加载条件下微裂纹动力学行为的多尺度方法模拟

利用多尺度方法研究包含微裂纹金属材料在加载条件下的动力学行为.多尺度方法结合了分子动力学和自适应有限元方法.分子动力学方法用于局部缺陷区域,有限元方法用于整个模型区域,两种方法之间用桥尺度函数进行连接.计算结果既包括了系统宏观的物理信息(应变场、应力场等),也包括了微观原子的物理信息(原子位置坐标等).模拟结果发现,在裂尖的传播过程中将发射位错,同时,拉伸应力和应变将主要集中在裂纹的两端.正是由于应力的集中导致了裂纹的进一步加速传播,最后形成宏观的断裂效应.     

含裂纹柱体扭转的积分方程解法

本文利用单裂纹基本解,将裂纹产生的不连续解分离,然后配以常规边界积分方程解答,使含裂纹柱的扭转问题归结为解一组混合型积分方程,并为此建立了数值方法.文中对工程中有兴趣的几种含单裂纹柱体的扭转作了数值计算,得到了它们的抗扭刚度和应力强度因子.     

带混合边界条件的单相自由边界问题的Legendre-Tau方法

讨论了用边界固定的方法结合使用Legendre-Tau方法来求解一个带混合边界条件的单相自由边界问题的数值解,给出了Legendre-Tau方法的半离散和全离散格式;在时间方向用Crank-Nicolson离散格式,讨论它们的收敛性.并在H1模下得到O(N1-r+△t2)的误差估计.参10.     

XHn(X=C、N、O)分子的单中心球对称近似与基态能量的SCF计算

在单中心球对称模型近似下,将对称性接近球的CH_4,NH_3,H_2O分子的多中心问题简化为具有10个电子的“X离子”(X=C、N、O)的单中心问题,利用多电子原子的自洽场(SCF)理论及计算程序,计算了这三种分子基态总能量,其结果比用其它方法的计算结果更接近实验值,使复杂问题大大简化,为解具有球对称分子问题提供一个有效途径.     

弹性波在非均匀介质中传播的波幅研究

对弹性波在非均匀介质中传播时的波幅进行了研究.利用积分变换,用解析方法求解了一维非均匀区域的不同性质对弹性波传播时波幅变化的影响;将非均匀区域离散成均匀的薄层,结合相邻层的连续条件,建立了数值解法的波幅传递矩阵.通过实例计算,将数值解结果与解析解结果进行比较,数值解结果具有较高精度,为工程实际中的无损检测提供了理论和计算分析依据.     

弹性流体动力润滑牵曳力的数值分析及流变模型评价

采用Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ方法求解弹性流体动力润滑（ｅｌａｓｔｏｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎＥＨＬ,以下简称弹流）问题,得到了膜厚和压力分布的完全数值解,取得了具有典型弹流特性的数值计算结果,并给出了Ｎｅｗｔｏｎ模型,Ｍａｘｗｅｌｌ模型,Ｊ－Ｔ模型及Ｂ－Ｖ模型的牵曳力数值计算表达式,在基于膜厚和压力分布的完全数值解的基础上,有针对性地选择了前两种模型进行了数值计算,得到了等     

Holstein模型的非波矢确定态稳定传播解

论文通过引入含时相干态形式波函数，对Holstein模型的非波矢确定态的稳定行波解做了详细的研究。首先在紧束缚近似下，通过数值计算，给出了具有普遍意义的稳定传播解，即一种有着复杂结构的准周期波；同时在低激发态条件下，得到系统的解析解，并可看到数值解与解析解相吻合；最后计算了系统能量的无损耗传播过程，即系统的能量密度随群速变化的情况。这些结果对进一步用Holstein模型研究其他领域传能问题有一定的指导意义。     

变速不均匀介质中波动方程的有限元法数值解

为求解变速不均匀介质中波的传播问题,使用了利用瑞雷-里兹法的有限元技术。假定在地面上位移具有给定值,而在其它边界上亦满足狄里赫利边界条件。在这样条件下导出了求解波动方程的变分原理。讨论了一维和二维波动方程有限元数值解法数学原理。对变速介质模型得到了单元质量矩阵和刚度矩阵表达式。分析了数值计算结果,讨论了在变速介质中传播的地震波和过渡层反射波的动力学特征。认为介质中垂直速度梯度的存在是地震波振幅衰减的原因之一。介绍了二维介质模型数值解。计算结果支持所提出的方法。     

(Urea)n(n=2～5)内分子间相互作用的理论化学研究

用MP2/6-311++G~(**)//B3LYP/6-311++G~(**)方法对(Urea)_n(n=2～5)复合物进行结构优化、频率和结合能的计算,并考虑基组重叠误差.研究发现,(Urea)_n(n=2～5)中存在N—H…O和N—H…N两种类型的氢键,其中,N—H…O型氢键键长较短,氢键角较大,作用强度较大.通过Mulliken电荷布居分析,发现复合物中参与形成氢键的原子所带电荷变化明显,而没有参与形成氢键的原子电荷几乎不变.基于原子-键电负性均衡方法,确定尿素团簇的相关ABEEM电荷参数,计算得到的电荷分布与量子化学结果有很好的一致性.     

电力设备局部放电特高频电磁波数值计算技术研究

利用时域有限差分法(FDTD),采用单轴介质完全匹配层(UPML)作为理想的吸收边界条件,比较了UPML与完全匹配层(PML)边界条件的电磁波吸收效果,推导了相应数值离散方法和迭代过程。以气体绝缘全封闭组合电器(GIS)局部放电为例,基于M语言,建立了特高频电磁波仿真模型及编制了数值计算模型,探讨了数值稳定性条件和数值色散,对比研究了硬源和软源激励以及UPML和PML边界条件下的电磁波仿真差异,并仿真计算了GIS内部和泄露电磁波的传播特性及波导模式特性。计算结果表明:UPML边界条件对于电磁波的吸收效果好于PML;金属和非金属缺陷产生的局部放电电磁波可分别用硬源和软源脉冲电流激励来模拟,硬源下电磁波峰峰值为软源下的5倍;GIS内部最大电场强度方向为垂直于GIS的行波方向,而泄露电磁波最大电场方向则平行于其行波方向,两者频谱与GIS波导模式基本吻合,两者差异主要是因盆式绝缘子与金属螺栓所形成的缝隙天线的自有频响特性所造成的。     

裂缝在压剪条件下的应力场和扩展能

用无缝宽的光测模型试验和位移不连续边界无法研究了压剪条件下缝面和缝端的能量分配和敏感性。试验和计算表明压剪裂纹在缝端存在强烈的应力集中区,属于断裂问题,应由韧性判别,由实验得到的应力场和计算应力场在整体上很相近,但在缝端相差较大,压剪缝延伸可用离缝端一定距离的应力当量韧性来判断。     

孔隙水压力梯度对煤层导向压裂控制影响

基于孔隙水压力梯度对孔壁及裂缝尖端应力作用,提出了煤层导向压裂扩展方法.通过研究有效应力变化,建立了导向压裂起裂压力及裂缝扩展压力计算模型.采用RFPA~(3D)-Flow流固耦合软件建立了孔隙压力梯度场下的导向压裂数值模型.对7组不同数值模型计算分析,研究了导向孔的布置方式、距离、控制水压三个主要因素对导向压裂作用效果.研究结果表明:孔隙压力梯度能有效降低压裂孔起裂压力及裂缝扩展压力.起裂压力及裂缝扩展压力降低幅度与导向孔控制水压呈正相关关系,与导向孔距离呈负相关关系.数值计算得到的起裂压力变化规律与理论计算预测相符合,论证了导向压裂起裂压力计算模型的正确性以及导向压裂裂缝控制方法的可行性.     

残余应力与拘束对GH4169合金疲劳及蠕变-疲劳裂纹扩展速率影响研究

为深入理解残余应力与拘束在疲劳载荷下的交互作用,以镍基高温合金GH4169为研究对象,选用紧凑拉伸(CT)试样,对不同拘束CT试样的上方施加不同大小的预加载荷从而在裂尖产生不同应力。将该应力作为残余应力,系统研究残余应力和拘束交互作用下GH4169合金的疲劳和蠕变–疲劳裂纹扩展速率。结果表明：随着裂尖残余压应力的增加,不同拘束下GH4169合金的疲劳和蠕变–疲劳裂纹扩展速率均降低。与低拘束试样相比,高拘束试样的疲劳和蠕变–疲劳裂纹扩展速率对残余应力的变化更加敏感,这主要与裂尖Mises应力和垂直于裂纹扩展方向的正应力有关。与疲劳裂纹扩展速率相比,蠕变-疲劳裂纹扩展速率对残余应力的变化更加敏感。     

混凝土三点弯曲试验的计算机模拟

根据混凝土试件三点弯曲试验的物理模型,用ＭＦＰＡ数值模拟系统对砂浆和混凝土三点弯曲试件中预裂纹的扩展直至试件宏观破裂的整个过程进行了模拟分析·计算机模拟给出了试件的载荷 加载步曲线和混凝土试件的破坏过程的应力分布图·最后,对试件的破坏过程进行了分析,认为裂纹尖端的拉应力是裂纹扩展的动力,指出了混凝土组成材料的非均匀性是造成裂纹扩展路径曲折性的重要原因·     

Interaction between crack and twins in TMS-82 superalloy during thermome chanical fatigue process

Thermomechanical fatigue behavior of a nickel base single crystal superalloy TMS-82 has been investigated.It was found that the micropores in the alloy tend to initiate large amounts of deformation twins and the crack causes many twins to occur during its propagation.It is postulated that these twins around the micropores or the crack are induced by the stress eld of the micropores or the crack tip,respectively.A thermodynamic model is adopted linking the twin formation energy with the stress eld around the crack tip,which explains the observed results with good consistency.The in uencing factors for a crack to stimulate twins around it are shown by the model,which might provide possible ways to enhance the alloy’s thermomechanical fatigue performance.     

基于裂纹扩展作用下的岩石损伤力学模型

在分析裂纹起裂与扩展规律基础上,考虑翼裂纹间的相互作用,提出了一种新的翼裂纹尖端I型应力强度因子计算模型.基于修正的翼裂纹扩展模型,考虑损伤演化对被激活微裂纹数目的影响,并结合宏-细观损伤定义之间的关系,建立了基于微裂纹扩展作用下的岩石损伤本构模型.最后,将理论模型曲线与试验曲线进行了比较分析.结果表明:修正的翼裂纹扩展模型不仅能够准确地预测翼裂纹的起裂角,而且能够准确地模拟从极短到很长的翼裂纹整个变化范围.基于裂纹扩展作用下的损伤模型能够连续地模拟不同围压下的应力-应变全过程曲线,而且能够较好地预测峰值强度.     

温度载荷对固体火箭发动机药柱表面裂纹稳定性影响

为了探讨环境温度对固体火箭发动机点火发射时药柱内表面裂纹稳定性的影响,以翼锥-过渡伞盘-圆柱组合药型的发动机为例,采用三维有限元方法,在发动机药柱的危险截面上沿危险方向预设裂纹,在裂纹尖端构建奇异三维裂纹元,计算在不同环境温度下点火发射时裂纹的应力强度因子。结果表明,药柱表面裂纹在伞盘顶端和圆柱段表面不会以张开方式扩展,伞盘顶端裂纹不会以滑开方式扩展,圆柱中段表面裂纹除低温外,在高温和常温点火发射时均自动止裂;伞盘裂纹若扩展将以撕开方式失稳扩展,低温较高温点火发射危险,圆柱中段表面裂纹可能以撕开方式扩展,高温较低温更为危险。     

22NiMoCr3-7钢椭圆裂纹体断裂预测

采用ABAQUS有限元分析软件对核压力容器用22NiMoCr3-7钢椭圆裂纹体进行弹塑性数值计算,用J-A2双参数描述韧-脆转变温度区椭圆裂纹前沿的应力场,根据RKR断裂准则预测椭圆裂纹扩展的起始点和材料韧-脆转变参考温度.结果表明:载荷一定时,随着温度的上升,J积分和约束参数A2也相应提高,温度对J积分的影响比对约束参数A2的影响要大;浅椭圆裂纹的最大J积分值出现在最深点处,而半圆裂纹则出现在表面点附近;根据RKR准则和J-A2三项解建立断裂预测公式,可以将标准三点弯曲试样的断裂韧性测试数据转移应用到带表面裂纹构件的断裂评估,为解决工程实际问题提供一种实用方法.     

缺口小裂纹的疲劳扩展速率

将复型技术应用于疲劳小裂纹扩展试验中的裂纹长度测量。在等载荷比R=0.1、不同平均载荷水平影响的疲劳条件下,板试样V型缺口小裂纹疲劳扩展速率做了试验测试;通过结果分析,提出了缺口小裂纹疲劳扩展速率表达式,并以εp为控制参数,求出45~#钢的计算式。     

数值流形位移法在岩体裂缝扩展中的应用

基于三角形网格,对裂缝扩展过程中流形单元变化情况进行了深入研究,从几何网格的角度对数值流形方法的连续与非连续统一处理方式进行解读.采用一阶覆盖函数,推导出数值流形算法的权函数表达式,建立局部位移函数.通过数值流形计算程序,得出裂缝尖端位移,并计算尖端应力强度因子.通过经典的中心裂纹板模型,对数值流形位移法求得的尖端应力强度因子进行验证,算例的数值解和解析解吻合度较高,证明数值流形法计算裂缝扩展的准确性,为裂纹扩展过程中尖端应力强度因子的求解提供了新的数值解法.