直径1422mmX80管道环焊接头应变能力数值模拟方法

鉴于高钢级管材的组织特征及焊缝失效对于管道安全的重要影响,管道环焊缝承载能力成为当前管道行业的研究热点,以中俄东线全自动焊口为研究对象,准确考虑环焊接头根焊、热影响区、母材、填充焊4个区域材料本构关系的差异性,基于有限元方法建立了分析管道环焊接头应变能力的数值仿真模型。定量分析了母材屈强比、运行内压、载荷类型等组合工况下焊缝强度匹配系数等对管道环焊缝裂纹扩展驱动力的影响。采用静裂纹起裂的失效判定方法,以表观断裂韧性值为临界准则,结合中俄东线管材及环焊接头材料特性参数实际变化范围,计算了在设计工况范围内最不利条件下中俄东线环焊接头的应变能力。结果表明:提高焊缝区强度匹配能够有效减小接头的裂纹扩展驱动力,增加管道内压或提高母材屈强比会使相同强度匹配条件下的裂纹扩展驱动力更大,拉伸载荷下的裂纹扩展驱动力要大于弯曲载荷下的裂纹扩展驱动力。该方法既可以用于根据焊接接头性能要求指导焊接参数的确定,也可以用于在役管道含缺陷焊接接头的适用性评价。     

哈弗氏密质骨含单条径向微裂纹问题的奇异积分方程数值解法

研究了在双轴拉伸载荷下哈弗氏密质骨间质骨含单条径向微裂纹的平面应变问题.通过利用奇异积分方程方法,得到了该问题所满足的奇异积分方程组,给出了微裂纹尖端应力强度因子的表达式.数值计算讨论了哈弗氏密质骨的材料和几何参数对微裂纹尖端应力强度因子的影响.数值结果表明软骨单位促进微裂纹扩展,而硬骨单位抑制微裂纹扩展,但这种影响仅局限在骨单位附近.     

喷射沉积Al-20Si/SiCp复合材料的热疲劳行为

采用V型缺口试样对喷射沉积Al-20Si/SiCp复合材料进行了热循环试验,用光学金相显微镜和扫描电镜研究了在热应力作用下的热疲劳裂纹扩展方式和形态.结果表明:热疲劳裂纹优先在V型缺口处萌生;复合材料经一定的热循环次数后随相对密度的提高,裂纹扩展速率下降;在复合材料的三大相——α-Al基体、Si相以及SiC颗粒中,α-Al基体阻碍热疲劳裂纹的扩展,裂纹非连续性扩展;裂纹扩展方式受Si相的尺寸和分布状态控制,裂纹绕过Si颗粒向前扩展以及裂纹穿过Si颗粒向前扩展是裂纹碰到Si颗粒时常出现的两种机制;SiC颗粒与热疲劳裂纹有强烈的交互作用,加强SiC颗粒与基体的界面结合有利于提高热疲劳寿命.     

含轴向裂纹管道内压作用下的稳定性评定

通过Ｊ积分的弹塑性解,计算了含轴向裂纹管道在内压作用下的撕裂模量,叙述了撕裂模量相对于Ｊ积分的裂纹扩展稳定性评定图的绘制方法,并结合实例,分析了受压管道轴向裂纹稳定扩展的载荷范围,预测了裂纹失稳扩展时的临界压力。     

磁电热弹耦合材料弹塑性断裂问题

在线弹性裂纹研究基础上,将热弹塑性对控制方程和边界条件的非线性影响作为伪载荷处理,使得弹塑项以伪体积力和伪面力形式出现,进而将磁电热弹耦合材料三维裂纹弹塑性问题转化为解时域超奇异积分方程问题.针对矩形裂纹,基于裂纹前沿奇性应力分析结果,通过将广义位移间断未知函数表达为基本密度函数与多项式之积,为超奇异积分方程组建立了数值方法.对典型例子进行数值计算,得到裂纹前沿广义应力的变化规律,表明将热弹塑性对控制方程和边界条件的非线性影响作为伪载荷处理是正确的.     

单向纤维增强复合材料板Ⅰ型裂纹尖端应力场的有限元分析

应用ABAQUS有限元软件,对单向纤维增强复合材料板Ⅰ型裂纹进行分析,计算了当裂纹与材料纤维方向的夹角分别为0°、30°、60°、90°时裂纹尖端应力场,利用切向比正应力准则预测了裂纹的扩展方向,分析影响裂纹扩展的因素。结果表明:裂尖附近应力集中现象明显,应力随着裂尖距离增大迅速减小;裂尖处最大Mises应力和最大切向比正应力所在方位均为纤维方向,裂纹沿着纤维方向扩展;裂纹与纤维的夹角越小或缝高比越大裂纹越容易扩展。     

基于BS 7910的焊缝缺陷剩余寿命分析方法

为预测油气管道焊缝的剩余寿命,对非穿透裂纹的扩展机理及焊缝缺陷寿命预测方法开展了研究,提出以累加法为指导思想,结合BS 7910-2005中失效评定图(FAD)判据,且基于非穿透裂纹扩展模型的动态焊缝剩余寿命计算方法,使用C#语言编制程序实现了具体算法,计算分析了某管道焊缝缺陷的非几何参数对焊缝寿命的影响规律。分析计算结果表明:缺陷的长、短类型,即缺陷的深度与长度之比对缺陷所能承受的循环载荷次数有较大的影响;如果缺陷属于短缺陷,对应不同的缺陷相对深度,缺陷所能承受的循环载荷次数均逐渐减少;如果缺陷为长缺陷,缺陷所能承受的循环载荷次数均呈现先减少后趋于不变的趋势。     

基于不同接触中心的斜齿轮应力有限元分析

采用有限元法对齿轮在不同接触中心情况下的接触应力和弯曲应力进行了仿真分析,并对结果进行了强度校核。结果表明,在额定扭矩条件下,齿轮接触应力强度足够,弯曲应力接近临界值,而当齿轮受到冲击,在动载荷作用下,齿轮齿根部位容易出现裂纹并会不断扩展至轮齿断裂。针对该问题,结合现场实际情况,提出了改进措施,并取得良好效果。     

基于使用寿命模型的含裂纹钢制管道剩余寿命计算

为研究带有裂纹损伤管道剩余寿命的计算方法,针对正常使用环境下的钢制管道提出了同时考虑变形和承载力要求的含裂纹管道的使用寿命模型,该模型包括2个阶段,即裂纹萌生阶段和裂纹扩展阶段。对裂纹萌生阶段和裂纹扩展阶段分别采取局部应力应变状态方法和弹塑性断裂力学裂纹扩展理论方法进行分析,推导出管道在2个阶段剩余寿命的计算方法。在此基础上综合考虑环境以及平均应力对裂纹扩展速率的影响,根据安全系数法的原则,讨论了含裂纹钢制管道剩余寿命的计算问题,给出了含裂纹钢制管道剩余寿命的计算公式,为工程实践提供了理论依据。     

冷却介质对YG8硬质合金热疲劳性能的影响

采用V型缺口试样,研究了YG8硬质合金在10～650 ℃热循环下冷却介质分别为pH=5.2的盐酸溶液、pH=7.4水、pH=8.8的氢氧化钠溶液的热疲劳行为.通过扫描电镜和变焦体显微镜观察疲劳断口形貌和疲劳裂纹形貌,研究热疲劳裂纹形成与扩展机制.结果表明：冷却介质对热疲劳性能影响显著,同样循环次数下在pH=5.2的盐酸中冷却先出现裂纹,且扩展速率较快;pH=8.8的氢氧化钠溶液次之,水(pH=7.4)是三者中抗热疲劳性能最好;在中性介质中,裂纹的扩展方式主要为WC相缺少Co粘结相的粘接作用而不断被剥落产生微孔洞,随着微孔洞尺寸不断变大,相邻的孔洞将相连形成微裂纹,沿WC/Co相界面扩展,在腐蚀介质中,疲劳裂纹形成过程变得十分复杂,扩展方式主要为裂纹穿过腐蚀疲劳坑和通过大尺寸的团聚物扩展.     

重组竹的耐冲击性能

探索竹/木复合材料在极端环境中(飓风、雹暴等)对冲击载荷的适应性,并在此基础上进行合理的结构设计。利用Instron 9250HV落锤冲击试验机对毛竹重组竹和竹木复合重组材进行了低速冲击试验,研究了密度和组坯形式对冲击性能和损伤模式的影响,并分析了组坯结构与吸能机制的关系。结果表明:高密度重组竹的耐冲击性能较好,纵横组坯的竹木复合重组材冲击性能优于同密度的重组竹。冲击损伤使重组竹沿纤维方向纵向开裂,导致材料整体失效;而竹木复合重组材的横纵结构抑制了裂纹的扩展,使缺陷仅发生在冲击点附近;落锤出射面表现为层状开裂,具有分层吸能的能量吸收机制。相同密度的竹木复合重组材可以更好地抵抗冲击破坏。     

竹纤维的开发和应用

综述了竹纤维的研究意义、国内外研究现状,及其在纺织、经济墙板、造纸、竹炭纤维、竹/玻璃纤维复合等领域的应用,指出开发竹纤维具有很好的经济效益和社会效益。     

竹塑复合材料的冲击韧性

以高密度聚乙烯(HDPE)、马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)、竹浆纤维、竹造纸剩余物竹屑、白泥为试验原料,制造竹塑复合材料。采用基本断裂功(EWF)方法对竹屑/HDPE、白泥/竹屑/HDPE和竹浆纤维/竹屑/HDPE3种复合材料的冲击韧性进行了研究,比较了不同质量分数的竹屑、白泥、竹浆纤维对复合材料各性能参数的影响。结果表明:复合材料的比基本断裂功(we)随着竹屑和白泥的增加逐渐下降,随着竹浆纤维的增加显著提高;竹屑和竹浆纤维的质量分数对竹塑复合材料的比非基本断裂功(βwp)影响较小。     

竹材Ⅲ型层间的断裂韧性

采用改进设计的端部切口悬臂梁(SCB)装置,试验测试毛竹(Phyllostachs pubescens)Ⅲ型层间断裂性质,并分别用柔度法和面积法计算其Ⅲ型层间断裂韧性值。结果表明:(1)采用柔度法和面积法得到的Ⅲ型层间断裂韧性,分别为2.38 N·m~(-1)(标准差0.74 N·m~(-1))、2.20 N·m~(-1)(标准差0.36 N·m~(-1)),前者略高于后者,但方差分析差异不显著;(2)二种方法测得的Ⅲ型层间断裂韧性,基本上与裂纹尺寸无关,说明层间断裂韧性是竹材的一种基本性质;(3)对竹材断面的观察发现,Ⅲ型层间裂纹在未木质化的短型基本组织细胞中的扩展是伴随着胞壁的撕裂,但在已木质化的长型基本组织细胞之间和纤维束之间,裂纹是沿胞间层扩展的。     

仿贝壳结构制备纤维增强的复合材料

模仿贝壳的层状结构,以环氧树脂作为基体,在树脂中添加了竹纤维和麻纤维,并对其力学性能进行了测试。结果表明：与环氧树脂材料相比,添加了竹纤维和麻纤维的环氧树脂复合材料的力学性能有所改善;竹纤维和麻纤维的增韧机制主要有裂纹滞止、微裂纹、界面剥离、纤维拔出、塑性桥连等,与具有弱界面的脆/塑复合材料增韧机制相似。     

不同竹龄和部位对毛竹纤维形态及结晶度的影响

  目的  研究竹龄与部位对毛竹Phyllostachys edulis纤维形态及结晶度的影响,为实现毛竹在制浆造纸、竹纺织品等工业生产中的高效选材利用提供基础数据。  方法  采用纤维离析法,借助普通光学显微镜,测定纤维形态;通过Segal法计算相对结晶度。  结果  竹龄主要影响竹材的纤维长度,纤维长度随竹龄的增长而增大,且80%的纤维长度为1 000~2 500 μm,属长纤维。轴向高度对毛竹材纤维形态的影响较小,纤维壁腔比、长宽比在3个取样部位间差异显著(P＜0.05),但未有明显变化规律;轴向上,不同位置纤维长度未见显著差异。径向纤维长度从大到小依次为竹肉、近竹青、近竹黄;结晶度与竹龄无明显关系,径向上由近竹黄到近竹青呈现递增趋势。在影响竹材纤维形态的因子中,竹龄贡献率最大,影响最为明显。  结论  毛竹纤维形态受竹龄影响最大,受径向取样部位影响明显,轴向高度影响较小,所有部位纤维可用于工业生产,建议将竹龄作为原材料筛选的优先指标。图6表6参22     

竹材打片刀国产化初步研制及几点看法

引进竹材打片刀耐用度低的主要原因是粗大片状马氏体组织造成的。竹材打片刀的工作条件要求刀具材料在具有高硬度和高耐磨性的同时,还具有更大些的韧性。国产化竹材打片刀的研制,主要从刀具材料的金相组织、硬度与韧性的适当配合以及刀具楔角等三个方面加以考虑和控制。初步试制结果表明,用轴承钢(GCr15)制造的刀片比进口刀片更适用于本国的毛竹加工。     

模糊理论在竹纤维复合材料研究中的应用

介绍了模糊理论在纤维复合材料研究中的应用．给出了影响竹纤维复合材料性能因素的模糊数学评判模型．为竹纤维复合材料研究提供了一种有效的方法。     

酶解法提取竹笋中不溶性膳食纤维研究

州[目的]研究利用酶解法提取竹笋不溶性膳食纤维。[方法]采用正交试验设计对竹笋不溶性膳食纤维的提取条件进行了研究。[结果]各因素对竹笋不溶性膳食纤维提取影响程度依次为：α-淀粉酶〉酶解时间〉木瓜蛋白酶〉pH值〉料水比〉纤维素酶〉酶解温度;竹笋不溶性膳食纤维提取条件的最佳组合为：料水比l：40,α-淀粉酶1600U／g底物,木瓜蛋白酶3000U／g底物,纤维素酶4000U／g底物,pH值5．0,酶解温度55℃,酶解时间1．5h。[结论]筛选出了影响膳食纤维提取的主要影响因素,得到了竹笋膳食纤维酶解法的最佳条件,为进一步改良和优化膳食纤维的成分和生理功能提供了科学依据。     

云南箭竹纤维形态变异规律

对云南箭竹Fargesia yunnanensis纤维形态特征进行了显微观测和系统分析。结果为：云南箭竹纤维长度为0．50～5．18mm,平均长度为1．74mm;云南箭竹纤维宽度为5．70．52．00μm,平均宽度为19．98μm;长宽比为18．86～361．71,平均为92．80;壁厚为O．80～416．00μm,平均为14．17μm;腔径为O-30—390．00μm,平均为5．53μm;壁腔比为0．03～109．00,平均值为3．11。云南箭竹纤维平均长度的纵向变异规律为中部〉基部〉上部。纤维的平均宽度表现出类似的变化规律;云南箭竹纤维的平均壁厚表现出的变化规律,1年生和2年生均为基部〉中部〉上部,而3年生云南箭竹纤维平均壁厚的变异规律为基部〈中部〈上部．腔径也表现出与壁厚类似的变化规律。年龄和部位对云南箭竹纤维特征影响显著。表1参10