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基于ABAQUS/FRANC3D的钢轨三维表面裂纹的扩展分析

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兵器装备工程学报 2024年第2期45卷 246-253页

作者：张启洞闫华东陈诚杨康中国兵器工业试验测试研究院陕西华阴714200 中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610213

为分析钢轨三维表面裂纹在轮轨载荷作用下的疲劳扩展路径和应力强度因子的变化,研究钢轨剥离掉块的损伤机理。运用Fortran语言编写用户子程序DLOAD和UTRACLOAD施加轮轨接触应力,利用有限元软件ABAQUS和FRANC3D模拟车轮在钢轨上的移动并... 详细信息

为分析钢轨三维表面裂纹在轮轨载荷作用下的疲劳扩展路径和应力强度因子的变化,研究钢轨剥离掉块的损伤机理。运用Fortran语言编写用户子程序DLOAD和UTRACLOAD施加轮轨接触应力,利用有限元软件ABAQUS和FRANC3D模拟车轮在钢轨上的移动并分析钢轨三维表面裂纹的应力强度因子随车轮移动的变化情况,并基于PARIS公式和最大周向应力准则对钢轨三维表面裂纹的疲劳扩展行为进行分析。结果表明轮轨载荷仅为赫兹接触压力时,车轮在钢轨表面滚过,裂纹前缘距钢轨表面越深,越易发生扩展,裂纹主要在钢轨的深度方向扩展,可使半圆形裂纹变成长轴在深度方向的椭圆形裂纹;轮轨载荷为赫兹接触压力和滑动摩擦力共同作用时,随着车轮循环次数的增加,表面裂纹的等效应力强度因子Keq不断增大。车轮作用会使距钢轨表面越近的裂纹前缘越易发生扩展,裂纹主要向钢轨的宽度方向扩展,使半圆形裂纹变成形状较为复杂的长轴在钢轨宽度方向的近椭圆形裂纹。

关键词：三维裂纹扩展轮轨载荷应力强度因子扩展路径 FRANC3D

次表面微裂纹对偏折主裂纹扩展行为的分布位错理论研究

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固体力学学报 2024年第1期45卷 111-122页

作者：张启洞陈诚王强胜闫华东中国兵器工业试验测试研究院华阴714200 四川建筑职业技术学院德阳618000

为研究在拉伸载荷作用下包含一条埋置偏折裂纹和一条任意位置微裂纹的半无限大平面问题.论文基于连续分布位错法,建立相应的位错密度积分方程,并采用GAUESS-CHEBSHEV数值积分法得到其力学参量.通过有限元法对理论结果进行了验证.埋置深... 详细信息

为研究在拉伸载荷作用下包含一条埋置偏折裂纹和一条任意位置微裂纹的半无限大平面问题.论文基于连续分布位错法,建立相应的位错密度积分方程,并采用GAUESS-CHEBSHEV数值积分法得到其力学参量.通过有限元法对理论结果进行了验证.埋置深度、微裂纹中心到主裂纹尖端的距离将对主裂纹尖端的应力强度因子产生影响;结果表明相比于无微裂纹的情况,在某些方位处微裂纹对主裂纹尖端的扩展起到促进作用,而在其他方位的微裂纹对主裂纹尖端的扩展起到抑制作用;主裂纹尖端的扩展方向和等效应力强度因子相比于倾斜微裂纹而言受水平微裂纹的影响更大.

关键词：偏折主裂纹微裂纹埋置深度扩展方向等效应力强度因子

火箭橇滑靴用30CrMnSiNi2A钢的静、动态力学行为

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材料热处理学报 2024年第2期45卷 164-173页

作者：闫华东赵卫星时丕顺张启洞中国兵器工业试验测试研究院陕西华阴714200

30CrMnSiNi2A钢因其良好的塑性、韧性及抗冲击性能,已作为滑靴材料应用于高超声速火箭橇试验中。获得30CrMnSiNi2A钢宽温度域、宽应变速率范围内的本构模型是基于数值方法开展火箭橇刨削问题研究的必要条件。通过准静态压缩实验和动态... 详细信息

30CrMnSiNi2A钢因其良好的塑性、韧性及抗冲击性能,已作为滑靴材料应用于高超声速火箭橇试验中。获得30CrMnSiNi2A钢宽温度域、宽应变速率范围内的本构模型是基于数值方法开展火箭橇刨削问题研究的必要条件。通过准静态压缩实验和动态冲击实验研究了30CrMnSiNi2A钢在25~800℃温度区间、0.0005~10000 s^(-1)应变速率范围内的静、动态力学性能,分析了应变速率和温度对30CrMnSiNi2A钢流动行为的影响,讨论了该材料的应变速率敏感性和温度敏感性,并进一步利用准静态压缩实验数据与动态冲击实验数据,建立了能够考虑应变速率和温度效应的Johnson-Cook本构模型。结果表明:30CrMnSiNi2A钢的极限抗压强度并非单一地随应变速率的变化而变化,并且应变速率对极限抗压强度的影响不大;不管是承受准静态压缩还是动态冲击,30CrMnSiNi2A钢均表现出较强的热软化效应,温度敏感系数随着温度的升高而升高;Johnson-Cook本构模型能够有效预测出不同温度、不同应变速率条件下30CrMnSiNi2A钢的真实响应行为。

关键词： 30CrMnSiNi2A钢火箭橇力学性能 Johnson-Cook本构模型

G20Mn5N铸钢件微细观孔洞三维特征及形态演化

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金属学报 2019年第3期55卷 341-348页

作者：闫华东靳慧东南大学土木工程学院江苏省工程力学分析重点实验室南京211189

基于高分辨率X射线三维成像技术,研究G20Mn5N低合金铸钢件中的初始微细观孔洞,对气孔、气缩孔和缩孔3类孔洞的数量、大小及圆整度等参数进行统计分析。此外,研究分析了G20Mn5N低合金铸钢件内部微细观孔洞在单调拉伸载荷作用下的演化行... 详细信息

基于高分辨率X射线三维成像技术,研究G20Mn5N低合金铸钢件中的初始微细观孔洞,对气孔、气缩孔和缩孔3类孔洞的数量、大小及圆整度等参数进行统计分析。此外,研究分析了G20Mn5N低合金铸钢件内部微细观孔洞在单调拉伸载荷作用下的演化行为。结果表明,G20Mn5N低合金铸钢中气孔的数量最多、形状最规则、体积最小;缩孔的数量最少,但体积最大、形状最复杂;气缩孔的数量、形状复杂程度和大小均介于气孔和缩孔之间。拉伸载荷作用下,微细观孔洞演化机制包括原有孔洞体积的增长、新孔洞的产生以及孔洞之间的聚合。使用统计方法进一步分析了微细观孔洞的形核和增长规律,结果表明,考虑材料初始孔洞密度和形核应变的指数函数能精确地拟合孔洞形核行为,孔洞平均半径的大小和增长速率不仅受孔洞体积增长的影响,还与孔洞形核有关。

关键词：铸钢微细观孔洞形态演化 X射线三维成像

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考虑含缩孔缺陷的铸钢节点损伤演化分析

东南大学学报（自然科学版） 2019年第5期49卷 904-910页

作者：闫华东唐琦靳慧东南大学土木工程学院南京211189 东南大学江苏省工程力学分析重点实验室南京211189 中国路桥工程有限责任公司北京100011

首先通过有限元数值模拟结果与已发表文献中的材性试验数据对比,确定了低合金铸钢G20Mn5的GTN模型的最优参数组合.然后采用ProCAST铸造软件对K型铸钢节点的浇冒口系统进行设计并确定浇铸模拟条件,根据数值分析结果统计了缩孔缺陷的体积... 详细信息

首先通过有限元数值模拟结果与已发表文献中的材性试验数据对比,确定了低合金铸钢G20Mn5的GTN模型的最优参数组合.然后采用ProCAST铸造软件对K型铸钢节点的浇冒口系统进行设计并确定浇铸模拟条件,根据数值分析结果统计了缩孔缺陷的体积分数和位置分布等信息.最后基于GTN损伤模型参数的标定结果和K型铸钢节点的铸造模拟结果,对含初始铸造缺陷的铸钢节点进行力学分析,研究初始缺陷和材料性能劣化对铸件力学性能的影响.由铸钢节点的孔洞体积分数分布云图和等效塑性应变分布云图的对比结果可知,GTN损伤模型将基体材料的等效塑性应变和损伤变量有机耦合起来,模拟结果可以更加真实地反映铸造缺陷对铸钢件承载能力的影响,为铸件在工程中更好的应用提供参考依据.

关键词：铸钢节点浇铸模拟缩孔缺陷损伤演化

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铸造缺陷对铸钢节点钢结构力学性能的影响

西南交通大学学报 2020年第2期55卷 343-349,371页

作者：闫华东宫维佳靳慧东南大学江苏省高校工程力学分析重点实验室江苏南京211189 东南大学土木工程学院江苏南京211189

为了研究铸钢件中铸造缺陷的等级大小、位置分布对其静力性能、疲劳性能的影响,通过Solidworks软件建立了包含铸钢节点的钢桁架结构的实体模型,根据已有研究成果确定了铸钢节点上缺陷的尺寸与位置;对带有不同铸造缺陷的桁架结构进行静... 详细信息

为了研究铸钢件中铸造缺陷的等级大小、位置分布对其静力性能、疲劳性能的影响,通过Solidworks软件建立了包含铸钢节点的钢桁架结构的实体模型,根据已有研究成果确定了铸钢节点上缺陷的尺寸与位置;对带有不同铸造缺陷的桁架结构进行静力加载,通过分析结构的应力分布、位移分布情况确定铸造缺陷对其静力强度、静力刚度的影响;对带有不同铸造缺陷的桁架结构进行等幅疲劳加载,通过铸钢节点的修正应力疲劳寿命(S-N)曲线求得模型的局部疲劳寿命,明确铸造缺陷对结构疲劳性能的影响.研究结果表明:当铸钢节点的不同位置含有相同大小的铸造缺陷时,不同模型的应力极值最大相差11.7%,不同模型的疲劳寿命相差两个数量级;当铸钢节点的同一位置含有不同大小的铸造缺陷时,不同模型的应力极值最大相差1.7%,不同模型的疲劳寿命相差一个数量级;以上两种情况对结构整体和局部的位移分布均没有明显影响;当铸钢节点中铸造缺陷的分布发生变化时,不同模型间应力极值的变化率为8.8%,不同模型的疲劳性能均劣于只包含单个铸造缺陷的模型.

关键词：铸钢节点缺陷力学性能铸造质量评定

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高超声速火箭橇刨削效应仿真与验证研究

西安交通大学学报 2023年第4期57卷 71-79页

作者：夏洪利刘振闫华东赵项伟孟鑫西安交通大学航天航空学院 710049 中国兵器工业试验测试研究院陕西华阴714200

为形成具有高置信度水平的火箭橇试验刨削效应分析能力,基于真实的在轨试验刨削数据,开展了高超声速火箭橇刨削效应仿真与验证研究。首先,通过分析火箭橇在轨试验真实刨削数据,获取了典型刨削现象的参数描述;通过化学成分和金相显微组... 详细信息

为形成具有高置信度水平的火箭橇试验刨削效应分析能力,基于真实的在轨试验刨削数据,开展了高超声速火箭橇刨削效应仿真与验证研究。首先,通过分析火箭橇在轨试验真实刨削数据,获取了典型刨削现象的参数描述;通过化学成分和金相显微组织检测,实现了基于绝热剪切理论的刨削机理闭环验证。然后,利用静态拉伸试验和高温双同步Hopkinson杆试验,获取了Johnson-Cook本构模型参数。最后,使用物质点分析方法,开展了火箭橇垂向速度分别为1.75、2.00和2.25 m/s的3种工况刨削效应仿真,得到了与真实试验刨削形貌基本一致的仿真结果。仿真结果与在轨试验真实数据对比显示,当滑靴垂向速度为2 m/s时,刨削坑长度、深度实验和仿真偏差分别为1.8%、-3.9%,均未超过5%,达到了较高的一致性,验证了物质点方法分析刨削的适用性。该方法和参数取值可以作为后续高超声速火箭橇试验试前刨削安全性评估的参考。

关键词：火箭橇刨削效应物质点法火箭橇在轨试验

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高超声速火箭橇气动热理论分析

兵器装备工程学报 2021年第S2期42卷 154-158,196页

作者：赵卫星余远锋闫华东中国兵器工业试验测试研究院陕西华阴714200

分析了高超声速火箭橇橇体在运动中所涉及的气动热计算问题,对于8Ma以下的气动热问题,介绍了量热完全气体与热完全气体热力学参数计算方法,并通过数值计算比较了不同速度下两种气体的热力学参数变化情况,在低马赫数时,两种气体计算结果... 详细信息

分析了高超声速火箭橇橇体在运动中所涉及的气动热计算问题,对于8Ma以下的气动热问题,介绍了量热完全气体与热完全气体热力学参数计算方法,并通过数值计算比较了不同速度下两种气体的热力学参数变化情况,在低马赫数时,两种气体计算结果的差别不大,随着来流速度的增大,两种气体计算结果的差值增大。对于8Ma以上的气动热问题,介绍了高温真实气体的气动热计算方法,为高超声速火箭橇的气动热计算奠定了理论基础。

关键词：高超声速火箭橇气动热完全气体真实气体

施光南声乐作品创作分析——以歌剧《伤逝》为例

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戏剧之家 2020年第23期 36-37页

作者：闫华东阜新市歌舞剧院辽宁阜新123000

施光南是我国20世纪的伟大音乐家,其创作的歌剧在中国民族歌剧的发展史上有着重要的地位,其中歌剧《伤逝》更是开创了严肃歌剧的先河。施光南的声乐作品创作是一个时代发展的体现,研究和分析施光南的音乐作品是学习中国民族歌剧的重要... 详细信息

施光南是我国20世纪的伟大音乐家,其创作的歌剧在中国民族歌剧的发展史上有着重要的地位,其中歌剧《伤逝》更是开创了严肃歌剧的先河。施光南的声乐作品创作是一个时代发展的体现,研究和分析施光南的音乐作品是学习中国民族歌剧的重要课题。本文从歌剧《伤逝》出发,通过对其艺术特点的深入分析具体研究施光南声乐作品的艺术特征。

关键词：施光南歌剧作品创作