三维裂纹前缘应力强度因子数值计算方法

本文建立了采用20节点奇异元1/4节点位移法求解三维裂纹整个前缘3种类型应力强度因子的数值计算方法,给出了裂纹网格划分方法以及网格划分参数取值范围;基于平板表面裂纹研究了网格划分参数对应力强度因子计算结果的影响,并与Newman-Raju解析公式计算结果对比验证了数值方法的准确性,二者最大误差小于2%;采用数值计算方法计算了裂纹扩展标准三点弯曲样扩展过程中单边穿透裂纹前缘应力强度因子,并与解析公式计算结果进行对比分析,二者最大误差为4.7%,且随着裂纹扩展,误差越来越小。结果表明,提出的数值方法可用于含裂纹结构整个裂纹前缘不同类型应力强度因子求解中。     

存在奇异点的结构疲劳评估简单方法

由于船舶结构整体几何形状具有内在的应力奇异性,其有限元分析结果的评估并不明确。通过对一个简单平面直角十字形拐角结构上的奇异性和裂纹尖端的奇异性进行分析,提出简化后的经验法则及一个直接的计算方法,用于计算裂纹的应力强度因子和基于S-N曲线疲劳分析中的应力集中系数。同时对结构中奇异点处应力场性质提出认识,对其有限元分析方法中网格的划分提供基础。     

基于裂纹尖端应力比值的FGM板应力强度因子简便预测方法

为了弥补含裂纹功能梯度材料(FGM)结构强度预测方法的不足,文章基于有限元分析方法,将复杂的FGM板应力强度因子求解问题转化为简单的FGM板和均匀材料板之间裂纹尖端应力比值计算问题,仅通过使用均匀材料板和FGM板裂纹尖端应力比值、均匀材料板应力强度因子经验公式即可得到任意FGM板应力强度因子值,从而提出了一种基于裂纹尖端应力比值的FGM板应力强度因子简便预测方法。该方法避免了复杂的矩阵运算以及数值积分,仅需建立二维有限元模型即可在保证精确度的基础上快速得到FGM板应力强度因子预测值。通过多组算例对比分析,证明该方法预测精度高,比传统计算方法更为简便,便于工程应用。     

试样厚度对船用钢疲劳裂纹扩展速率影响的试验

为研究试样厚度对船用钢疲劳裂纹扩展速率的影响,设计并实施两组不同厚度的紧凑拉伸试样进行疲劳裂纹扩展速率试验,同时建立了三维疲劳裂纹扩展有限元模型,分别基于线弹性理论和弹塑性理论对应力强度因子进行了计算,并分析了试样厚度对裂纹扩展速率的影响。试验与计算结果的综合分析表明：相同应力水平下,薄试样裂纹尖端的塑性区明显大于厚试样,且裂纹尖端应力强度因子值大于理论经验计算结果可达23.25%,因此,在材料裂纹扩展速率试验前,特别是试样厚度尺寸较小时,应充分考虑试样的厚度效应,参考基于弹塑性理论计算得到的应力强度因子结果,同时有必要针对当前试样及材料进行专门的裂纹扩展速率试验,以得到准确裂纹扩展参数结果。     

拉伸载荷下加筋板裂纹扩展研究

采用预制缺口的加筋板结构试样,对921A钢加筋板结构进行拉伸疲劳载荷作用下的低周疲劳试验,采用奇异单元法计算相应试件的裂纹尖端应力强度因子,利用Paris准则得出裂纹扩展速率与应力强度因子的关系式,得到拉伸疲劳载荷作用下舰体加筋板结构破口裂纹扩展模型,用于分析和预报破损舰船结构在波浪中航行时的裂纹扩展情况和剩余疲劳寿命预报,算例验证了本试验计算方法的合理性。     

试样厚度对船用钢疲劳裂纹扩展速率影响的试验

为研究试样厚度对船用钢疲劳裂纹扩展速率的影响,设计并实施两组不同厚度的紧凑拉伸试样进行疲劳裂纹扩展速率试验,同时建立了三维疲劳裂纹扩展有限元模型,分别基于线弹性理论和弹塑性理论对应力强度因子进行了计算,并分析了试样厚度对裂纹扩展速率的影响。试验与计算结果的综合分析表明:相同应力水平下,薄试样裂纹尖端的塑性区明显大于厚试样,且裂纹尖端应力强度因子值大于理论经验计算结果可达23.25%,因此,在材料裂纹扩展速率试验前,特别是试样厚度尺寸较小时,应充分考虑试样的厚度效应,参考基于弹塑性理论计算得到的应力强度因子结果,同时有必要针对当前试样及材料进行专门的裂纹扩展速率试验,以得到准确裂纹扩展参数结果。     

考虑残余应力的加筋板结构疲劳裂纹应力强度因子计算方法研究

文章基于温度梯度法对焊接残余应力分布进行了模拟。通过对有限元网格划分规则的讨论,确定了数值模拟过程中应力强度因子计算的最佳方案,同时,采用Green函数法以及Faulkner模型给出了残余应力作用下应力强度因子的理论值。通过有限元模拟与理论计算的结果比较,验证了常规载荷以及残余应力作用下,含中心裂纹平板以及含初始裂纹加筋板结构应力强度因子计算结果的准确性,建立了考虑残余应力影响的结构裂纹扩展模拟流程。最后,通过拉伸载荷下加筋板裂纹扩展模型试验对数值计算方法进行了验证,为加筋板结构裂纹扩展规律研究以及裂纹扩展寿命预报奠定了基础。     

三维裂纹扩展数值预报方法研究

基于线弹性断裂力学理论及有限元法并结合ANSYS中的APDL语言,建立了三维裂纹扩展形貌及寿命的数值预报方法,给出了计算流程。采用20节点奇异单元和1/4节点位移法求解裂纹前缘应力强度因子,给出了裂纹体网格划分方式及网格划分参数的取值0范围。采用最大环向应力准则预测裂纹偏折角度,并将等效应力强度因子作为计算裂纹扩展增量及裂纹扩展寿命的参数。对标准三点弯曲试样裂纹扩展寿命及紧凑拉伸剪切试样的裂纹偏折路径进行预测,并与试验结果进行比较,验证了该数值预报方法的准确性。该项研究为船舶与海洋工程结构疲劳裂纹扩展预测提供了一种有效的方法。     

破损舰体结构疲劳裂纹扩展及剩余寿命研究

采用预制缺口的907A钢平板结构试样进行拉伸疲劳载荷试验,得到了拉伸疲劳载荷作用下平板结构破口裂纹扩展规律.采用奇异单元法计算了相应试件的裂纹尖端应力强度因子,利用Paris准则得出裂纹扩展速率与应力强度因子的关系式.提出了破损舰体结构的疲劳裂纹扩展模型,用于估算破损舰船结构在波浪中航行时的裂纹扩展分析和剩余寿命预报.通过某型舰算例验证了文中试验计算方法的合理性.     

含裂纹平板结构有限元模型的建立及有限元分析

带有裂纹压力平板的安全评定可以通过断裂力学理论来进行,这也是国内外对结构做安全评定的主要理论依据。从上世纪中叶至今,断裂力学理论应用研究有了突破式的发展。在实际的工程应用中,评定一些含裂纹的结构的安全性,可以直接参考应用的断裂参数几乎没有。本文以断裂力学为基础,采用有限元分析方法,应用ANSYS软件创建带有裂纹的平板有限元模型。进一步分析计算,得到线弹性条件下不同参数条件下的应力强度因子K值,再对裂纹尖端的应力场进行分析应用,对比数据结果,探究裂纹尖端应力应变场的影响因素。     

索结构六节点等参元非线性有限元法

针对索结构几何非线性的特点,提出了一种六节点等参数单元有限元模型,采用5次多项式作为位移插值函数及单元初始形状函数,假定索是理想柔性,且满足胡克定律,基于修正的Lagrangian坐标描述法,建立了非线性有限元基本方程和切线刚度矩阵,利用Newton-Raphson法进行求解。     

船体结构有限元建模中实体单元与板壳单元连接技术

船体有限元模型普遍采用板壳(shell)单元离散,而某些大厚度局部结构形状复杂,需采用实体(solid)单元模拟.在Patran软件中,对这2种单元进行简单的节点耦合会出现自由度不匹配的问题,进而导致求解错误,故对这2种单元的连接技术进行研究尤为必要.对变厚度对接平板进行全solid单元建模计算,通过与文献结果相对比,验证数值模拟的正确性;引入复合单元法、MPC-RSCCON和MPC-Rigid 3种连接技术,在不同载荷作用下对比分析结构响应;对各连接技术中的相关控制参数进行敏感性分析.结果 表明,3种方法在特定条件下均能较好地实现有限元模型中shell单元与solid单元的合理连接,其中MPC-Rigid的精度更高、操作更为方便,建议在船体结构有限元建模中采用MPC-Rigid进行shell单元与solid单元的连接.     

基于ABAQUS二次开发的索单元

基于大型通用有限元分析软件ABAQUS计算平台,利用该软件提供的用户单元子程序UEL接口,以悬链线单元为基础,推导了迭代分析公式,向ABAQUS中添入悬链线单元的刚度矩阵及等效荷载列阵,扩充ABAQUS单元库,使悬链线索单元用于ABAQUS有限元分析,并采用Fortran语言开发了接口程序,研究结果表明,所研制的接口程序开发思路正确,计算精度满足要求。     

新型无钴低铍铜基电阻焊电极合金性能研究

研制了一种新的无Co,低Be电阻焊电极合金CuNiBeZrCrRe.研究表明该合金具有较高的硬度、导电率、软化温度,满足服役条件苛刻的无汞高速焊轮材料的使用要求,可广泛应用于要求较高的电阻焊电极材料.并且该合金不含Co,Be的含量很低,因而降低了成本,减少了对人体和环境的污染,延长了电极的使用寿命,因而对于研究开发环保型焊轮材料具有重要意义.     

动力分析的面向对象有限元方法

面向对象方法(OOP，Object-Oriented Programming)作为一种开发大型软件的先进思想，已经在很多工程软件领域得到广泛的应用。怎样用面向对象思想中的封装性、继承性和多态性重新编写有限元动力分析程序，这是本文所要讨论的问题。     

基于四面体单元的体素法计算导管架浮心及浮力

导管架的浮心浮力计算可以归结于圆柱体与水平面的求交计算。但是圆柱体连接节点与水平面的求交计算很难使用解析方法。本文提出将导管架模型分解为四面体单元,分析每个四面体单元与水平面的相对关系,从而计算得到其浮力和浮心,最终汇总得到整个导管架的浮力浮心。     

冷藏集装箱有限元分析

采用COSMOSWORKS有限元分析软件 ,利用实体单元对冷藏集装箱进行静载荷工况的强度、刚度分析 ,计算出整个集装箱的载荷和应力分布 ,为箱体的设计与改进提供依据     

新型贮能元件超级电容器

超级电容器是贮能特性介于普通电容器和蓄电池之间的贮能元件，它具有功率密度高、充电时间短、使用寿命长的优异特性，它与蓄电池组合成的混合动力电源，可以满足多种用电设备对电源提出的功率密度和能量密度的要求。     

沉箱结构的有限元分析

某码头为大直径圆沉箱重力墩式结构，应用大型有限元分析软件ANSYS，对沉箱结构建立三维有限元模型，分别按考虑地基与沉箱作用和不考虑地基与沉箱作用进行计算。计算与分析结果表明，2种算法上部结构的计算结果相近，不考虑沉箱与地基共同作用的底板内力过于保守。     

利用直接边界元法求解兴波问题

本文描述了利用直接边界元法求解定常兴波问题的理论和数值方法，本方法利用线性化自由面条件，辐射条件基于Dawson的四点差分格式进行处理。本文给出了Wigley船的兴波阻力和波高的数值结果，并与Dawson方法和试验结果进行了比较，结果显示本文的结果合理可靠。