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基于三维理论的TC4ELI钛合金疲劳裂纹扩展研究

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船舶力学 2022年第9期26卷 1354-1362页

作者：吴连生于培师韦朋余郭鑫赵军华王连江南大学江苏省食品先进制造装备技术重点实验室江苏无锡214122 中国船舶科学研究中心江苏无锡214082

TC4ELI钛合金以其优异的力学和抗腐蚀性能广泛应用于深海耐压结构。在深海交变载荷作用下,钛合金结构的初始微缺陷易发生疲劳扩展,进而会导致灾难性破坏。因此,耐压结构逐渐采用损伤容限设计理念来保证安全。然而,传统的二维损伤容限设... 详细信息

TC4ELI钛合金以其优异的力学和抗腐蚀性能广泛应用于深海耐压结构。在深海交变载荷作用下,钛合金结构的初始微缺陷易发生疲劳扩展,进而会导致灾难性破坏。因此,耐压结构逐渐采用损伤容限设计理念来保证安全。然而,传统的二维损伤容限设计理念过于保守,不利于三维深海耐压结构的轻量化设计。本文对TC4ELI钛合金的疲劳裂纹扩展进行了系统研究,发现在二维理论框架内材料的裂纹扩展速率依赖于试件厚度和应力比。而基于三维断裂理论,同种材料裂纹扩展速率与厚度和应力比无关。在此基础上,将得到的材料常数用于裂纹扩展模拟,实现了不同试件厚度和载荷下的疲劳寿命与裂纹尺寸的准确预测。

关键词：钛合金损伤容限三维裂纹扩展模拟

基于分离体子模型的重载货车钩舌三维裂纹扩展研究

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铁道学报 2022年第8期44卷 42-49页

作者：王超朱涛肖守讷阳光武杨冰丛盛国西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031 中车齐齐哈尔车辆有限公司大连研发中心辽宁大连116052

为了提高研究大型装配体结构局部区域三维裂纹扩展的计算效率及精度,提出一种基于分离体子模型的三维裂纹扩展研究方法。以重载货车车钩装配体为例,构建3种边界条件下的钩舌分离体,基于应变测点的均布载荷模型、接触非线性的接触力模型... 详细信息

为了提高研究大型装配体结构局部区域三维裂纹扩展的计算效率及精度,提出一种基于分离体子模型的三维裂纹扩展研究方法。以重载货车车钩装配体为例,构建3种边界条件下的钩舌分离体,基于应变测点的均布载荷模型、接触非线性的接触力模型和基于受力分析的钩舌分离体模型,对3种边界条件分离体模型进行三维裂纹扩展仿真,对比分析仿真与疲劳台架试验结果。研究结果表明:以服役里程为指标,基于接触非线性的接触力模型结果偏于保守;以临界裂纹尺寸为指标,基于受力分析的钩舌分离体模型结果偏于危险;综合考虑服役里程与临界裂纹尺寸,基于应变测点的均布载荷模型与疲劳台架试验结果吻合最好。因此可基于此边界条件分离体进行不同载荷工况下的钩舌三维疲劳裂纹寿命评估。

关键词：重载货车钩舌分离体子模型三维裂纹扩展

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基于数值流形法的三维裂纹扩展研究

岩土力学 2018年第S1期39卷 488-494页

作者：杨石扣张继勋任旭华河海大学力学与材料学院江苏南京211100 河海大学水利水电学院江苏南京210098

基于数值流形法(NMM)进行三维裂纹扩展分析研究,编写了相应的C++程序。充分发挥数值流形法在非连续变形分析领域的优势,不需要扩展有限元中的水平集和阶跃函数概念,应用数值流形法计算结果分析裂纹尖端线的破坏状况,对已有的非局部求迹... 详细信息

基于数值流形法(NMM)进行三维裂纹扩展分析研究,编写了相应的C++程序。充分发挥数值流形法在非连续变形分析领域的优势,不需要扩展有限元中的水平集和阶跃函数概念,应用数值流形法计算结果分析裂纹尖端线的破坏状况,对已有的非局部求迹法和三角形推进法进行简化和扩展,提出一种简化算法确定最终的新裂纹扩展面。应用简化算法对水平钱币型裂纹扩展问题进行数值模拟和对比分析研究。计算结果表明,基于数值流形法的三维裂纹扩展算法是可行的,采用简化处理之后,克服原有算法的不足,大大减少了新裂纹尖端线和新裂纹面的数目,降低了计算网格对新裂纹面的影响,提高了计算效率和扩大了应用范围。

关键词：数值流形法(NMM) 三维裂纹扩展裂纹尖端线三角形推进法

单轴压缩下三维裂纹扩展机理试验与离散元分析

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长江科学院院报 2020年第10期37卷 96-102,109页

作者：李勇蔡卫兵李邦翔朱维申山东大学岩土与结构工程研究中心济南250061 山东大学齐鲁交通学院济南250061

为了加强对三维裂纹扩展机理的认识,采用一种脆度良好的树脂材料制作含预制三维双裂隙的试样,并基于离散元理论,研究在单轴压缩条件下平行双裂隙的扩展、搭接和贯通机理,同时设置测量圆来监测在不同加载阶段模型的应力场变化。研究结果... 详细信息

为了加强对三维裂纹扩展机理的认识,采用一种脆度良好的树脂材料制作含预制三维双裂隙的试样,并基于离散元理论,研究在单轴压缩条件下平行双裂隙的扩展、搭接和贯通机理,同时设置测量圆来监测在不同加载阶段模型的应力场变化。研究结果表明:预制裂隙长轴端部C1-E和C2-W萌生的翼裂纹沿垂直裂隙平面方向扩展至一定长度后会保持长时间不变,直到应力达到峰值附近才继续沿着最大主应力方向扩展;在峰值应力附近时,预制裂隙端部C1-W和C2-W的花瓣状翼裂纹和反翼裂纹才相互搭接贯通形成空间卷曲面;随着轴向应力增加至峰值附近,最大主应力主要分布在远离预制裂隙的区域,而压应力却集中在预制裂隙中心区域,因此抑制了翼裂纹的进一步扩展;最大压应力和切应力随着应变增加而增加,最大拉应力却在峰值应力附近发生了跌落,说明在加载后期,裂纹扩展主要受压剪作用力控制。

关键词：三维裂纹扩展压缩试验离散元法应力场测量圆

基于Franc3D的典型整体结构三维裂纹扩展分析

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计算机辅助工程 2023年第3期32卷 15-19,25页

作者：邢本东高迪胡宗浩吴斌王向明沈阳飞机设计研究所沈阳110035

整体结构取消连接件与紧固件,将分段机械连接结构变为一体化结构,是飞机结构实现轻量化和长寿命的重要技术途径。由于缺乏整体结构裂纹扩展规律研究和损伤容限设计方法,整体结构应用受到较大限制。针对该问题,基于Franc3D软件对典型整... 详细信息

整体结构取消连接件与紧固件,将分段机械连接结构变为一体化结构,是飞机结构实现轻量化和长寿命的重要技术途径。由于缺乏整体结构裂纹扩展规律研究和损伤容限设计方法,整体结构应用受到较大限制。针对该问题,基于Franc3D软件对典型整体结构件开展裂纹扩展规律研究,分别研究不同应力水平下裂纹扩展特征与低应力水平下典型整体结构裂纹扩展规律。研究结果表明,应力大小对裂纹扩展寿命影响显著,控制应力水平是确保结构寿命安全的重要手段;在低应力水平下,整体结构裂纹扩展可以分为3个阶段,第1阶段为缓慢扩展阶段,占全寿命周期的94.85%,裂纹穿过十字交叉区出现2次分叉现象。

关键词：整体结构应力三维裂纹扩展结构寿命有限元裂纹

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同震断层三维裂纹扩展波动时域超奇异积分法

力学学报 2010年第3期42卷 456-473页

作者：朱伯靖石耀霖秦太验中国科学院研究生院地球科学学院计算地球动力学实验室北京100049 中国农业大学理学院北京100083

应用波动时域超奇异积分法将P波、S波和磁电热弹多场耦合作用下同震断层任意形状三维裂纹扩展问题转化为求解以广义位移间断率为未知函数的超奇异积分方程组问题;定义了广义应力强度因子,得到裂纹前沿广义奇异应力增量解析表达式;应用... 详细信息

应用波动时域超奇异积分法将P波、S波和磁电热弹多场耦合作用下同震断层任意形状三维裂纹扩展问题转化为求解以广义位移间断率为未知函数的超奇异积分方程组问题;定义了广义应力强度因子,得到裂纹前沿广义奇异应力增量解析表达式;应用波动时域有限部积分概念及体积力法,为超奇异积分方程组建立了数值求解方法,编制了FORTRAN程序,以三维矩形裂纹扩展问题为例,通过典型算例,研究了广义应力强度因子随裂纹位置变化规律;分析了同震断层裂纹扩展中力、磁、电场辐射规律.

关键词：三维裂纹扩展同震断层超奇异积分应力强度因子

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

三维裂纹扩展时动态应力强度因子的有限元研究

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船电技术 2010年第6期30卷 55-58页

作者：王光军熊峰中国船舶重工集团公司712研究所武汉430064

三维裂纹在动态断裂力学中,由于其数学和物理上的复杂性,求解其动态应力强度因子受到一定的约束。文中主要介绍了利用有限元分析软件ANSYS来求解三维动态应力强度因子。

关键词：动态应力强度因子三维裂纹扩展有限元

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复杂载荷作用下的三维裂纹扩展研究

四川轻化工大学学报（自然科学版） 2020年第6期33卷 65-70页

作者：张启洞王强胜李文俊张雪朋江晓禹西南交通大学力学与工程学院成都610031

材料的失效大多是由疲劳或裂纹扩展导致的,自上个世纪以来就得到国内外学者的广泛关注。而大多数学者是对二维模型进行研究的,对于三维裂纹扩展的研究较少。因此,通过有限元软件建立了埋藏型的三维裂纹模型,采用M积分的方法求解裂纹前... 详细信息

材料的失效大多是由疲劳或裂纹扩展导致的,自上个世纪以来就得到国内外学者的广泛关注。而大多数学者是对二维模型进行研究的,对于三维裂纹扩展的研究较少。因此,通过有限元软件建立了埋藏型的三维裂纹模型,采用M积分的方法求解裂纹前缘的应力强度因子,并与Irwin解析解进行了对比,验证了数值方法的准确性;研究复杂载荷作用下的表面裂纹,得到了表面裂纹的扩展路径以及裂纹扩展过程中裂纹前缘的等效应力强度因子Keq和I、II、III型应力强度因子,并分析了复杂载荷作用下的三维表面裂纹的扩展规律等。结果表明:随着裂纹前缘扩展长度的增大,等效应力强度因子Keq不断增大;在复杂载荷作用下,裂纹面的一端将向上偏折,而另一端向下偏折,在上下偏折的交界处裂纹扩展的长度较短,Keq较小;随着裂纹前缘扩展长度的不断增加,偏折交界的位置将朝向下偏折处不断靠近。

关键词：三维裂纹扩展应力强度因子复杂载荷扩展路径