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管道贯穿裂纹泄漏率预测

原子能科学技术 2015年第4期49卷 660-666页

作者：章静乔红威李朋洲巫英伟田文喜秋穗正苏光辉西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室陕西西安710049 西安交通大学核科学与技术学院陕西西安710049 中国核动力研究设计院四川成都610041

充分考虑入口为过冷水、两相和过热蒸汽等情况下的临界和非临界流动,对摩擦压降、拐角压降以及临界流模型Henry-Fauske中的相变起始点进行了修正,开发出破前泄漏(LBB)的管道贯穿裂纹泄漏率计算程序。与目前通用的裂纹泄漏率程序(PICEP和... 详细信息

充分考虑入口为过冷水、两相和过热蒸汽等情况下的临界和非临界流动,对摩擦压降、拐角压降以及临界流模型Henry-Fauske中的相变起始点进行了修正,开发出破前泄漏(LBB)的管道贯穿裂纹泄漏率计算程序。与目前通用的裂纹泄漏率程序(PICEP和SQUIRT)分别就常规直管道、人工裂纹以及自然形成裂纹的泄漏率实验数据进行了对比。计算分析表明,该程序计算结果与实验结果吻合较好且精度高于PICEP和SQUIRT。此外,通过计算分析研究,获得了背压和滞止焓以及裂纹形貌(包括局部粗糙度、全局粗糙度及裂纹开口位移、裂纹拐角数目等)对泄漏率的影响规律。

关键词：破前泄漏泄漏率裂纹形貌

爆炸载荷作用下混凝土靶板动态响应的细观模拟

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爆炸与冲击 2022年第12期42卷 35-49页

作者：徐柳云张元迪中国电子科技集团公司第三十八研究所安徽合肥230088 合肥通用机械研究院有限公司安徽合肥230031

考虑到一些对裂纹要求较严格的混凝土结构可能遭受到冲击载荷的威胁,利用混凝土三维细观力学模型对混凝土板在炸药爆炸(接触爆炸、封闭爆炸)载荷作用下的响应和破坏情况进行数值模拟,并就影响靶板内裂纹扩展结果的因素展开参数讨论。模... 详细信息

考虑到一些对裂纹要求较严格的混凝土结构可能遭受到冲击载荷的威胁,利用混凝土三维细观力学模型对混凝土板在炸药爆炸(接触爆炸、封闭爆炸)载荷作用下的响应和破坏情况进行数值模拟,并就影响靶板内裂纹扩展结果的因素展开参数讨论。模型考虑了混凝土材料的内部细观结构(包括粗骨料体积分数、尺寸、级配等)以及三相材料力学性能的影响,准确地预测了混凝土板在2种爆炸条件下的裂纹形貌和开坑尺寸。通过与宏观均质模型的模拟结果进行对比可知,细观模型预测的接触爆炸条件下混凝土靶板的开坑形态、尺寸,以及封闭爆炸条件下混凝土盖板的主裂纹数量,均与实验观察更为贴近。此外,参数研究结果表明,三维细观力学模型的全局网格尺寸以及模型内各组分的相对网格尺寸均会对模拟结果的精度产生影响,选择与空气网格尺寸相当的混凝土网格尺寸,可以在获得较准确模拟结果的同时保证计算效率;骨料粒径大小也会影响混凝土板在爆炸载荷作用下的响应和破坏结果。混凝土三维细观力学模型能够反映混凝土结构在冲击载荷作用下的损伤和破坏的细观机理及影响因素,对指导工程设计和结构安全评估具有重要的理论意义和实际应用价值。

关键词：混凝土细观力学模型爆炸载荷裂纹形貌开坑尺寸网格敏感性

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弯曲载荷作用下含切口T型节点表面裂纹应力强度因子计算

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船舶力学 2007年第5期11卷 723-734页

作者：吴晓源刘强王自力岳亚霖黄小平崔维成上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200030 中国船级社上海规范所上海200135 江苏科技大学江苏镇江212003 中国船舶科学研究中心江苏无锡214082

含裂纹修理切口T型节点的切口底部易于产生疲劳损伤,因而需要对该处新萌生的表面裂纹的疲劳寿命进行估算,以评判下次检修的时间。本文采用基于线弹性断裂力学的有限元方法,对弯曲载荷作用下于修理切口底部产生的表面裂纹最深处的应力强... 详细信息

含裂纹修理切口T型节点的切口底部易于产生疲劳损伤,因而需要对该处新萌生的表面裂纹的疲劳寿命进行估算,以评判下次检修的时间。本文采用基于线弹性断裂力学的有限元方法,对弯曲载荷作用下于修理切口底部产生的表面裂纹最深处的应力强度因子进行了计算。计算结果表明,对于同一类型节点,在相同裂纹深度下,裂纹底部的应力强度因子随着a/c的减小而增大。进而,根据修理切口的不同形状,给出了一组具有一定工程适用范围的回归公式。根据基于线弹性有限元计算结果得出的经验公式,对含修理切口T型节点切口底部萌生的表面裂纹扩展规律进行分析,得出了不同裂纹深长比下,裂纹深长增量比随裂纹深度的变化曲线。在数值计算的基础上,采用船用普通钢制备的试件,对切口底部萌生的表面裂纹进行试验研究,描述了在交变弯曲载荷作用下裂纹形貌的变化规律。试验结果表明,试验数据点与计算曲线相比,具有较高的一致性,验证了根据有限元计算结果提出的拟合公式的精度。

关键词：表面裂纹应力强度因子有限元方法修理形状裂纹形貌 FPSO

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硬度对H13热作模具钢热疲劳性能的影响

金属热处理 2016年第8期41卷 18-23页

作者：许书洋左鹏鹏吴晓春上海大学材料科学与工程学院上海200072

对不同硬度的H13钢进行了Uddeholm自约束热疲劳试验,结合其显微组织、显微硬度及碳化物情况探究了硬度演变对H13钢热疲劳性能的影响。结果表明:H13钢抵抗冷热疲劳的能力随硬度的升高而提高,高硬度的H13钢表面裂纹密度较高,呈分布均匀的... 详细信息

对不同硬度的H13钢进行了Uddeholm自约束热疲劳试验,结合其显微组织、显微硬度及碳化物情况探究了硬度演变对H13钢热疲劳性能的影响。结果表明:H13钢抵抗冷热疲劳的能力随硬度的升高而提高,高硬度的H13钢表面裂纹密度较高,呈分布均匀的网状,且表面高温软化程度小,裂纹深度也较浅;低硬度的H13钢表面只有若干条纵向的主裂纹。通过Jmat-pro热力学软件计算可知H13钢中存在的碳化物类型主要是M_(23)C_6、MC型,高硬度H13钢的碳化物尺寸比低硬度的小。

关键词：热作模具钢硬度热疲劳性能裂纹形貌碳化物

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Q355R连铸坯表面微裂纹研究

钢铁研究学报 2021年第12期33卷 1296-1306页

作者：常卓杨军徐李军仇圣桃时朋召田玉石西安建筑科技大学冶金工程学院陕西西安710055 钢铁研究总院连铸技术国家工程研究中心北京100081

裂纹是影响连铸坯质量的主要缺陷,其成因和影响因素复杂众多。针对Q355R连铸坯表面微裂纹,在铸坯典型裂纹处采用金相观察、扫描电镜、能谱进行表征,进一步分析其形成机制,进而对连铸工艺进行优化改进。结果表明,铸坯表面的微小裂纹,其... 详细信息

裂纹是影响连铸坯质量的主要缺陷,其成因和影响因素复杂众多。针对Q355R连铸坯表面微裂纹,在铸坯典型裂纹处采用金相观察、扫描电镜、能谱进行表征,进一步分析其形成机制,进而对连铸工艺进行优化改进。结果表明,铸坯表面的微小裂纹,其形貌不同于传统的网状星形裂纹和横裂纹,裂纹端主要为钝口且无延伸端,个别裂纹上端存在微裂纹细线,裂纹端呈"针"状且有延伸段。微裂纹主要成因是由结晶器卷渣、钢水二次氧化、钢水过热度大以及在连铸机弯曲和矫直区域外部应力共同作用所导致。通过对水口结构优化,改善结晶器流场,减弱结晶器卷渣,以及对连铸工艺优化,使铸坯表面微裂纹得到了有效控制。

关键词：连铸坯微裂纹裂纹形貌金相组织

地铁列车减速器直齿轮弯曲疲劳有限元分析与试验

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科学技术与工程 2017年第8期17卷 165-170页

作者：吕中和杨建伟北京建筑大学机电与车辆工程学院城市轨道交通车辆服役性能保障北京市重点试验室北京100044

为研究地铁列车减速器小齿轮齿根部受力情况及弯曲疲劳裂纹萌生的机理,通过建立齿轮副有限元模型,对齿轮啮合过程进行瞬态动力学分析,得到了齿轮啮合过程中齿根处的应力-时间历程进而对齿根弯曲疲劳行为进行了试验研究。瞬态动力学分析... 详细信息

为研究地铁列车减速器小齿轮齿根部受力情况及弯曲疲劳裂纹萌生的机理,通过建立齿轮副有限元模型,对齿轮啮合过程进行瞬态动力学分析,得到了齿轮啮合过程中齿根处的应力-时间历程进而对齿根弯曲疲劳行为进行了试验研究。瞬态动力学分析表明,小齿轮齿根处在啮合过程中受到脉动循环载荷的作用,最大拉应力出现在齿轮啮合至分度圆时;且齿根处最大主应力的方向为沿齿根切线方向。齿根弯曲疲劳试验结果表明,裂纹在齿根弧线的中间位置萌生,方向为齿根切线的垂直方向。结合有限元分析结果可发现,齿根处裂纹在最大拉应力幅值位置萌生,其扩展行为受最大拉应力的主导。为进一步优化齿轮的设计、制造工艺及材料的选择提供了依据。

关键词：地铁齿轮有限元法齿轮弯曲疲劳齿轮弯曲疲劳强度试验疲劳裂纹裂纹形貌

2024-T4铝合金疲劳裂纹扩展行为的试验研究及数值模拟

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2024-T4铝合金疲劳裂纹扩展行为的试验研究及数值模拟

作者：徐峰浙江工业大学

学位级别：硕士

2024-T4铝合金具有很高的强度与质量密度比，因而被广泛用于现代工业—尤其是航空航天工业中。这些铝合金结构件大多都工作在复杂的多轴循环载荷下，在一定的循环加载之后容易引起结构件的疲劳裂纹扩展，进而导致灾难性的破坏。因此，... 详细信息

2024-T4铝合金具有很高的强度与质量密度比，因而被广泛用于现代工业—尤其是航空航天工业中。这些铝合金结构件大多都工作在复杂的多轴循环载荷下，在一定的循环加载之后容易引起结构件的疲劳裂纹扩展，进而导致灾难性的破坏。因此，研究厚度、应力比等因素对2024-T4铝合金的疲劳裂纹扩展的影响，有助于为所有材料建立一个统一的预测模型，为更深入的研究提供基础。本文采用实验分析结合有限元模拟的方法，对2024-T4铝合金疲劳裂纹扩展行为进行了系统的研究。使用了两种厚度分别为3.8mm和12.5mm的紧凑拉伸试样，在4种不同的应力比：0.05，0.1，0.5和0.75下进行了不同加载幅下的I型加载疲劳裂纹扩展试验。试验过程中使用放大倍率为40倍的显微镜直接观测并记录裂纹的扩展情况。使用标准形式的Paris公式来描述稳定的裂纹扩展阶段，并得到了不同应力比时的Paris公式材料常数。当应力比R为0.1，0.5，0.75时，厚度为12.5mm的试样的疲劳扩展速率明显大于厚度为3.8mm试样的疲劳裂纹扩展速率，而当R为0.05时，厚度的变化对疲劳裂纹扩展速率的影响明显小于其他应力比时的影响。而当厚度一定时，应力比与疲劳裂纹扩展速率成正比关系。使用Schijve模型和Kujawski模型对不同应力比试样的疲劳裂纹扩展速率进行合并处理，并比较两种模型对于2024-T4铝合金的适用性。采用椭圆和抛物线方程拟合裂纹前缘形貌，并使用通用有限元软件模拟了不同厚度试样贯通型直线裂纹前缘和实际曲线裂纹前缘处应力强度因子和循环J积分的分布。通过研究厚度与应力比对裂纹前缘应力强度因子以及循环J积分的影响，对疲劳裂纹前缘形貌进行了系统的分析，从有限元分析的角度解释了不同厚度试样裂纹前缘“隧道效应”的形成。相比应力强度因子，归一化循环J积分能很好的描述应力比对裂纹扩展的影响，更适合作为描述疲劳裂纹扩展的驱动因子。

关键词： 2024-T4铝合金裂纹形貌疲劳裂纹扩展速率应力强度因子循环J积分

基于扩展有限元的复合型疲劳裂纹扩展行为及寿命预测模拟研究

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基于扩展有限元的复合型疲劳裂纹扩展行为及寿命预测模拟研究

作者：熊浩然南昌大学

学位级别：硕士

工业领域伴随着科学技术的更新和进步快速发展,大量机械结构广泛应用于人们的生产生活中。受制造工艺、材料性质等因素的影响,机械结构往往存在材料缺陷,在往复循环载荷下缺陷会演变成疲劳裂纹并最终导致结构的失效断裂,因此对疲劳裂纹... 详细信息

工业领域伴随着科学技术的更新和进步快速发展,大量机械结构广泛应用于人们的生产生活中。受制造工艺、材料性质等因素的影响,机械结构往往存在材料缺陷,在往复循环载荷下缺陷会演变成疲劳裂纹并最终导致结构的失效断裂,因此对疲劳裂纹的研究具有重要的现实意义。扩展有限元法(XFEM)在模拟裂纹扩展时无需重新划分网格,在处理不连续复杂工况的问题时更加简洁高效。本文采用扩展有限元对静态与动态情况下的复合型疲劳裂纹扩展进行模拟,并将此方法延伸到含缺陷压力管道的分析中,具体研究内容如下:(1)概述断裂力学的基础,介绍扩展有限元的理论。对三维中心穿透斜裂纹矩形试样进行静态分析,结果表明沿厚度方向上应力强度因子K呈现“凸起”分布,K呈现“凹陷”分布,裂纹呈I-II复合型扩展趋势且应力强度因子大小与预置裂纹的长度(6、裂纹角度α以及试样的宽度W均有关系。对裂纹尖端施加止裂孔能减少裂纹尖端应力集中,减小裂纹尖端的应力强度因子值。(2)建立基于能量释放率的疲劳寿命预测模型,通过与实验数据对比验证了模型的准确性。在此基础上分析拉伸载荷和弯矩载荷下止裂孔与预置裂纹角度θ、止裂孔中心与预置裂纹尖端距离d以及止裂孔半径r对单边穿透斜裂纹矩形试样疲劳寿命值的影响。结果表明拉伸载荷下斜裂纹呈I型扩展,压弯载荷下斜裂纹呈I-II复合型扩展,且θ、d、r分别变化的情况下,试样的疲劳寿命值均有最佳值,在d、r共同变化的情况下,r为影响试样疲劳寿命值的主要因素。(3)基于上述研究方法,模拟分析压力管道中预置半椭圆裂纹的短轴a与长轴c、管厚t的比值a/c、a/t的变化对应力强度因子分布以及裂纹形貌的影响。结果表明,静态分析中应力强度因子K随裂纹边缘深度增加呈“波浪”形增大;动态分析中固定a/c的值不变,在a/t初始值较大时裂纹形貌逐渐趋于半圆,在a/t初始值较小时裂纹形貌基本维持椭圆不变。数值模拟的压力管道疲劳寿命值与理论值基本吻合。

关键词：扩展有限元法复合型裂纹应力强度因子疲劳寿命止裂孔裂纹形貌

CT试样疲劳裂纹扩展特性及K断裂参量的数值模拟

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CT试样疲劳裂纹扩展特性及K断裂参量的数值模拟

作者：王朕峰南昌大学

学位级别：硕士

在机械、石油化工和土木等领域中,很多工程构件和压力容器经常受到周期性载荷的作用,导致疲劳裂纹的启裂和扩展,最终造成灾难性的后果,由此可见,对疲劳裂纹扩展行为的研究具有非常重要的现实意义。而裂纹形貌的变化直接影响到疲劳裂纹... 详细信息

在机械、石油化工和土木等领域中,很多工程构件和压力容器经常受到周期性载荷的作用,导致疲劳裂纹的启裂和扩展,最终造成灾难性的后果,由此可见,对疲劳裂纹扩展行为的研究具有非常重要的现实意义。而裂纹形貌的变化直接影响到疲劳裂纹的扩展速率,进而会影响到压力容器和工程构件剩余寿命的精确评估,同时应力强度因子又是一个重要的断裂力学参量,故文中采用压力容器常用材料Q345R钢,对紧凑拉伸试样(CT试样)疲劳裂纹的扩展形貌以及裂纹尖端处的应力强度因子进行研究分析,具体如下：利用相关数据处理软件,对常幅载荷下的I型疲劳裂纹形貌进行椭圆方程拟合,并对裂纹形貌的隧道效应(隧道深度和表面角)进行分析,结果表明：在初始裂纹扩展阶段,椭圆方程能够合理描述裂纹形貌,隧道深度逐渐增大,表面角急剧降低;在稳定裂纹扩展阶段,裂纹具有以相似半椭圆形貌向前扩展的特性,随着扩展行为的进行半椭圆的长短轴不断发生变化,隧道深度和表面角均逐渐趋于稳定。此外,采用高斯方程对单个拉伸过载下的疲劳裂纹形貌进行了拟合分析,取得了较好的拟合效果,表明单个拉伸过载下的疲劳裂纹形貌具有与射箭用的“弯弓”型相似的特性。使用有限元分析软件对二维CT试样在不同裂纹长度和外载荷条件下的应力强度因子进行了计算与分析。结果表明：裂纹长度相同时,随着载荷的变化,应力强度因子K与载荷成线性关系;施加的载荷相同时,随着裂纹长度的增加,应力强度因子K增加,且增速越来越快。在三维状态和平面应变状态下,使用有限元分析软件计算CT试样直线裂纹形貌的应力强度因子,结果表明：在试样厚度的中间区域中,三维状态时的应力强度因子大于平面应变状态时的结果。之后对实际曲线裂纹和平均裂纹的直线裂纹形貌的应力强度因子进行有限元计算,结果表明：试样厚度中间区域的应力强度因子范围小于表面层区域的应力强度因子范围;平均裂纹的直线裂纹形貌应力强度因子范围沿试样厚度上的分布规律与实际裂纹形貌恰好相反。另外,对CT试样缺口根部初始直线裂纹形貌的启裂规律进行研究,得到了CT试样厚度方向上中间区域比表面附近区域更先启裂的规律。

关键词：裂纹形貌应力强度因子三维裂纹紧凑拉伸试样数值模拟