复合型裂纹临界扩展研究

将弹性变形能沿包含裂纹尖端塑性区圆形围线上的积分作为裂纹扩展驱动力,建立了一种新型的复合断裂判据。较之仅着眼于纹尖场某一点的最小应变能密度因子理论,新判据更多地顾及到了尖端场的全局。实验结果证明,本文所提出的复合型断裂判据是简便可行的。     

晶界萌生裂纹扩展的晶体相场模拟

【目的】研究双晶样品在单轴拉伸应变作用下所发生的纳米微观尺度裂纹扩展运动,观察裂纹扩展特征,揭示位错对裂纹扩展的作用规律。【方法】应用晶体相场(PFC)方法模拟裂纹扩展演化及其位错运动。【结果】在位错没有发射之时,裂纹沿位错对柏氏矢量方向解理扩展,发射位错后裂尖沿顺时针旋转60°继续扩展。【结论】晶界滑移出的位错由于周围应力集中,萌生出微裂纹。在裂纹扩展中,裂纹与位错相互作用,可以有多种形式。     

立式高真空多层绝热液化天然气(LNG)储罐的研制

介绍了立式高真空多层绝热LNG储罐的基本结构和工作原理,并对其总体漏热进行了具体分析,给出了计算公式,为绝热性能的分析和优化设计提供了依据.最后针对LNG的特殊性质进行了结构和安全性设计.     

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.     

分子动力学模拟裂纹扩展及相关尺寸行为

运用分子动力学模拟方法研究原子弛豫对于裂尖场的影响,发现弛豫后裂尖离散非线性区半径约为150(A);如果原子区大于这一尺寸,连续介质力学的弹性场可以通过边界条件,有效影响原子尺度的裂尖行为.进一步研究表明:体心立方铁中,张开型裂纹在低温时为脆性解理扩展,并伴随裂尖层错和孪晶的形成;随着温度升高,裂尖层错和孪晶的形成逐渐减弱,在250 K左右发生脆韧转变;同时观察到裂尖位错发射.     

激光作用下疲劳裂纹扩展的损伤力学分析

采用激光辐照作用下的LY12CZ铝合金CCT试样,尝试宏、微观相结合的方法,将位错胞平均尺寸λ作为损伤变量的参量,研究门槛值近区疲劳裂纹的扩展。实验结果表明：从损伤理论得到的寿命估算值较用Paris公式估算的寿命值更接近实验。     

晶体相场法模拟晶界萌生裂纹扩展机理

【目的】在纳米微观尺度下,双晶样品在单轴拉伸应变作用下萌生裂纹,观察并分析开裂时的特征,并结合对应自由能曲线及应变曲线总结裂纹扩展运动的规律。【方法】采用晶体相场(PFC)法模拟不同位错裂纹的演化图。【结果】在拉力作用下,自由能在晶体中慢慢积累。当自由能增加到某一临界值时,晶界位错开始萌生裂纹。但是拉力直接作用在晶体的两端,间接作用在各处位错是不均匀的,所以各个位错的自由能积累效率不相同,导致位错开裂出现3种情况。【结论】在拉力的持续作用下,不同位置的位错变化不相同,位错扩展变化或萌生裂纹具有不同时性。     

圆形缺口裂纹扩展的晶体相场模拟

【目的】研究初始缺口为圆形的样品在纵轴拉伸应力作用下起裂,并在样品裂纹扩展方向确定后,再加上横轴压力下裂纹的扩展情况。观察横轴压力对其扩展方向的影响,从而得出施加压力修复正在扩展的裂纹样品的模拟结果。【方法】使用晶体相场法(PFC)进行模拟,获得裂纹扩展的演变图。【结果】在纵轴拉应力条件下,应变在达到一定数值后圆形缺口开始发射位错和空位,位错向前运动;之后柏氏矢量相反的位错相遇并相互湮灭,没有湮灭的位错组合成位错对并产生裂纹;最后微裂纹之间、微裂纹与原始缺口之间相互合并。裂纹稳定地朝着横轴方向扩展,在此基础上施加横轴的压应力,发现左侧裂纹扩展方向发生两次改变,并往裂纹扩展方向发射位错。同时初始设置的圆形缺口也有形状变化,并往纵轴发射位错。【结论】晶体相场法能有效模拟晶体裂纹扩展的微观现象。     

应用XFEM模拟研究钻杆裂纹扩展过程

钻杆裂纹扩展是一个典型的不连续问题,采用常规有限元方法难以实现裂纹扩展过程的仿真模拟,而扩展有限元法(XFEM)是近年来发展起来的分析断裂问题的一种有效方法。在介绍了扩展有限元法的基本原理的基础上,建立了基于XFEM的含不同深度初始裂纹的5in钻杆在拉力和扭矩共同作用下的裂纹扩展模型。通过钻杆裂纹扩展过程的分析后发现,钻杆的初始裂纹深度小于1mm时,裂纹不易扩展,但初始裂纹深度超过2mm时裂纹会在相对较低的外载荷下扩展,且扩展面较大并与初始裂纹面存在一定夹角,最终造成钻杆断裂失效。通过对钻杆裂纹的扩展过程仿真模拟,展示了XFEM在钻具断裂失效分析方面的独特优势,并为这方面的研究提供了一种新方法。     

基于扩展有限元法的弹塑性裂纹扩展研究

为了得到紧凑拉伸(CT)试样应力强度因子和J积分,分别采用传统有限元法、扩展有限元法以及试验方法对其进行计算。在弹性情况下,扩展有限元法和传统有限元法获得的应力强度因子相近,并且与ASTM E1820—05a解相差很小。在弹塑性情况下,扩展有限元法和传统有限元法获得的应力场和J积分有较大的差别,扩展有限元法得到的J积分相对于传统有限元法的结果与实验值更吻合。结果表明:扩展有限元法由于考虑了裂纹扩展,比传统有限元法可以更加准确合理地模拟弹塑性裂纹扩展。     

LNG储罐球形混凝土穹顶的热应力及裂缝分布

对于大型LNG储罐,其穹顶因水泥水化热产生较大的热应力,引起混凝土开裂,严重影响储罐的耐久性。以某大型LNG储罐穹顶为研究对象,采用ADINA有限元软件建立精细化的有限元模型,模拟LNG储罐穹顶分段浇筑过程中的早期温度场分布,并将数值计算结果与现场测试结果进行对比;数值分析时考虑了混凝土徐变及龄期效应,对混凝土穹顶的温度场和应力场进行耦合计算,得到穹顶的热应力分布及裂缝开展情况,对穹顶混凝土开裂风险进行评估,进而对参数的敏感性进行分析。结果表明:穹顶内外在混凝土浇筑过程中产生温差较大,导致巨大热应力;第一浇筑带的热应力明显比其他浇筑带大,环向热应力大于经络向热应力,将使穹顶边缘产生沿环向分布的经络向温度裂缝;水泥种类对穹顶热力分析结果有很大的影响。     

液态气体贮存槽的新制造工艺研究

液态气体贮存具有很多优势,在空气分离行业中广泛生产液态产品.由于在液态气体贮存槽制造工艺中的漏率测定工序要用2～4个月时间,因此,使用此槽的制造费用居高不下,不利于市场竞争.为这一工序设计的抽真空系统,能够完全满足设计要求,为液态气体贮存槽的制造探索出了一条新路.     

Three-dimensional molecular dynamics simulation of hydrogen-enhanced dislocation emission and crack propagation

A three-dimensional molecular dynamics simulation using the embedded atom method (EAM) potentials shows that for both pure Ni and Ni+H, dislocations are firstly emitted during loading and the crack propagates after enough disloca tions are emitted. In the case of hydrogen embrittlement, local plastic deformat ion is a precondition for crack propagation. For the crack along the (1 11) slip pla ne, one atom fraction in percent of hydrogen can decrease the critical stress in tensity for dislocation emission KIe from 0.42 to 0.36 MPam 1/2, and that for crack propagation KIp from 0.80 to 0.76 MPam1/2. Therefore, hydrogen enhances dislocation emission and crack pro pagation.     

用蒸发气充填液化天然气球形储罐隔热层的传热计算

针对大型液化天然气储罐在隔热层填充N2(氮气)成本高、工艺复杂的问题,现改为用BOG(蒸发气体)代替N2填充隔热层.阐述BOG代替N2的不同及其用球形储罐储存LNG的优点.通过分析传热过程、建立传热模型,计算总漏热量和蒸发率,验证BOG代替N2在理论上的可行性.     

大型储罐地震作用下罐壁抗失稳可靠度分析

大型储罐在地震作用下的典型破坏形式是"象足"屈曲破坏,而轴向压应力是"象足"屈曲破坏的主要因素。结合实际工程情况,运用大型通用有限元分析软件Adina对大型储罐在不同地震烈度、储液深度下的罐壁轴向压应力进行地震作用下的数值模拟,并运用可靠性分析的JC法,分析大型储罐不同储液深度、不同地震烈度下的罐壁抗失稳可靠度情况。结果表明:在同一地震烈度下,随着储罐储液深度的增加,储罐罐壁的轴向压应力将随之增大;大型储罐同一地震烈度下储液深度越大,罐壁轴向抗失稳可靠度越低;在实际工程设计中应该首先进行工程场地地震安全性评价,尽可能避开地震带。     

超低温作用下LNG储罐外壁变形分析

当LNG储罐内罐泄漏时低温液体直接与外罐混凝土接触,使外罐内壁与外壁之间形成明显的温差。分析了超低温作用引起的内外温差对整个结构内力的影响,得到了储罐外壁在超低温作用下温度分布规律及其变形规律。结果表明:超低温作用下LNG储罐外壁温度分布由内而外呈线性分布,罐壁的温度分布比较均匀;低温作用罐壁的变形比理想状态增大很多,且随内外温差的增大变形有所增长。     

西北地区太阳能采暖系统储热水箱热损失试验研究

以西北新农村117.07 m²的单体建筑太阳能采暖系统为研究对象,以12月15日为例,得出储热水箱热损失主要发生在自然冷却阶段,当日储热水箱的总热损系数为5.68 W/℃,总热量损失为9.49 MJ.再选取其余11个典型日的试验数据对储热水箱总热损系数和总热损失各影响因素进行拟合,储热水箱总热损失由于受到环境温度和室外风速的影响,储热水箱的温度也随之变化.研究结果表明:平均环境温度每降低1 ℃,储热水箱总热损失增加0.067 MJ;室外风速每增加1 m/s,储热水箱总热损失增加0.042 MJ;储热水箱平均温度每降低1 ℃,储热水箱总热损失增加0.068 MJ;储热水箱温度变化幅度每增加1 ℃,储热水箱总热损失增加1.641 MJ.针对储热水箱热损失分析及室内热环境现状,提出将储热水箱置于室内以增强储热水箱储热能力和改善建筑室内舒适度.     

基于XFEM的岩体卸荷过程裂纹起裂扩展规律研究

地下和边坡工程开挖常涉及岩体卸荷问题,采用ABAQUS软件中的扩展有限单元法(extended finite element method,XFEM)对开挖卸荷过程岩体内部裂纹的起裂扩展进行了模拟,通过计算裂纹尖端应力强度因子研究了其起裂特征,并探讨了起裂影响因素,通过记录裂纹扩展形态研究了其动态演化模式.结果表明,卸荷过程中卸荷速率越快,裂纹长度越长,倾角越大,其起裂越容易;并且裂纹面受到的正应力不断减小,剪应力不断增大,裂纹扩展主要由剪应力控制,这与理论分析结果一致.裂纹最终扩展演化形态也与物理试验相近,充分表明运用扩展有限单元法研究岩体裂纹问题的可靠性.     

初始裂隙几何要素对岩石裂隙扩展演化的影响

为了探求初始裂隙几何要素对岩石裂隙扩展演化的影响,采用岩石破裂过程RFPA数值分析系统,研究特定应力条件下裂隙长度、无偏置双裂隙的水平间距和竖直间距对裂隙演化的影响。通过大量的数值试验,再现裂隙的发展演化过程,获得了特定条件下裂隙发展演化的一般规律,并对岩块破坏形态进行了描述。所获得的理论成果,对于研究裂隙岩体在外界荷载作用下的裂隙扩展演化规律具有一定的参考价值。