基于缺口应力法的焊接接头多轴疲劳分析

鉴于当前焊接接头疲劳评估曲线只适用于单轴加载情况,基于缺口应力法对焊接接头进行了多轴疲劳分析。通过联合焊接接头的多轴疲劳试验名义应力数据和有限元法所计算的缺口应力集中系数,获得了5种焊接接头的各向缺口应力;根据Von Mises、IIW和EESH 3种多轴疲劳准则计算出等效缺口应力并将其统一在同一坐标系统下;最后采用最小二乘法拟合出适用于多轴疲劳评估的缺口寿命曲线。与IIW标准推荐的单轴曲线相比,这些多轴缺口疲劳曲线具有更低的倾斜度和更高的疲劳等级,即多轴加载时明显降低了10~3~10~6次中周范围内的疲劳强度值,而对10~6~10~7次高周疲劳范围的影响则相对有限。     

焊接接头工作应力的边界元分析

本文采用弹性力学平面问题的边界元计算程序,对几种典型焊接接头的工作应力分布形态以及应力集中系数K_T进行了计算,并考察了接头几何参数对K_T的影响,为接头形式的选择与合理设计提供了参考依据。计算结果表明,十字接头焊趾部位的最大应力位于焊趾附近焊缝一侧的表面。当几何参数相同时,几种接头焊趾应力集中系数由小到大的次序为:丁字接头,十字接头联系焊缝,十字接头工作焊缝,搭接接头。同时还简要讨论了用边界元法进行焊接接头应力分析的有效性。     

基于应力三轴性的J_R阻力曲线

在Ｏ＇Ｄｏｗｄ和Ｓｈｉｈ的静止裂纹尖端场双参数描述的基础上，提出控制起裂的三轴张力准则；导出裂纹的断裂韧度Ｊｃ与裂纹尖端附近应力三轴性参数Ｑ的数学联系Ｊｃ（Ｑ），解释不同构形的断裂韧度存在很大差别的原因。并根据裂纹稳定扩展时Ｊ积分推力和阻力保持平衡的原则，建立裂纹扩展阻力与应力三轴性参数的关系Ｊｒ［Ｑ（△ａ）］，从而准确地解释了不同的裂纹构形将有不同的阻力曲线。最后，对典型构件进行了缺陷评定，为更加充分发挥材料抵抗裂纹扩展的潜力提供了理论依据。     

岩石三轴实验中的应力路径与应力应变分析

通过对砂岩、大理岩、角砾大理岩三轴实验中应力路径与应力-应变分析,揭示了在各种试验应力环境中大多数岩样的最大主应力方向的应变为最大;保持围压快速卸荷轴压时出现了-ε1,及与围压无关的岩石弹性泊松比等现象.建议采用以LVDT控制模式保持轴向位移方式下卸围压来模拟人工开挖工程引起的隧道围岩应力重新分布现象.     

压应力对裂尖塑性区影响的量化研究

为了量化压应力对裂尖反向塑性区尺寸的影响,填补压应力作用下裂尖塑性区尺寸估算的空白,基于理想弹塑性材料采用有限元数值计算方法,研究了含有中心穿透裂纹有限平板在拉压循环载荷作用下裂尖塑性区尺寸的变化规律,并分析了裂纹长度、应力比、时间历程等因素的影响;建立了压应力引起的裂尖最大反向塑性区尺寸的估算模型,提出了一种适用于R0拉压循环载荷作用的基于裂纹最大张口位移确定最大反向塑性区尺寸的简便方法.     

热辐射应力图像分析确定应力强度因子K_I 和裂纹尖端塑性区

本文借助于热辐射应力图像分析技术对裂纹尖端附近的应力场进行分析测定。记录了铝质紧凑拉伸试件的热辐射应力图像,给出裂纹尖端前沿的温度变化曲线。根据热弹效应和线弹性断裂力学理论,通过解析建立用热辐射应力图像分析技术确定Ⅰ型裂纹应力强度因子的基本方程。在此基础上,用热辐射应力图像分析技术实验确定Ⅰ型裂纹应力强度因子和裂尖塑性区。     

钢桥面板顶板与U肋接头焊接残余应力分析

对钢桥面板顶板与U肋接头焊接残余应力进行分析。采用热-结构直接耦合方法,分析了构件焊接温度场及应力场,得到构件中心截面母板纵向、母板横向、U肋纵向及焊缝中心竖向的残余应力分布曲线。结果表明:母板及U肋近焊缝区存在较大的残余拉应力,残余拉应力峰值接近材料屈服强度;自焊缝中心往外,残余拉应力值下降并转变为压应力;热影响区之外,母板及U肋纵向残余应力主要表现为压应力,并向两端缓慢下降;母板横向残余应力主要表现为拉应力,近焊缝区存在应力突变;沿焊缝竖向纵、横向应力变化趋势基本相同。     

强度不均匀焊接接头的应力分布及变形

为解释强度不均匀焊接接头最软区的强度及宽度与其承载能力的关系,用有限元对这类接头的单轴拉伸试样上应力分布及变形进行分析,当外加应力超过最软区的屈服应力时,在最软区及其邻近区域出现三轴应力状态;在有屈服应力差别的区域交界处Mises等效应力发生阶跃变化,其变化幅度与交界面两侧材料的屈服应力差值有关,随外加载荷的增加而增大.最软区Mises等效应力的降低量和与之相邻区域的增加量在试样长度上的积分相等.当Mises等效应力达到接头上最软区的抗拉强度时,在该处发生颈缩;随最软区的宽度减小或屈服应力增加,发生颈缩所需的外加应力增加;当最软区相对厚度小于0.2或相对屈服应力大于0.9时,在最软区已无明显颈缩.     

渗流-三轴应力耦合试验机的研制

为了对工程设计提供必要的依据,需要进行岩体的渗流-三轴应力耦合研究。由于缺乏相应的试验设备,因此研制了渗流-三轴应力耦合试验机,该设备由密封、水压控制、三轴加载、流量计量、自动控制及数据采集系统5部分组成,能够在垂直于渗流向的两个方向上实现独立加载。研制过程中引入了一些新工艺,采用聚氨酯密封胶实现了试件在高水压下的密封,引入阻尼器削减水压振幅以获得平稳的高水压源,采用油封技术解决小流量测量中的蒸发问题。     

热影响区强度对裂纹尖端塑性区的作用

用弹塑性有限元（ANSYS软件）计算了低组配焊接接头中不同热影响区屈服强度条件下，接头裂纹尖端塑性区的形状和大小的变化。计算结果表明，热影响区屈服强度的变化对接头裂纹尖端塑性区影响规律为屈服强度的降低，塑性区增大，焊缝和母材的塑性区减少。抗断性能分析表明，热影响区强度变化导致裂纹尖端塑性区变化，从而影响热影响区和焊缝的抗断性能。     

管道轴向双裂纹夹角对尖端应力强度因子的影响

管道裂纹应力强度因子的分析是裂纹是否扩展判断和管道疲劳断裂计算的关键.应用通用有限元软件ANSYS对不同管道外径、裂纹尺寸、不同夹角下含轴向双裂纹管道裂纹尖端应力强度因子进行了计算.结果表明,管道和裂纹尺寸确定时,裂纹尖端应力强度因子随裂纹间夹角增大而增加;管道尺寸确定时,随着裂纹长与壁厚比增加,夹角对裂纹尖端应力强度因子影响增强.通过分析夹角对双径向裂纹应力强度因子的影响,为工程实际中合理地判断裂纹扩展可能性和精确地进行管道疲劳断裂计算提供参考.     

Mooney-Rivlin材料Ⅰ型裂尖场的有限元分析

运用大型通用有限元软件ANSYS分析了平面应变情况下某橡胶材料Ⅰ型裂纹尖端的变形和主应力分布。数值结果表明：在裂尖附近不仅存在应力奇异性,而且变形存在扩张区与收缩区;较大的主应力σ1是拉应力,比另一个主应力σ2高约两个数量级,所以σ1对裂尖附近的变形起主导作用,其方向和裂纹方向接近垂直;在(R, )坐标系中观察应力奇异性,则扩张区与收缩区内σ1具有相同的奇异性。     

单搭接接头断续胶层中应力分布的数值分析

在分析现有的单搭接接头胶层中有集中间隙的有限元模型的基础上，提出了用平面应力随厚度变化的模型取代平面应变模型思路，对比了连续胶层与胶层中有3个断续间隙时搭接部位上剪切应力分布情况。结果表明：与连续胶层的单搭接接头相比，有3个断续间隙的接头剪切应力分布模型大致相同，应力的峰值增加约10％，断续胶层仍承受了部分工作载荷。     

对接接头应力集中系数的有限元分析

用有限元方法计算了对接接头焊趾部位的应力集中系数，分析了焊趾倾角和焊趾过渡圆弧对应力集中系数的影响．结果表明，通过减小焊趾倾角或（和）增大过渡圆弧半径的方法可以有效地缓和接头的应力集中．而焊趾过渡园弧的引入从力学和焊接冶金两个方面提高了接头的抗裂性．同时指出，单侧有加强高的对接接头比双侧都有加强高的接头有较小的应力集中系数．还给出了估算对接接头应力集中系数的回归方程式     

塑性成形过程三维刚塑性有限元模拟软件开发

刚塑性有限元法是模拟塑性成形过程的有效手段。本文介绍了自行开发的三维刚塑性有限元模拟软件的主要功能,通过对给定算例的模拟计算与实验验证,检验了软件的可靠性与适用性。     

西三线沥青路面的荷载应力和温度应力分析

讨论了荷载和温度共同作用下半刚性基层沥青路面的应力和裂缝尖端的应力强度因子的有限元法,针对西安－三原一级公路模型进行了计算。根据计算结果,对西三线半刚性基层沥青路面的开裂机理进行了分析。计算结果可为今后半刚性基层沥青路面的设计和分析提供参考。