分享到:

结构疲劳裂纹扩展的数值模拟

本文通过对疲劳裂纹扩展数值模拟方法的研究,为裂纹体有限元建模的参数选择提供依据,同时,结合两自由度模型计算了裂纹应力强度因子及裂纹增量的疲劳扩展,从而实现了对裂纹疲劳扩展的数值模拟技术。并取得了良好的实际效果。本文数值模拟技术的主要内容体现于以下四个方面:1.考虑到裂纹尖端处的应力奇异性,在利用有限元方法计算平板表面裂纹的应力强度因子时,裂尖区域采用三维四分之一分点20节点等参退化奇异单元。文中研究了裂纹前缘第一层单元的边长L与裂纹深度a之比L/a、围绕裂纹前缘的单元层数R以及每层单元划分的份数m(网格疏密)对计算结果的影响,并用无因次化的形状系数Y表示应力强度因子,分析结果与Newman-Raju公式计算结果基本相近。2.为了进一步探明三维表面裂纹在疲劳载荷下的扩展规律,本文对等幅拉伸载荷作用下三维表面疲劳裂纹扩展过程中其形状的变化规律进行了理论推导和有限元计算,获得了一种推导疲劳裂纹扩展过程中裂纹形状的有效方法。3.实际工程  (本文共79页) 本文目录 | 阅读全文>>

哈尔滨工程大学
哈尔滨工程大学

加筋板裂纹扩展概率模型与船体结构可靠性分析

在世界经济一体化进程不断推进和全球低碳经济发展要求日益提高的背景下,船舶结构的大型化和船体结构高强钢的广泛应用,使船舶结构疲劳问题尤为突出。目前各国船级社普遍采用的基于线性累计损伤理论的S-N曲线法主要针对完整结构进行评估,而对已经含有裂纹的缺陷对象关注较少。随着断裂力学的发展以及船舶结构疲劳评估精度要求的不断提高,近年来以结构疲劳裂纹扩展理论为基础的疲劳评估方法成为研究热点。本文对含有初始裂纹的船体加筋板结构疲劳裂纹扩展特性进行了一系列研究,开展了拉伸和弯曲载荷作用下含组合裂纹加筋板结构的裂纹扩展试验,采用有限元数值模拟与理论模型相结合的方式,对不同载荷作用下加筋板结构裂纹扩展行为进行模拟,给出加筋板裂纹扩展的概率模型,旨在建立基于加筋板裂纹扩展对船体梁总弯曲强度影响的船体梁结构可靠性分析方法。为此,本文开展了如下研究工作:(1)从材料拉伸力学性能试验和材料标准试样裂纹扩展速率试验入手,研究材料疲劳裂纹扩展的基本规律,试验的基...  (本文共184页) 本文目录 | 阅读全文>>

浙江大学
浙江大学

基于扩展有限元法与水平集法的结构裂纹扩展特性研究

目前的工程结构正日益呈现大尺寸化、功能特殊化、作业环境复杂化的特点,在工程应用领域,如汽车、铁路运输、航空航天、船舶、能源等,结构构件或结构设备的疲劳破坏失效十分常见。近年来各工程领域因结构疲劳失效发生安全事故的频率相当高,对社会经济及安全造成了重大的损害。例如机车车辆、航空飞行器、海洋平台、大型舰船和油气管道等重大工程结构设备均有发生过因结构金属断裂引起的安全事故,因此研究和掌握结构疲劳破坏机理对于保障工程设备安全可靠运行十分重要。结构疲劳破坏包含多个阶段,传统疲劳分析的关注点集中在对疲劳裂纹萌生寿命的分析上,而实际出现安全事故的结构多是由于初始裂纹的存在且在外载荷的作用下进一步地扩展,导致了结构的迅速破坏,对于已含初始裂纹的结构,传统疲劳分析显然无法解决,需要借助断裂力学的相关知识进行研究。现有的研究已表明,断裂尤其是疲劳裂纹的扩展是引起构件和机械零件失效的主要原因,而且可能造成重大事故。因此对结构进行裂纹扩展的研究具有显著...  (本文共92页) 本文目录 | 阅读全文>>

华中科技大学
华中科技大学

船体结构疲劳裂纹扩展及其可靠性分析直接计算法研究

随着船舶大型化及高强度钢在船体结构中的广泛应用,船体结构疲劳强度评估显得尤为突出。目前,国内外对船舶疲劳强度的研究工作主要集中在如何预防裂纹的产生上,对产生裂纹后的结构研究较少。因此,各船级社的疲劳强度校核主要是基于S-N曲线的累积损伤方法,但其存在着一些难以克服的缺陷,如:预报结果离散性大,不能对含裂纹结构的扩展路径及剩余疲劳寿命进行预测。随着断裂力学的发展,以疲劳裂纹扩展为基础的预测方法已成为疲劳问题的研究热点。本文对含裂纹结构的疲劳寿命评估问题开展了一系列研究,开发了疲劳裂纹扩展程序FCG-System,能够对含裂纹平板及加筋板结构中单裂纹及多裂纹进行疲劳裂纹扩展特性分析;以此为基础,结合可靠性理论,开展了概率疲劳寿命评估研究,旨在提出含裂纹船体结构的疲劳裂纹扩展分析和评估方法。首先,基于ABAQUS及脚本语言python,结合疲劳和断裂力学开发裂纹自动扩展的通用程序FCG-System。提出了网格自动划分方法,建立了复杂...  (本文共171页) 本文目录 | 阅读全文>>

武汉理工大学
武汉理工大学

机械结构裂纹诊断的数值分析方法与应用研究

近年来,随着社会发展和科技进步,为满足生产发展的需要,机械设备正在向重型、高速、自动化方向发展,其金属结构的承载能力对生产安全的影响也愈来愈大。裂纹作为影响金属结构安全的主要隐患,长期以来一直是人们关注和研究的热点,因而对机械结构裂纹诊断方法的研究具有重要的理论意义和工程应用价值。本文以断裂力学理论为依据,通过有限元方法及其二次开发技术、声发射检测、无网格方法等技术对机械结构裂纹诊断方法及其应用进行了研究,完成了如下工作:(1)应力强度因子在断裂力学中是重要的参数,本文同时使用有限元和无网格方法对其进行了分析计算。由于无网格方法是以节点位移为基础求取应力强度因子的,本文提出了一种权函数自变量方程结合位移外推法来处理裂纹不连续线,从而较精确地求出裂纹尖端的应力强度因子,并且避免了目前处理方法中节点和计算点重合时所发生的数值溢出现象,从而为无网格方法应用于裂纹诊断提供一条新的途径。通过把有限元模型的计算结果与无网格方法所得的结果进行...  (本文共134页) 本文目录 | 阅读全文>>

太原科技大学
太原科技大学

恒幅载荷下桥式起重机疲劳断裂寿命的特性研究

桥式起重机在现代社会建设中扮演着非常重要的角色,是经济建设各部门应用非常广泛的一类特种设备。同时,桥式起重机失效引起的事故也越来越受到人们的关注。在所有的失效类型中,最主要的是桥式起重机主梁的疲劳断裂。应用断裂力学法研究疲劳断裂问题时,一般将裂纹扩展相关参数定为近似值,所求的裂纹扩展寿命就是确定的。但在实际情况中,由于材料属性、结构尺寸、初始裂纹尺寸、使用环境等参数的随机性,使得桥式起重机疲劳寿命计算成为一个复杂的统计问题,目前的评估方法精度有待进一步提高。针对以上的问题,本文采用了CT试验、Matlab数值模拟方法和Ansys参数化建模分析对恒幅载荷下桥式起重机疲劳断裂寿命特性进行了研究。首先,通过CT试验对疲劳参数进行研究,确定了Q235试件的a-N曲线,根据割线法和最小二乘法,确定常温下疲劳裂纹扩展速率参数C,m的随机分布特性。其次,以Matlab软件为平台,建立疲劳裂纹扩展三阶段的模型,把裂纹过程分为表面裂纹、中心裂纹和...  (本文共80页) 本文目录 | 阅读全文>>