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初始裂纹对泥岩单轴压缩力学性质影响的FDEM研究

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Acta Mechanica Sinica 2023年第10期39卷 85-97页

作者：李德建祁浩李春晓李长祺 State Key Laboratory for GeoMechanics and Deep Underground Engineering Beijing 100083 China School of Mechanics and Civil Engineering China University of Mining and Technology (Beijing) Beijing 100083 China

要为研究初始裂纹对泥岩试件单轴压缩力学性质的影响, 首先, 对经过不同温度处理后的泥岩试件开展单轴压缩力学实验. 然后, 运用有限元-离散元耦合方法(FDEM)建立含有不同数量初始椭圆裂纹的单轴压缩数值模型来模拟室内实验. 最后, 建... 详细信息

要为研究初始裂纹对泥岩试件单轴压缩力学性质的影响, 首先, 对经过不同温度处理后的泥岩试件开展单轴压缩力学实验. 然后, 运用有限元-离散元耦合方法(FDEM)建立含有不同数量初始椭圆裂纹的单轴压缩数值模型来模拟室内实验. 最后, 建立一个分段损伤模型揭示单轴压缩损伤演化过程. 通过研究发现模拟的应力-应变曲线与实验结果存在较好一致性, 实验和数值结果表明初始裂纹密度对单轴压缩力学特性存在重要影响, 尤其是随着初始裂纹密度的增加, 初始非线性特征越明显, 而弹性模量和单轴抗压强度有所下降. 同时初始裂纹密度越大, 扩展的裂纹数量越少, 张拉破坏模式则越明显. 此外, 分段损伤本构模型能够很好地对应模拟和实验中的应力- 应变曲线. 对于初始非线性比较明显的岩石材料, 应该将岩石的损伤演化过程划分为初始损伤、损伤减少和损伤增加三个阶段.

关键词：初始裂纹单轴压缩椭圆裂纹单轴抗压强度岩石材料损伤演化过程力学实验应变曲线

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初始裂纹尺寸对疲劳可靠性的影响(英文)

船舶力学 2001年第6期5卷 50-54页

作者：邵文蛟大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116023

疲劳是船舶、海洋工程和桥吊等钢结构的主要破坏机理之一。影响疲劳裂纹成长的因素具有随机性质。用Paris定律描述疲劳的扩展 ,假定疲劳裂纹初始具有半椭圆形状 ,且在裂纹扩展中保持着半椭圆形状。失效准则采用在具有N次应力周期的给定... 详细信息

疲劳是船舶、海洋工程和桥吊等钢结构的主要破坏机理之一。影响疲劳裂纹成长的因素具有随机性质。用Paris定律描述疲劳的扩展 ,假定疲劳裂纹初始具有半椭圆形状 ,且在裂纹扩展中保持着半椭圆形状。失效准则采用在具有N次应力周期的给定时间中裂纹超过临界尺寸。用Paris定律 ,结合改进的Ⅱ水平方法 ,对不同初始裂纹对断裂破坏的可靠度进行了分析计算。

关键词：钢结构船舶海洋工程疲劳强度可靠性分析初始裂纹

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水力冲击内蕴初始裂纹混凝土致裂机理

振动与冲击 2020年第14期39卷 130-135,141页

作者：刘佳亮张娣杜书健王海洋重庆交通大学重庆市交通运输工程重点实验室重庆400074 重庆交通大学土木工程学院重庆400074 重庆交通大学交通土建工程材料国家地方联合工程实验室重庆400074

为研究水力冲击内蕴初始裂纹混凝土破碎机理,采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法建立了水力冲击含竖向裂纹混凝土数值模型,并基于图像处理技术,量化表征了混凝土致裂区破碎规律。研究表明:在初始裂纹弱作用区,水锤效应导致液固接触边界出... 详细信息

为研究水力冲击内蕴初始裂纹混凝土破碎机理,采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法建立了水力冲击含竖向裂纹混凝土数值模型,并基于图像处理技术,量化表征了混凝土致裂区破碎规律。研究表明:在初始裂纹弱作用区,水锤效应导致液固接触边界出现剪切断裂,贯通后形成近似"碗状"破碎坑;在初始裂纹强作用区,液固接触边界压剪应力和初始裂纹上部应力集中共同作用引发了初始裂纹上尖端裂纹;"水楔+砼楔"效应与初始裂纹下部应力集中导致了初始裂纹下尖端裂纹;水力冲击激发的应力波在自由边界和初始裂纹反射后相互叠加,引发了锥形裂纹;混凝土破碎度沿射流轴向呈非线性阶跃衰减,表明初始裂纹对混凝土破碎演化有明显阻断及强干扰作用。

关键词：水力冲击混凝土初始裂纹光滑粒子流体动力学(SPH) 图像处理技术

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风力机叶片蒙皮初始裂纹的盲信号提取

仪器仪表学报 2012年第7期33卷 1483-1489页

作者：周勃陈长征赵新光谷泉沈阳工业大学建筑工程学院沈阳110870 辽宁省振动噪声控制技术工程研究中心沈阳110870

针对风力机叶片初始裂纹特征难以提取的问题,提出了一种逐步提取并消减噪声源信号从而获得微弱裂纹故障特征的盲提取方法。首先基于卷积混合模型极小化改进代价函数推导自适应学习迭代算式,在仿真实验中确定非线性激励函数和滤波器的传... 详细信息

针对风力机叶片初始裂纹特征难以提取的问题,提出了一种逐步提取并消减噪声源信号从而获得微弱裂纹故障特征的盲提取方法。首先基于卷积混合模型极小化改进代价函数推导自适应学习迭代算式,在仿真实验中确定非线性激励函数和滤波器的传输函数,根据输出信号的性能参数证明了改进算法对尖峰噪声的异常点更加敏感稳健。在风力机叶片疲劳实验台上模拟叶片蒙皮的初始横向裂纹,通过声发射信号采集系统获得观测信号,分析噪声源的特性并提取了初始裂纹的声发射信号特征,为风力机叶片状态监测和预警提供了依据。

关键词：风力机叶片初始裂纹声发射盲信号提取

起重机焊接箱形梁疲劳可靠度及初始裂纹的蒙特卡罗仿真

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机械工程学报 2011年第20期47卷 41-44页

作者：徐格宁范小宁陆凤仪杨恒太原科技大学机电工程学院太原030024

断裂力学已被学术界公认是一种估算焊接结构件疲劳寿命最有效的解决方法,但在该方法的应用过程中,还存在着一些混乱现象,尤其对疲劳寿命影响较大的初始裂纹在现有技术难以检测的情况下,不同学者往往给出不同的假设,造成所评估的疲劳寿... 详细信息

断裂力学已被学术界公认是一种估算焊接结构件疲劳寿命最有效的解决方法,但在该方法的应用过程中,还存在着一些混乱现象,尤其对疲劳寿命影响较大的初始裂纹在现有技术难以检测的情况下,不同学者往往给出不同的假设,造成所评估的疲劳寿命相差很大。针对这些状况,分析并澄清在应用断裂力学理论进行焊接结构件疲劳可靠度估算中,应力幅的正确使用及初始裂纹和临界裂纹对疲劳寿命的影响,应用蒙特卡罗法对起重机焊接箱形梁进行疲劳可靠度的仿真估算,并通过试验结果的验证,研究确定起重机焊接箱形梁初始裂纹的均值和标准差,为今后断裂力学理论的寿命估算提供可靠的参考依据。

关键词：起重机焊接箱形梁疲劳可靠度初始裂纹蒙特卡罗法

含有焊缝初始裂纹的钢框架梁柱节点性能试验研究

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东南大学学报（自然科学版） 2020年第3期50卷 409-416页

作者：俞昊然李维滨成维佳东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室南京211189 东南大学土木工程学院南京211189

为研究焊缝初始裂纹对钢框架梁柱节点抗震性能的影响,通过切割节点的梁下翼缘焊缝以形成初始裂纹,完成了7个节点拟静力试验,并分析了能量输入历程与节点连接形式对其性能的影响.试验结果表明,含有初始裂纹的节点试件SHH-1从启裂至破坏... 详细信息

为研究焊缝初始裂纹对钢框架梁柱节点抗震性能的影响,通过切割节点的梁下翼缘焊缝以形成初始裂纹,完成了7个节点拟静力试验,并分析了能量输入历程与节点连接形式对其性能的影响.试验结果表明,含有初始裂纹的节点试件SHH-1从启裂至破坏共经历了6个循环,相比于无损节点试件SHH-0持续时间减少25%,极限荷载降低8.5%,极限位移与延性系数均降低26%.节点中梁下翼缘焊缝部位若存在初始裂纹,会改变节点的裂纹扩展机理,其抗震性能也会明显降低.当加载跨幅相同且循环次数相差不大时,不同的加载制度对初始裂纹扩展机理及节点抗震性能影响较小,但突增式位移荷载会加速裂纹的扩展.H形柱-H形梁节点初始裂纹扩展速度相对最慢、抗震性能最好,其次为箱形柱-H形梁节点,箱形柱箱形梁节点性能最差.

关键词：钢框架节点初始裂纹裂纹扩展拟静力试验抗震性能

踏面匹配与初始裂纹形态交互作用下车轮多轴疲劳裂纹扩展特性

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材料导报 2024年第4期38卷 187-191页

作者：黄奎龙余刚方修洋张昊楠西南交通大学机械工程学院成都610031 江西科技学院人工智能学院南昌330096

地铁车辆车轮裂纹常萌生于车轮踏面及亚表面,亚表面裂纹是影响车轮寿命的关键因素之一。借助有限元仿真方法,在轮轨接触三维模型亚表面处插入初始裂纹,研究了不同轮轨匹配形式、不同初始裂纹形态对亚表面疲劳裂纹扩展特性的影响。结果显... 详细信息

地铁车辆车轮裂纹常萌生于车轮踏面及亚表面,亚表面裂纹是影响车轮寿命的关键因素之一。借助有限元仿真方法,在轮轨接触三维模型亚表面处插入初始裂纹,研究了不同轮轨匹配形式、不同初始裂纹形态对亚表面疲劳裂纹扩展特性的影响。结果显示,车轮亚表面3 mm处接触应力数值最大,在锥形、LM型、LMA型三种踏面类型中,采用LM型踏面时车轮亚表面等效应力最大,最容易发生疲劳破坏;裂纹扩展均呈现出多轴疲劳裂纹扩展特性,锥形踏面工况下裂纹的扩展速率高于其余两种踏面类型下的裂纹扩展速率;不同初始裂纹角度中,45°初始裂纹角度是最危险的角度;初始裂纹深度对裂纹的扩展路径基本无影响。本研究结果对车轮亚表面埋藏裂纹缺陷评判及剩余寿命预测有一定的工程及理论指导意义。

关键词：车轮轮轨型面匹配初始裂纹亚表面疲劳裂纹扩展

具初始裂纹钢桥梁焊接构件疲劳裂纹扩展和疲劳寿命计算

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船舶力学 2009年第1期13卷 91-99页

作者：周太全陈鸿天江南大学环境与土木工程学院江苏无锡214122 昆士兰科技大学建筑环境与工程学院

钢桥梁构件因焊接缺陷或者在疲劳应力交互作用下萌生裂纹,钢桥梁构件因存在初始裂纹大大地降低焊接构件的疲劳性能。文中考虑到焊接构件往往会存在初始缺陷,研究了含初始缺陷的桥梁焊接构件的疲劳分析方法。在已有的大量含裂纹构件的疲... 详细信息

钢桥梁构件因焊接缺陷或者在疲劳应力交互作用下萌生裂纹,钢桥梁构件因存在初始裂纹大大地降低焊接构件的疲劳性能。文中考虑到焊接构件往往会存在初始缺陷,研究了含初始缺陷的桥梁焊接构件的疲劳分析方法。在已有的大量含裂纹构件的疲劳实验工作基础上,结合课题组所做的焊接构件疲劳实验资料,假设初始裂纹焊接构件在疲劳裂纹扩展过程中裂纹形状保持为半椭圆形状;针对桥梁构件实际受力特征,由钢桥梁构件的高周疲劳损伤演化方程入手,考虑初始裂纹条件下裂纹前缘的损伤区的存在及其对裂纹扩展的影响,采用虚拟裂纹扩张方法推导了适用于钢桥梁构件的疲劳裂纹扩展分析的疲劳裂纹扩展率公式,建议了裂纹扩展和疲劳寿命数值计算方法。采用文中的计算方法,研究了已有的钢桥梁结构焊接构件疲劳实验的裂纹扩展过程和疲劳寿命的计算。计算结果表明:裂纹的扩展过程中裂纹的深度和表面半长度之比a/c是一个变化的数值,且在一定的a0/t0条件下,随着a0/c0的增加,循环次数逐渐增大。

关键词：疲劳裂纹扩展疲劳寿命初始裂纹钢桥梁焊接构件

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基于压电阻抗技术的结构初始裂纹监测研究

传感技术学报 2019年第4期32卷 631-636页

作者：张政王涛鲁光涛李友荣冶金装备及其控制教育部重点实验室(武汉科技大学) 武汉430081 机械传动与制造工程湖北省重点实验室(武汉科技大学) 武汉430081

针对工程结构早期裂纹损伤,提出了利用压电阻抗法检测损伤区域高频局部动力学特性,通过监测局部动力学特性变化实现对早期损伤监测的方法。建立了压电阻抗有限元仿真模型并进行数值分析,结果显示压电导纳信号峰值频率即为结构某阶谐振频... 详细信息

针对工程结构早期裂纹损伤,提出了利用压电阻抗法检测损伤区域高频局部动力学特性,通过监测局部动力学特性变化实现对早期损伤监测的方法。建立了压电阻抗有限元仿真模型并进行数值分析,结果显示压电导纳信号峰值频率即为结构某阶谐振频率,压电阻抗法能有效检测结构的动力学特性。针对不同大小裂纹的铝梁结构进行压电导纳仿真和试验研究,仿真和试验结果表明:压电材料的导纳峰值频率随着裂纹损伤增大而减小;同样的损伤程度下,高频谐振频率对损伤更为敏感。利用高频谐振频率变化来监测早期裂纹损伤的产生及发展,具有较好的重复性和信噪比,具有重要的应用前景。

关键词：初始裂纹压电阻抗损伤监测谐振频率