圆管表面斜裂纹应力强度因子和临界裂纹长度仿真分析

针对圆管表面斜裂纹,建立基于弹性断裂理论和复变函数理论的计算模型.研究圆管表面斜裂纹发生扩展时临界状态所对应的应力强度因子和裂纹临界尺寸在各种相关因素影响下的变化规律.以Ⅰ、Ⅱ型复合裂纹为例,采用应变能密度理论对其进行了分析.对开裂角、裂纹所处角度及裂纹的几何尺寸等因素的影响进行仿真计算.得到裂纹所处角度对复合型裂纹两个应力强度因子影响的曲线,并对其影响的程度进行了比较.另外,对裂纹所处角度和开裂角对临界裂纹长度的影响进行了仿真分析.结果表明:随着裂纹所处角度的增加,两个应力强度因子(KⅠ、KⅡ)的最大和最小值是相同的,但趋势相反.并且对于Ⅰ型裂纹,在β=0和β=2π的地方,其应力强度因子为零.     

圆管表面斜裂纹应力强度因子和临界裂纹长度仿真分析

针对圆管表面斜裂纹,建立基于弹性断裂理论和复变函数理论的计算模型。研究圆管表面斜裂纹发生扩展时临界状态所对应的应力强度因子和裂纹临界尺寸在各种相关因素影响下的变化规律。以I、II型复合裂纹为例,采用应变能密度理论对其进行了分析。对开裂角、裂纹所处角度及裂纹的几何尺寸等因素的影响进行仿真计算。得到裂纹所处角度对复合型裂纹两个应力强度因子影响的曲线,并对其影响的程度进行了比较。另外,对裂纹所处角度和开裂角对临界裂纹长度的影响进行了仿真分析。结果表明：随着裂纹所处角度的增加,两个应力强度因子(KⅠ、KⅡ）的最大和最小值是相同的,但趋势相反。并且对于Ⅰ型裂纹,在β=0和β=2π的地方,其应力强度因子为零。     

带裂纹空心圆截面扭转轴的应力强度因子计算

将带裂纹轴的扭转问题归结为拉普拉斯过程的狄利克莱问题,用有限差分法求解,计算出扭转轴的刚度和柔度系数。然后采用计算柔度法计算出开裂轴裂纹端的应力强度因子,即通过柔度系数随裂纹长度的变化率与能量释放率之间的关系得出应力强度因子。文中给出了几种带裂纹空心圆截面扭转轴的计算结果,这些对工程实际问题具有一定的参考作用。     

Ⅰ型裂纹应力强度因子的有限元计算方法

建立求解应力强度因子的三点弯曲试样模型,采用位移外推法、应力外推法、虚拟裂纹闭合法等3种不同的方法计算Ⅰ型裂纹应力强度因子KI。研究了载荷、裂纹长度、试样的几何参数等对Ⅰ型裂纹应力强度因子的影响。结果表明,3种方法计算出的KI值的结果一致性良好,与解析解相比都能达到较高精度。分析比较3种计算方法,对裂纹应力强度因子计算方法的选择提供参考。     

活塞有限元分析及形状几何因子的拟合

利用“自上而下”的子结构模型法添加裂纹体,并通过ANSYS中的J积分,计算了机械应力场中一组裂纹的应力场强度因子值。计算值与应力强度因子手册中给出的理论值非常吻合,最大误差不超过6％。并利用最小二乘法,拟合出活塞形状几何因子的表达式。计算结果对活塞的疲劳可靠性分析提供了理论基础。     

基于有限元的核反应堆压力管道裂纹敏感性分析

压力管道的裂纹敏感性分析对于核电安全性评价至关重要。课题组基于断裂力学理论,结合ANSYS断裂工具模块,研究了核反应堆压力管道裂纹强度因子计算方法与裂纹疲劳计算方法,考虑压力管道实际工况,以V形裂纹为例,计算和分析了不同裂纹方向和位置对压力管道的影响规律。研究结果表明,外表面横向裂纹安全系数最低,最易发生裂纹疲劳扩展。     

平面状态对疲劳裂纹数值扩展的影响研究

为了研究不同的平面状态对疲劳裂纹数值扩展的影响,将权重系数用于平面内任意位置的应力强度因子表达式,然后基于提出的相对深度系数的概念,假设了3种权重系数与相对深度系数的关系。通过3种关系下的应力强度因子表达式,进行3种关系下的疲劳裂纹数值扩展,并利用所提出的数值结果处理方法得到3种关系下的数值扩展精度。结果表明,当平面状态为平面应力状态与平面应变状态的组合状态、且权重系数与相对深度系数关系为二次函数时,数值扩展结果最好。     

油缸未焊接部位的应力强度因子分析

应力强度因子K是断裂力学分析的一个重要内容,本文将油缸底盖与缸体间的未焊接部位视为内含圆筒形裂纹,在裂纹处采用了“1／4”弯曲奇异单元进行三维有限元分析,由裂纹面上的位移外推应力强度因子计算式,计算了油缸受内压和轴向载荷的K值。此研究为三维裂纹体的进一步分析打下了基础,是油缸优化设计关键的一步。其计算方法也可运用于类似结构的压力容器。     

圆孔分叉裂纹的应力强度因子分析

采用位错分析法,研究弹性纵向剪切情况下无限大域圆孔上分叉裂纹问题.这是一种解析数值相结合求解应力强度因子的方法,充分利用了解析方法精度高和数值方法适用性广的特点,同时又克服了保角变换等解析解的局限,各裂纹位置可以是任意的.算例中所得的图表可以应用于工程实际.     

三维复合材料复合裂纹特殊边界元法

利用两相复合材料位移基本解，将受复合载荷作用下复合材料三维裂纹问题，归为求解一组超奇异积分方程，并分析了对裂纹尖端应力奇性和方程组求解理论方法；进而以反映裂纹前沿应力奇性的密度函数基本解表示位移间断，根据Taylor积分及其特征展开特性，给出方程组数值求解方法；最后，以三维矩形裂纹为例，讨论了应力强度因子（SIFs）收敛性及其变化规律。     

贻贝贝壳承压性能及碎壳裂纹路径取向

为降低贻贝加工过程中的碎壳率,提升贻贝及相关贝类精加工生产线的技术水平,以厚壳贻贝为研究对象,通过Thunk3D扫描仪逆向建模得到贻贝贝壳的三维模型,对贝壳模型进行静力学受力仿真,分析贝壳受力后形变位移的分布特点;使用拉压力试验机对贻贝贝壳进行整体曲面承压试验,计算得出贻贝贝壳的承压性能,结合仿真结果分析碎壳贻贝裂纹路径的取向特征。结果表明：在壳高方向受压力时,贝壳整体曲面平均极限承压载荷为550 N左右,极限载荷下最大形变为1.3 mm,承压性能约为3.12 MPa;裂纹延伸分布具有明显的取向性,60%以上的裂纹分布在沿贻贝贝壳长方向中轴±20°范围内。贻贝贝壳承压性能和裂纹路径取向分布规律的确定,可为贻贝及相关贝类加工设备的施力结构优化提供参考。     

水泵泵轴淬火裂纹分析

用金相显微镜和扫描电镜(电子探针)等对发动机冷却水水泵泵轴淬火后出现的裂纹进行了宏观和微观分析。探讨了裂纹产生的影响因素，结果表明：淬火过程中产生的组织应力和热应力、工件的尺寸、带状碳化物和集中及分散分布的脆性非金属夹杂物是裂纹产生的主要原因。在上述观察和分析的基础上，对如何选材及确定正确的热处理工艺等提出了建设性意见。     

贻贝贝壳承压性能及碎壳裂纹路径取向研究

为降低贻贝加工过程中的碎壳率,提升贻贝及相关贝类精加工产线的技术水平。以厚壳贻贝为研究对象,通过Thunk3D扫描仪逆向建模得到贻贝贝壳的三维模型,对贝壳模型进行静力学受力仿真,分析贝壳受力后形变位移的分布特点;使用拉压力试验机对贻贝贝壳进行整体曲面承压试验,计算得出贻贝贝壳的承压性能,结合仿真结果分析碎壳贻贝裂纹路径的取向特征。结果表明：在壳高方向受压力时,贝壳整体曲面平均极限承压载荷为550 N左右,极限载荷下最大形变为1.3 mm左右,承压性能约为3.12 MPa;裂纹延伸分布具有明显的取向性,60%以上的裂纹分布在沿贻贝壳长方向中轴± 20°范围内。贻贝贝壳承压性能和裂纹路径取向分布规律的确定,可为贻贝及相关贝类加工设备的施力结构优化提供重要参考。     

土壤干缩裂缝几何特征对入渗的影响

通过碘-淀粉染色示踪试验,结合数字图像处理技术,分析了裂缝宽度、深度及表面裂缝面积率3个裂缝表征参数对土壤水分入渗的影响。研究结果表明:大裂缝即实际宽度大于1.25 cm的裂缝,其入渗深度超过45 cm,能够促进土壤水分入渗,为水分运移提供明显的优先通道,随着大裂缝宽度的增加,入渗深度在45~65 cm范围内变化,没有明显的规律,小裂缝对入渗的作用不明显。裂缝深度较小时,土壤水分可看作一维半无限均匀运动,而深度较大的裂缝对入渗的影响显著,土壤水分运移表现出明显的优先流特征。表面裂缝面积率与湿润的土体体积具有良好的正相关关系(r=0.95),建立了一元回归模型,并提出以表面裂缝面积率作为裂缝对入渗影响程度的表征指标,面积率越大,裂缝对入渗的作用越明显。     

不同润滑状态下农机传动用链条的磨损特性

以三轮农用车链条为例,研究了不同润滑状态下农机传动用链条的磨损形式与机理,指出了定期人工滴油润滑的外驱动链条的主要磨损形式是以磨粒磨损为主,并伴随着疲劳磨损;油池润滑的内驱动链条的主要磨损形式是疲劳磨损。通过对其表面形貌分析,探讨了不同润滑状态下的链条磨损特性,提出了套筒和销轴零件表面硬度的主匹配关系。     

排气阀杆锁夹槽断裂分析及机理研究

在分析断裂排气阀杆用材成分、冶金质量、金相组织及热处理工艺后，对断口宏观、微观形貌进行观察，结果表明，该阀杆锁夹槽断裂是由于其结构尺寸不合理及表面存在脆性氮化物层，在高频率(4000次／min)强冲击应力作用下，锁夹槽颈缩处形成严重的能量集中、表面应力集中，致使表面氮化层崩裂，沿圆周形成多个裂纹源，并迅速向心部扇形扩展，最终导致断裂，并在断口上出现与高频率强冲击拉伸载荷相应的特殊形貌的2次裂纹。     

测定应力集中系数的灰色建模方法

通过对带轴肩的扭转圆轴、带双凹槽的拉伸板条、带偏心孔的纯弯曲梁等几种典型构件在应力集中处进行应变电测，利用灰色系统理论对测试数据进行累加生成处理、模型识别，建立了应变分布的灰色模型，用该模型求出了应力集中处的应力集中系数。结果表明：与目前常用的数据处理方法比较，灰色建模方法具有所需测试数据少、预测精度高等优点，非常适用于构件应力集中系数的实时测定。     

基于小波分析的机械轴裂纹的检测

转轴是机械设备的基本组成部分,而其本身在服役过程中,不可避免地存在着各种损伤和缺陷。当转轴发生故障时,产生的振动信号往往都含有大量的非稳态成分且随时间变化,利用传统的傅立叶变换有时很难准确发现识别信号中的故障成分。利用小波技术具有识别突变信号的特点,将小波变换应用到动荷载下轴构件裂纹位置的识别中,有效地判断出轴体裂纹所在的位置,尤其是不易被察觉的损伤处。理论分析结果表明:小波变换是一种有效的轴裂纹检测工具。