算得出，亚谐波与高次谐波分量可作为识别裂纹的重要特征。     

灰色数学在超声探伤定量分析中的应用

本文在对机车车轴裂损情况进行分析的基础上，对其规律通过教学的基本假定利用灰色数学方法，找出裂纹衰减变化的数学规律，并建立起裂纹衰减与裂纹深度关系的缺陷反射数学模型。同时找到了系统的饱和状态点。从检验和实际验证角度说明这个模型是一个很好的模型。     

具有刚性支撑裂纹转子的数值分析

本文利用Matlab数值分析软件,建立了具有水平刚性支撑的含横向裂纹的转子系统的高阶微分方程并对其进行了求解。分别研究了裂纹深度和转速比等不同因素对裂纹转子系统振动特性的影响以及裂纹转子的非线性特性。通过对不同影响因素下裂纹转子系统振动特性的分析,了解故障规律,对今后现场裂纹故障的识别提供了理论依据。     

转子系统常开裂纹故障信息提取方法的研究

针对由于横向常开裂纹引起的裂纹故障转子系统,根据Paris理论,运用由应力强度因子及应变能密度函数推导得到的裂纹柔度系数矩阵,建立了裂纹转子系统动力学模型.由于含有横向裂纹故障的转子系统的刚度矩阵会发生相应变化,因此,在已知柔度系数矩阵的基础上,通过对比无故障转子系统与裂纹转子系统的动力学方程,可以推导出裂纹转子系统的剩余量动力学方程.分析裂纹所在轴段两端的受力情况,结合剩余量动力学方程,从振动信号中提取出常开裂纹发生的位置及裂纹深度信息.结果表明,本文运用的常开裂纹信息提取方法理论上只需要采集两个不同转速下,三个节点的振动信号进行诊断分析,简便可行,并可为转子系统、悬臂梁、桁架结构等常开裂纹故障诊断提供一定的理论依据.     

四川大足——隆昌二叠系碳酸盐岩储层裂缝系统的研究

采用地质与物探相结合的方法研究四川大足—隆昌地区二叠系阳新统碳酸盐岩裂缝系统的分布。首先,认识裂缝形成的岩石及其储集特征;其次,从构造演化分析裂缝发育带;再次,探索地震反射信息识别阳新统含气裂缝系统。综合地质及地震研究成果,分析裂缝系统的分布规律,优选出探井井位。     

利用分形统计模型解释震后岩石裂缝体系发育因素导致的渗透率增加现象

天然地震发生时,地震波会对地震波及范围内的含油气层产生作用,通过流固耦合的方式直接传递动能来推动油气运移;另一方面,地震波产生的动应力可以改变含油气层的微观孔隙结构,促使原有的裂缝体系再次发育,产生大量新的裂缝,微裂缝,短时间内致使体系连通性增强,从而改变地下流体的流动状态。运用分形统计理论,给出了分形裂缝体系的含时理论模型;并利用该模型从理论上分析解释了震后地下岩层渗透率突增并在之后一段时期内缓慢回落的现象。利用川西某两口井2008年生产数据及陕西某地震台井水流量观测数据,得出了井所在地,震后地下含流层的裂缝结构参数,估算出了新发育的裂缝体系最大缝宽的数量级;并给出了体系分形裂缝参数随时间的演化曲线图,为深入研究震致油气运移提供了理论支持。     

基于相场法的砂浆裂纹相互作用失效分析

提出一种新的基于相场法的砂浆断裂力学分析方法,对裂纹相互作用导致的砂浆试件失效行为进行模拟分析。采用非保守Allen-Cahn方程作为控制方程,借助COMSOL有限元分析软件,将线弹性力场和相场整合为统一的有限元模型,对砂浆中裂纹发展和相互作用进行模拟分析。通过砂浆三点弯曲试验和直拉试验,测试砂浆裂纹扩展过程。模拟结果与试验结果的对比分析表明,砂浆试件裂纹相互作用临界荷载的模拟计算结果与试验结果非常吻合。研究结果表明,域型试件断裂破坏会产生更长的裂缝路径。     

金属薄膜裂纹扩展的分子动力学研究

研究了冲击载荷作用下金属薄膜表面裂纹扩展的微观机制,采用分子动力学方法对Cu薄膜进行模拟计算,求得冲击载荷作用下带有表面裂纹模型的系统动能、应力、应变及微观结构变化图.当系统从压应力转变为拉应力状态时,裂纹上的原子获得较大动能,裂纹尖端原子开始发生溅射,继而晶格内部出现空位.当拉应力达到364385MPa时,空位扩大形成裂尖钝劈现象,裂纹发生扩展.结果表明:在高速冲击载荷作用下,金属薄膜裂纹扩展主要原因是系统能量和应力的变化使得微裂纹尖端出现钝劈损伤.     

分数阶阻尼裂纹转子的非线性动力学特性分析

为了有效地提高转子系统特性的分析精度,使其能够准确地进行故障诊断,以Jeffcott转子模型为基础,建立了带有分数阶阻尼和横向呼吸裂纹故障的转子系统的动力学模型.采用4阶龙格库塔法和10阶连分式欧拉法对转子系统的动力学方程进行数值仿真计算,利用轴心轨迹图、Poin-care截面映射图和分岔图等,研究了阻尼的分数阶次、转速和裂纹深度对裂纹转子动态特性的影响,并通过实验对理论分析结果进行了验证.分析结果表明:在半临界转速附近,由于裂纹的存在,转子的轴心轨迹呈现明显的双环型(或称内8字形),因此响应中的2倍频分量占主导地位.随着分数次阻尼阶次的增加,转子系统依次经历混沌、准周期和周期运动,同时裂纹深度、不平衡量以及转速对转子系统的动态特性具有明显影响.     

三维裂纹端部应力场的三参数描述及等效厚度概念

传统的二维断裂理论忽略了各种断裂参数的三维厚度效应,将其应用到三维结构的损伤容限设计及评定中具有明显的局限性.另一方面,工程中存在的裂纹通常具有复杂的形状,并且无法直接考虑其对应的厚度.因此,工程中通常采用最保守的平面应变断裂韧性或固定的裂纹扩展速率曲线来描述裂纹的扩展和断裂,这无疑会带来巨大的误差.事实上,在含裂纹的三维结构中,裂尖局部场总是呈现出复杂的三维应力状态,而裂尖复杂的三维应力场对结构的强度起着至关重要的作用.对裂尖三维应力场进行研究、发展三维断裂理论将是解决实际工程问题的必然路径.本文介绍了近年来本研究组有关裂尖场描述体系从二维到三维,从单参数到多参数体系,从线弹性体系到弹塑性以及蠕变理论体系的发展,重点介绍了有关裂尖场三维三参数描述体系的研究进展和基于裂尖三维应力场和约束等效原则发展起来的裂纹的等效厚度概念及其工程应用情况.     

考虑裂缝影响的页岩三轴压缩实验研究

为了探究页岩的破坏特征以及力学性质与裂缝之间的关系以及影响机理,本文采用RTR-1000岩石三轴力学测试系统对含不同裂缝（控制单一变量,使裂缝的条数、倾角、深度、填充物分别不同）页岩实施三轴实验,研究了不同裂缝形态下页岩的峰值应力、弹性模量以及破坏形式。实验结果表明：随着裂缝深度的增大,试件的弹性模量和峰值应力越小,同时破裂面与轴向应力的夹角变小;随着试件所含的的裂缝角度逐渐增大,页岩样品的弹性模量以及峰值压力的变化均表现凹型,并且随角度增大破裂面形态发生变化,当倾角为45° 时峰值应力和弹性模量降至最低;随着裂缝条数的增加,试件的弹性模量和峰值应力越小,其破坏形式为张拉和剪切破坏共存;随着裂缝充填物中方解石含量的增大,试件的弹性模量和峰值应力先减小再增大,当充填物中方解石含量为50 % 时值最小,并且岩样破坏主要是剪切破坏,随着方解石含量的增加,破裂面越容易经过填充带。     

含裂缝梁的一种阻尼计算模型

提出了一个具有裂缝梁的阻尼分析模型用于含裂缝梁类结构的稳态振动响应分析,阻尼是由于裂缝表面在裂缝张开、闭合过程中相互发生磨擦引起的.该模型包含梁的几何特性边界条件、裂缝位置、裂缝深度等各种因素的影响.通过和单自由度线性弹簧-质量-阻尼系统进行比较,得到该带裂缝梁结构的等效自然频率和等效粘滞阻尼比.并以两端铰支梁为例,通过数值分析获得其频响特性曲线.并讨论各种参数的影响.     

浅裂纹转子特性的动态圣维南原理解释

针对转子系统中常见的浅裂纹转子,利用动态圣维南原理对其无法通过信号处理方式进行故障诊断的特性进行了原理解释.根据动态圣维南原理的2个条件:外载荷动态合力为0以及外载荷产生的应力波对系统的远端作用为0,分别对裂纹转子呼吸函数以及转子应力波柱坐标弹性动力学解进行了分析与证明,并给出了浅裂纹转子在各种条件下其动态行为符合动态圣维南原理的准则.研究结果表明,实际工况下的浅裂纹转子大多满足动态圣维南原理的条件,难以通过信号处理的方式提取其裂纹故障特征,需要采用其他手段对浅裂纹进行定期检测或在线监测.