多裂纹结构剩余强度的均匀设计研究

多部位损伤会造成工程结构剩余强度的大幅下降。为了更好地探索不同因素对工程结构剩余强度的影响能力,以均匀设计的实验设计和有限元分析方法,探索了连通距离、宽度和深度等三个因素对于结构剩余强度的影响,并用非线性拟合得到经验公式。研究结果表明:连通距离在10~20 mm范围内,剩余强度与连通距离成线性关系,在裂纹宽度10 mm、裂纹深度0.75 mm、连通距离从10 mm增大到20 mm时,剩余强度从352.8 MPa增加到388.6 MPa;剩余强度与裂纹宽度在5~10mm的范围内成线性关系,在连通距离20 mm、裂纹深度0.75 mm、裂纹宽度从5 mm增加到10 mm的过程中,剩余强度从360.8 MPa增加到388.6 MPa;剩余强度与裂纹深度成四次多项式关系,裂纹深度从0.25 mm增加到0.75 mm的过程中,剩余强度的降幅大于40 MPa,其影响能力明显大于前两者。研究结果对于工程结构剩余强度的评估提供了有价值的参考。     

基于裂纹尖端张开角准则的多裂纹薄壁结构剩余强度分析

评估由中央裂纹（M(T)）试样获得的裂纹尖端张开角(CTOA)预测多裂纹薄壁结构剩余强度的有效性.利用ABAQUS软件建立含有M(T)试样的二维有限元模型,采用裂纹尖端张开角断裂准则和平面应力模型模拟其裂纹扩展过程.对具有不同初始裂纹长度的M(T)试样,该方法预测的剩余强度和载荷-裂纹扩展增量曲线与试验结果接近,误差小于6%;但对于含有多条裂纹试样的剩余强度预测值偏大,相对误差在20%左右.通过增加对裂纹尖端周围单元约束的改进,采用平面应变核模型可以有效提高剩余强度预测精度;对具有不同多裂纹构型的薄壁结构进行分析,采用恒定裂纹尖端张开角和平面应变核的方法均可以得到与试验相近的结果,剩余强度预测误差基本都在10%以内.

     

含裂纹AL2024薄板剩余强度和剩余寿命的影响因素研究

机械构件在使用的过程中难免会造成各种裂纹缺陷。为了保证含裂纹结构的使用安全,本文基于韧性断裂准则和最大周应力准则建立了含裂纹结构的剩余强度和剩余寿命的分析模块。利用上述分析模块探索了裂纹深度和裂纹倾斜角对含裂纹AL2024铝板剩余强度和剩余寿命的影响能力,并利用回归分析分布拟合出了剩余强度和剩余寿命的表达式。研究结果表明：剩余强度和剩余寿命的分析模块准确可靠;剩余强度随裂纹深度和裂纹倾斜度成指数变化,裂纹深度从15 mm增加到40 mm,裂纹倾斜角从60°减小到0°过程中,剩余强度从249.50 MPa减小到79.78 MPa,说明从剩余强度上讲深裂纹和小倾角裂纹对结构危害较大;剩余寿命与裂纹深度和裂纹倾斜角也成指数关系,在研究范围内随裂纹深度的增大和裂纹倾斜角的减小剩余寿命从148871减小到4481,说明从剩余寿命上讲深裂纹和小倾角裂纹危害较大。研究结果表明深裂纹和小倾角裂纹对结构危害较大,在周期性检查过程中要特别注意;同时该方法对于结构剩余强度和剩余寿命的评估提供了有益的参考。     

基于剩余强度的箱形梁类焊接结构可靠性分析

根据概率损伤容限分析及可靠性理论，提出了一种基于剩余强度的箱形梁类的焊接结构可靠性分析方法，给出该类结构疲劳裂纹随机扩展过程中较普适的a—ac干涉模型和结构疲劳可靠性表达式。在给定与疲劳寿命有关的各参数条件下求得动态可靠性曲线，从而在箱形梁类的焊接结构设计中，很方便地根据可靠性要求确定或选择设计参数以及设备在使用过程中按周期检查和维修。     

瓦楞纸板结构的疲劳剩余强度

通过一定频率条件下的瓦楞纸板结构的疲劳剩余强度试验,对瓦楞纸板结构的疲劳剩余强度性能进行了初步探讨.发现不同载荷下,瓦楞纸板结构的疲劳强度均有提高.指出结构剩余疲劳强度上升的主要原因是,疲劳振动引起接触范围增大和接触面约束的增加.     

两相材料倾斜裂纹应力强度因子的相互影响

采用Muskhelishvili复变函数方法，研究两相材料中两根倾斜裂纹应力强度因子的相互影响，将问题归结为求解一组Cauchy型奇异积分方程，以倾斜裂纹端点的应力强度因子作了数值求解，结果表明，两相材料的材料常数、裂纹的几何构形对应力强度因子均有较大影响。     

油气管道剩余强度有限元模拟分析及剩余寿命预测

腐蚀是油气长输管道安全运行的消极因素,研究腐蚀的发展规律,确定腐蚀管道的剩余强度并以此为基础预测管道的剩余寿命,对管道运行与维护具有重要意义.以某在役管道为研究对象,借助有限元分析软件ANSYS对管道的腐蚀过程进行了模拟,得到了管道在未来确定时间的剩余强度;根据相关标准规定的失效准则,确定了管道的剩余寿命;预测了管道在未来某一时间的运行可靠性.研究结果对管道运行与维护补强措施的制定具有指导意义.     

基于裂纹扩展理论的结构强度退化模型

为了描述机械结构强度退化在整个寿命周期中的变化规律,本模型引用裂纹扩展理论,计算出不同载荷作用次数下临界裂纹值和结构裂纹扩展速率,根据临界裂纹值和结构剩余强度之间的关系模型,从而得到剩余强度随载荷作用次数的变化数据,由此建立基于裂纹扩展理论的结构强度退化模型.实例分析表明:利用裂纹扩展理论反求结构强度退化模型可以从材料微观方面分析零件结构强度退化量的动态变化规律,进而为零件结构的可靠性分析提供理论依据.     

基于规范要求的受损船体总纵剩余强度分析

比较了研究了国际船级社协会和ＡＢＳ、ＤＮＶ船级社规范对破损船体结构剩余强度的要求，并把这些要求转化为可靠性模型的限制状态方程，从而使概率意义的评估得以实现。文中还给出了散货船的计算实例比较了ＩＡＣＳ与规范的确定性剩余强度因子与剩余可靠性指标，得到了基于现行规范的安全要求，计算结果表明，ＩＡＣＳ的要求与ＡＢＳ、ＤＮＶ严格，规范中剪力校核条件较为苛刻，在破舱进行水时很难达到要求。     

腐蚀缺陷对高压管道剩余强度和剩余寿命的影响

以周向、轴向椭圆缺陷和孔形缺陷为研究对象,借助ANSYS有限元分析软件,考查缺陷长轴长度、短轴长度和缺陷深度等参数对高压煤气管道剩余强度和剩余寿命的影响规律.结果表明,煤气管道等效应力云图可以分为两个区域.远离缺陷区域和缺陷附近区域.对于轴向椭圆形腐蚀缺陷,随着长轴长度、缺陷深度的增加,最大等效应力呈增加的趋势,长轴长度出现临界值;随着短轴长度的增加,最大等效应力呈减小的趋势,并出现临界值;对于周向椭圆形腐蚀缺陷,随着长轴长度的增加,最大等效应力呈减小的趋势,并出现临界值;随着短轴长度、缺陷深度的增加,最大等效应力呈现增加的趋势,成正比例关系;对于圆柱孔形腐蚀缺陷,随着缺陷半径、缺陷深度的增加,最大等效应力呈现增加的趋势,呈线性相关关系;管道剩余寿命与腐蚀厚度呈线性相关关系,已知腐蚀厚度,便可推算出剩余寿命.所得结论对煤气管道的正常运行有一定的参考意义.     

两跨四支撑轴系转子低速动平衡实验研究

针对两跨四支撑汽轮机组、压缩机组等轴系中各跨转子动平衡合格,但安装试车后仍发生轴系不平衡振动故障的问题,研究各跨转子残余不平衡量耦联效应对轴系转子振动特性的影响。搭建了两跨四支撑（2N支撑）轴系实验台,模拟开机启动过程,实验对比了针对轴系转子系统的两种低速动平衡方式。实验结果表明,对两跨四支撑转子整体进行组合的低速动平衡效果优于对转子1、2单独进行低速动平衡。     

基于Gamma过程的金属材料剩余强度退化模型

针对多级载荷作用下零件剩余强度未考虑加载次序的问题,基于Schaff模型,引入载荷次序影响因子,对Schaff模型进行修正,建立考虑载荷加载次序影响的等损伤比剩余强度预估模型.借助Gamma函数的形状参数和尺寸参数对零件的强度退化过程进行描述.采用45~#钢和30CrMnSiA的疲劳试验数据验证模型的准确性.结果表明：修正的等损伤比剩余强度模型预测精度要优于Schaff模型,且Gamma过程与零部件强度退化过程相吻合.     

碾压混凝土非穿透诱导缝等效强度试验研究

根据实际拱坝中设置非穿透诱导缝的方式,在碾压混凝土轴拉试件中埋设不同的非穿透诱导片以模拟各种不同非穿透诱导缝的情况,得到尺寸、面积折减率或诱导片布置方式不同时碾压混凝土非穿透诱导缝的等效强度,通过对等效强度试验结果进行分析,得到诱导缝等效强度及相对抗拉强度对于不同诱导缝情况的变化规律.进一步分析,得到非穿透诱导缝等效强度随试件尺寸的增加而减小、诱导缝由一片改为多片时,有利于降低等效强度及相对抗拉强度.分析试件(1-feq/ft)/s的规律得出随着面积折减率s的减小,截面的抗拉能力比抗压能力相对下降缓慢.     

混凝土结构裂缝状态及其扩展的分形几何解析

应用分形（ｆｒａｃｔａｌ）理论研究混凝土结构几何损伤形态，分析了分维解析的适用条件，对混凝土结构损伤开裂形态、裂缝覆盖率、总延长和分歧延伸作了定量化解析；讨论了分形特征值和混凝土强度、裂缝宽度的关系；为混凝土结构损伤几何形态及耐久性的定量评价提供新的解析手段     

泥化夹层残余强度的支持向量机预测

基于夹于互层内的泥化夹层残余强度关系的复杂性和非线性等特点,利用支持向量机的结构简单,学习性能出色和有较强的推广性等优点,采用支持向量机方法进行预测,通过对已有实例样本的学习,建立了泥化夹层残余强度与其各影响因素之间的高度非线性映射关系,然后用样本学到的新关系预测新的泥化夹层残余强度.结果表明:与传统的方法相比,支持向量机方法精度较高,相对误差小,为预测泥化夹层残余强度提供了一条新途径.     

基于振动台试验的两跨连续斜交梁桥地震响应研究

以福建省公路桥梁为工程背景,设计制作一个系列共9个1/5缩尺两跨连续混凝土斜交梁桥试验模型.选取斜度、配箍率和轴压比等设计参数,利用正交试验分析方法,进行振动台试验.试验中对两跨连续斜交梁桥进行单向和双向地震动输入下结构的地震反应分析,研究斜交梁桥地震响应及震害特点.试验结果表明:不同场地类别的地震动及同一场地类别但不同的地震动作用下,结构的加速度响应、位移响应差别均较大;仅考虑单因素变化时,斜度越小、轴压比越小或长细比越大,结构的加速度和位移响应越大.从试验可知,在斜交桥设计中,合理选择几何参数和力学参数对桥梁动力性能有很大的影响.     

基于无损检测的超役黄杉和杉木构件的剩余强度分析

为了评估超役木构件的损伤状况,确定其剩余强度,对东南大学老图书馆维修加固拆卸下来的一批木梁柱构件进行无损检测、材性试验研究.首先目测该批超役木构件的腐朽和虫蛀等级,利用射钉仪和木材阻抗仪,对木材的腐朽和虫蛀状况进行无损检测,并对2种仪器的检测结果进行相关性分析.然后截取小段构件制成小试件进行材性试验,包括顺纹抗压强度、顺纹抗拉强度,拟合出小试件强度和阻力之间的关系曲线；将剩余大段构件其余测点的阻力代入关系曲线,得到考虑腐朽和虫蛀影响的小试件强度.分析小试件强度和构件强度的差别,最终得到考虑腐朽和虫蛀影响的构件剩余强度.结果表明:目测分级大体可行,但部分测点目测等级不可靠；构件剩余抗拉强度和剩余抗压强度分别为15.31～25.89 MPa和8.46～13.73 MPa.