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考虑列车荷载的隧道衬砌裂缝疲劳扩展可靠性分析

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中国铁道科学 2023年第6期44卷 95-102页

作者：王大鹏王景春张先萌张振波徐强石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043 石家庄铁道大学安全工程与应急管理学院河北石家庄050043

针对衬砌裂缝在列车荷载影响下的疲劳扩展行为,以疲劳断裂力学和可靠性理论为基础,对开裂衬砌裂缝的疲劳扩展可靠性进行研究。首先,分析衬砌开裂模式及影响裂缝扩展的应力强度因子类型,基于Paris公式建立基于裂缝深度的衬砌极限状态方程... 详细信息

针对衬砌裂缝在列车荷载影响下的疲劳扩展行为,以疲劳断裂力学和可靠性理论为基础,对开裂衬砌裂缝的疲劳扩展可靠性进行研究。首先,分析衬砌开裂模式及影响裂缝扩展的应力强度因子类型,基于Paris公式建立基于裂缝深度的衬砌极限状态方程;然后,依托某运营铁路隧道,利用ANSYS有限元软件建立含开裂衬砌隧道-地层耦合动力的数值模型,计算列车荷载影响下的裂缝尖端应力场和应力强度因子,运用蒙特卡洛法求解不同深度裂缝在衬砌服役期内的可靠性指标。结果表明:列车荷载对裂缝尖端应力场影响显著,当隧道拱顶存在10 cm裂缝且不考虑列车荷载时,拱顶衬砌裂缝尖端最大主应力为-3.47 MPa,而考虑列车荷载后则为-7.26 MPa;不同初始裂缝条件下,裂缝尖端应力强度因子幅值不拒绝服从正态分布规律,其均值和标准差随裂缝深度的增加而增大;开裂衬砌可靠性指标会随服役时间的增加而降低,且初始裂缝深度越大,衬砌的可靠性指标值越小、服役时间越短。

关键词：隧道开裂衬砌疲劳扩展列车荷载可靠性分析

表面裂纹疲劳扩展和寿命计算的高效高精度数值分析方法

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航空学报 2017年第12期38卷 175-186页

作者：柴国钟吕君鲍雨梅姜献峰丁浩浙江工业大学机械工程学院杭州310012 义乌工商职业技术学院机电信息学院义乌322000

基于弹性力学理论,建立了三维裂纹应力强度因子计算的混合边界元法基本理论和数值求解技术;针对表面裂纹疲劳扩展过程中,需要计算每个裂纹扩展步下的应力强度因子,从而需要重复计算大型非对称系数矩阵问题,提出了仅在初始裂纹状态下一... 详细信息

基于弹性力学理论,建立了三维裂纹应力强度因子计算的混合边界元法基本理论和数值求解技术;针对表面裂纹疲劳扩展过程中,需要计算每个裂纹扩展步下的应力强度因子,从而需要重复计算大型非对称系数矩阵问题,提出了仅在初始裂纹状态下一次计算主控矩阵,对于随后的疲劳裂纹扩展,只需做非常小规模矩阵的计算,且以显式形式给出应力强度因子解而无需求解大型线性代数方程组的方法,大大提高了计算效率;针对疲劳裂纹扩展过程中,单元需要不断重新划分问题,由于混合边界元法中的主控矩阵与裂纹无关,故只需对裂纹表面单元进行重新划分,对半椭圆表面裂纹,由于将其映射到单位半圆上划分单元,而单位半圆上的单元在疲劳扩展过程中不变,从而通过映射关系自动重新划分裂纹表面单元。最后,通过若干算例和试验,考核了本文方法的精度和可靠性。本文的研究为工程结构表面裂纹疲劳扩展和寿命计算的高效高精度数值分析建立了理论基础和实现方法。

关键词：表面裂纹疲劳扩展高效高精度分析混合边界元法应力强度因子

压力容器非正交接管区表面裂纹疲劳扩展特性研究

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中国机械工程 2004年第17期15卷 1577-1579,1593页

作者：金志江浙江大学化工机械研究所杭州310027

对一台压力容器非正交接管区表面裂纹的疲劳扩展进行了试验研究和计算机模拟跟踪 ,获得了非正交接管区表面裂纹疲劳扩展的特性、形貌、速率及寿命。试验与计算机跟踪结果比较表明 :在相同循环次数下 ,有限元的扩展深度大于实测值 ,但二... 详细信息

对一台压力容器非正交接管区表面裂纹的疲劳扩展进行了试验研究和计算机模拟跟踪 ,获得了非正交接管区表面裂纹疲劳扩展的特性、形貌、速率及寿命。试验与计算机跟踪结果比较表明 :在相同循环次数下 ,有限元的扩展深度大于实测值 ,但二者基本吻合 ,误差为 1 0 %左右 ;

关键词：压力容器非正交接管表面裂纹疲劳扩展有限元

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表面裂纹疲劳扩展的数值模拟(Ⅱ)

应用力学学报 2007年第1期24卷 42-46页

作者：吴志学扬州大学扬州225009

根据Paris疲劳裂纹扩展规律,对拉伸和纯弯曲疲劳载荷下表面裂纹扩展进行了数值模拟。数值模型中,用三次样条函数曲线拟合裂纹尖端,在裂纹扩展增量计算中考虑了裂纹闭合影响。裂纹形状演化的模拟结果与Newman和Raju经验公式预测结果进行... 详细信息

根据Paris疲劳裂纹扩展规律,对拉伸和纯弯曲疲劳载荷下表面裂纹扩展进行了数值模拟。数值模型中,用三次样条函数曲线拟合裂纹尖端,在裂纹扩展增量计算中考虑了裂纹闭合影响。裂纹形状演化的模拟结果与Newman和Raju经验公式预测结果进行了比较,表明了所采用的数值模拟方法的实用性。研究发现,裂纹闭合对疲劳裂纹扩展过程中的裂纹形状演化以及裂纹尖端的应力强度因子(SIF)分布都有明显影响。同裂纹形状演化一样,疲劳裂纹扩展过程中裂纹尖端的SIF分布表现出明显的特征。最后,建议了一个简单函数来统一描述表面裂纹尖端的SIF分布。

关键词：应力强度因子线弹性断裂力学表面裂纹疲劳扩展数值模拟三维有限元分析

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晶须增强铝合金中短裂纹的疲劳扩展速率

哈尔滨工业大学学报 1999年第5期31卷 60-62页

作者：关明星王铎王德尊哈尔滨工业大学航天工程与力学系黑龙江哈尔滨150001

应用细观力学方法研究晶须增强铝合金中短裂纹的疲劳扩展速率，为预报短裂纹寿命提供依据，通过晶须增强铝合金中疲劳短裂纹扩展过程的分析，利用裂纹扩展的能量释放率给出短裂纹的疲劳扩展速率方程。数值计算结果与实验结果相吻合，裂... 详细信息

应用细观力学方法研究晶须增强铝合金中短裂纹的疲劳扩展速率，为预报短裂纹寿命提供依据，通过晶须增强铝合金中疲劳短裂纹扩展过程的分析，利用裂纹扩展的能量释放率给出短裂纹的疲劳扩展速率方程。数值计算结果与实验结果相吻合，裂纹扩展速率具有波浪式向前发展的特点。

关键词：短裂纹疲劳扩展晶须增强铝合金细观力学

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共面裂纹疲劳扩展干涉的数值模拟

浙江大学学报（工学版） 2003年第2期37卷 211-214页

作者：金志江马歆浙江大学化工机械研究所浙江杭州310027

在工程结构的疲劳断裂中常常存在共面多裂纹相互干涉的现象,它们之间的相互作用将直接影响到结构的疲劳寿命.运用数值模拟法对承受拉伸疲劳载荷的有限平板上三个初始半圆形共面表面裂纹在疲劳扩展过程中的相互干涉和合并过程作了较为系... 详细信息

在工程结构的疲劳断裂中常常存在共面多裂纹相互干涉的现象,它们之间的相互作用将直接影响到结构的疲劳寿命.运用数值模拟法对承受拉伸疲劳载荷的有限平板上三个初始半圆形共面表面裂纹在疲劳扩展过程中的相互干涉和合并过程作了较为系统的研究,得到了共面裂纹在形状变化及应力强度因子方面的相互干涉效应.数值模拟法相对于重绘法和瞬间合并法能较精确地预测结构的疲劳寿命,从而可有效地预防结构的失效.

关键词：共面裂纹疲劳扩展干涉应力强度因子疲劳寿命

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对Paris疲劳扩展公式中指数n值的探讨

西北工业大学学报 1986年第4期4卷 363-369页

作者：吕国志西北工业大学副教授

本文应用真实应力强度因子的方法,推导得派利斯(Paris)公式中疲劳裂纹扩展指数n值与裂纹扩展时所对应的载荷值在循环载荷中的位置之间的关系,从而从物理意义上解释了不同的材料具有不同的n值。本文还应用声发射法进一步研究了这一关系... 详细信息

本文应用真实应力强度因子的方法,推导得派利斯(Paris)公式中疲劳裂纹扩展指数n值与裂纹扩展时所对应的载荷值在循环载荷中的位置之间的关系,从而从物理意义上解释了不同的材料具有不同的n值。本文还应用声发射法进一步研究了这一关系。实验研究表明,理论推导与实验结果相吻合。复型技术曾用来观察一周加载循环中疲劳裂纹扩展的过程。其结果表明,试验中所采用的声发射法对于提供疲劳裂纹扩展的信息是灵敏和精确的。

关键词：裂纹扩展循环载荷载荷值交变载荷 Paris 力学因子应力强度因子疲劳扩展

单、双轴载荷作用下表面斜裂纹的疲劳扩展特性

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同方期刊数据库

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机械强度 1990年第3期12卷 31-35,39页

作者：涂善东戴树和西南交通大学力学研究所南京化工学院化工机械研究所

任意取向的表面裂纹的疲劳扩展问题是迫切需要进行研究的。本文对单轴和双轴载荷作用下表面斜裂纹的疲劳扩展问题进行了研究。通过有限元分析设计了含表面裂纹的双轴十字形试板的合理形状,并标定了其应力强度因子。疲劳试验发现了表面... 详细信息

任意取向的表面裂纹的疲劳扩展问题是迫切需要进行研究的。本文对单轴和双轴载荷作用下表面斜裂纹的疲劳扩展问题进行了研究。通过有限元分析设计了含表面裂纹的双轴十字形试板的合理形状,并标定了其应力强度因子。疲劳试验发现了表面斜裂纹疲劳扩展的不均衡性质,并据此提出了描述表面斜裂纹扩展的分段模型。单轴和双轴试验所得到的扩展速率的比较表明两者的差别不大。根据所得试验结果,文中对现行缺陷评定规范中的某些问题进行了讨论。

关键词：工程结构表面裂纹疲劳扩展载荷

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错边板半椭圆表面裂纹疲劳扩展实验研究

机械强度 1990年第3期12卷 52-55页

作者：王国丽钟伯明魏嘉荃陈抡元大庆石油学院

论述了错边板半椭圆表面裂纹疲劳扩展的实验方法,认为用a、c=1/(A+BN)的关系能较好地拟合a—N、c—N实验曲线,为da/dN、dc/dN的求取找到了一条简便实用的途径。实验研究表明,无论是纯拉伸还是拉弯组合作用,裂纹a向和c向的扩展速率显著不... 详细信息

论述了错边板半椭圆表面裂纹疲劳扩展的实验方法,认为用a、c=1/(A+BN)的关系能较好地拟合a—N、c—N实验曲线,为da/dN、dc/dN的求取找到了一条简便实用的途径。实验研究表明,无论是纯拉伸还是拉弯组合作用,裂纹a向和c向的扩展速率显著不同,但都可以用Paris公式形式表示,其中的应力强度因子用Newman解。将这些结果编成计算机程序,预算了疲劳寿命,预算值与实验值的误差小于7％。

关键词：压力容器焊接表面裂纹疲劳扩展