温度场作用下混凝土桥塔Ⅰ型裂纹开裂面应力场分析

为了确定温差作用下混凝土桥塔开裂面的应力分布状态,采用奇异单元模拟裂纹尖端应力场的奇异性,建立相应计算Ⅰ型裂纹开裂面应力分布的有限元模型.通过数值计算,考察有限元模型中裂纹尖端附近区域网格参数的变化对应力场计算精度的影响,确定各个参数的敏感程度,发现在裂纹尖端区布置奇异单元时,第1行单元半径的大小对尖端应力场有较大的影...     

正交异性钢桥面U肋横梁相交处疲劳寿命的估算

为估算正交异性钢桥面U肋与横梁相交处的疲劳寿命,以某新建铁路桥节段正交异性钢桥面足尺试件为研究对象,建立两个阶段有限元模型进行了计算分析。通过应用ANSYS有限元软件建立铁路桥节段正交异性钢桥面足尺试件整体模拟,对比分析了正交异性钢桥面U肋横梁相交处的应力和位移计算值与足尺试件相应部位的试验值,发现正交异性钢桥面有限元计算值与足尺试件试验值吻合的很好。在此基础上,采用子模型技术建立了正交异性钢桥面U肋与横梁相交处带椭圆形裂纹的二阶段模型,将退化奇异单元布置在椭圆形裂纹前沿,通过位移外推得到了不同裂纹深度下裂纹尖端的应力强度因子,得到不同裂纹深度与应力强度因子的关系曲线,分析了应力强度因子随裂纹扩展深度的变化规律。基于初始裂纹尺寸合理判定,将应力强度因子数值与裂纹尺寸的函数关系式代入疲劳裂纹扩展模型Paris公式,逐步数值积分得到正交异性钢桥面U肋与横梁相交处的疲劳寿命。计算结果与试验结果进行了比较,发现初始裂纹尺寸为0.1 mm时,计算结果与试验结果最为接近。不同初始裂纹尺寸的裂纹扩展曲线表明位于U肋与横梁相交位置裂纹的疲劳寿命主要消耗在开裂初期,后期裂纹扩展寿命对疲劳寿命贡献不大,这可以解释试验中观察到疲劳裂纹萌生、发展的现象。     

RCC-AC复合式路面反射裂缝应力强度因子的有限元分析

从复合式路面反射裂缝的产生机理出发，着重研究了位于RCC板接缝一侧的偏荷载对反射裂缝的影响，利用有限元法计算了偏荷载作用下反射裂缝的应力强度因子。在AC层与RCC板之间设-Goodman夹层单元，用以模拟两板在不同情况下的结合；为了反映裂缝尖端的奇异性，在裂尖周围设置了奇异等参单元，并与试验结果相比较，该法得出的结果与实验结果相符，说明了该法的可行性。最后给出相应的算例，并得到具有实际意义的结论。     

沥青路面表面裂纹扩展路径的数值模拟

应用线弹性断裂力学理论结合考虑交通与温度荷载的有限元方法研究沥青路面表面裂纹扩展路径。采用1/4等参奇异性单元模拟裂纹尖端的应力奇异性,运用窗口移动技术模拟裂纹扩展路径,并开发了沥青路面裂纹扩展模拟程序。计算了三种不同长度的路面表面裂纹分别在5种荷载工况作用下的应力强度因子及裂纹起裂角,并模拟了表面裂纹向下扩展的情况。模拟表明,该方法能较好地模拟裂纹扩展路径,有助于更好地了解沥青路面的开裂行为。     

基于有限元法的柴油机曲轴裂纹扩展模拟研究

以某型直列柴油机曲轴为研究对象,建立曲轴的有限元模型,采用子结构技术对有限元模型进行模态缩减。应用AVL.Excite进行曲轴的多体动力学仿真,经过应力恢复得到曲轴的应力分布,确定易产生裂纹的危险截面。采用1/4节点等参退化奇异单元模拟裂纹前沿应力奇异性,建立曲轴表面裂纹扩展的有限元模型,对不同深度椭圆裂纹的应力强度因子进行计算,最后拟合应力强度因子与裂纹深度的近似表达式,预测了其裂纹扩展寿命。     

沥青混凝土路面半刚性基层层底裂缝断裂力学分析

路面裂缝尖端应力强度因子是判断裂缝产生和扩展的重要指标。应用有限元方法,建立了8结点等参单元的有限元模型,采用奇异等参单元及断裂力学理论,对路面基层裂缝问题进行了数值分析,结果能真实反映路面结构基层裂缝扩展的现象和规律,为高速公路工程设计提供依据。     

透水沥青面层裂缝扩展的动水压力影响分析

水和行车荷载共同作用下,沥青路面结构内部将产生动水压力。为了解随荷载作用变化的动水压力对透水沥青路面结构内部初始裂缝扩展的影响,基于ABAQUS有限元方法和线弹性断裂力学原理,引入裂纹尖端奇异单元,考虑不同的初始裂缝长度,对水和行车荷载共同作用下透水沥青路面结构内部裂缝尖端附近应力场和位移场进行分析,计算相应的张拉型和剪切型应力强度因子。结果表明:水的存在改变了透水沥青路面结构内部的应力场,对荷载作用下沥青面层裂缝的张拉型和剪切型扩展有一定的影响,但由于透水沥青路面结构具有良好的排水性能,可以有效地缓解动水压力对沥青面层已有裂缝的劈裂作用。     

钢桥面沥青铺装层裂缝病害分析

为更准确地反映钢桥面沥青铺装层的裂缝尖端应力场特性及认识其扩展规律,以断裂力学为基础,研究了钢桥面沥青混凝土铺装层裂缝的形成及扩展机理。提出采用20节点等参单元、裂缝奇异单元,建立了铺装层线弹性断裂力学有限元模型,通过裂缝尖端应力强度因子的计算,研究了钢桥面沥青铺装层破坏情况对裂缝扩展的影响。研究表明,裂缝扩展的形式和速率受到铺装层开裂的长度和深度影响,应在其扩展到最不利情况前及时修补。     

腐蚀拉索钢丝的双蚀坑应力强度因子研究

目前针对腐蚀钢丝剩余疲劳寿命的理论研究,通常采用将点蚀坑模拟为单裂纹,计算其应力强度因子,通过线弹性断裂力学的计算方法进行.由于腐蚀钢丝中往往出现多个典型蚀坑相邻的情况,有必要研究多蚀坑分布情况下应力强度因子的变化问题.该文研究了拉索钢丝双蚀坑裂纹的相互影响行为.考虑了两条裂纹在钢丝不同轴向距离以及周向不同角度分布的情况,利用有限元软件计算出不同分布状态下主裂纹裂纹尖端各积分点的应力强度因子,对比分析与单蚀坑裂纹应力强度因子的参数关系,得到了相互影响系数在不同状态下的分布情况.在单裂纹应力强度因子计算基础上,提出了引入修正系数来计算双蚀坑裂纹应力强度因子的简化计算思路,进一步拟合了其简化计算公式,且拟合程度良好.研究表明:当裂纹轴向间距大于主裂纹深度3.8倍时,裂纹之间不存在相互影响作用,两条裂纹投影面重叠部分应力强度因子减弱,其余部分加强,加强部分应力强度因子计算可采用该文拟合公式,为双蚀坑裂纹的计算分析提供了更加简便的计算方法.     

基于有限元的半刚性基层沥青路面裂缝断裂力学分析

路面裂缝尖端应力强度因子和J积分是判断裂缝开裂扩展的重要指标,应用商业通用有限元软件ABAQUS,建立了8节点等参单元的有限元模型,采用奇异单元及断裂力学理论,对江苏省典型的半刚性基层沥青路面结构裂缝问题进行了荷载和温度应力数值分析,结果能反映路面破坏的现象和规律,为分析沥青路面开裂提供依据。     

高等级沥青路面基层底裂缝三维数值分析

裂缝尖端应力强度因子是判断裂缝开裂扩展的重要指标,本文应用有限元软件ABAQUS,建立了20结点等参立方体单元的有限元模型,采用奇异等参元法及断裂力学理论,对路面基层裂缝问题进行了数值分析,分析探讨了路面结构参数对基层裂缝应力强度因子的影响及应力强度因子K1和K2在基层裂缝扩展过程中的变化规律,并预估了裂缝的扩展寿命。计算结果真实反映路面结构的现象和规律,可为高等级公路抗裂设计提供依据。     

半刚性基层沥青路面温缩型反射裂缝的扩展机理分析

通过对半刚性基层在温度应力作用下裂缝扩展机理的分析,以线弹性断裂力学理论和有限单元方法为基础、利用ANSYS计算软件,研究了产生反射裂缝的力学机理,分析了各参数对含裂纹路面结构的应力场以及裂纹尖端应力强度因子的影响。结果表明,得出裂纹尖端的应力集中是导致裂缝向上扩展的根本原因,降低基层材料的弹性模量能抑制或延缓基层裂缝的扩展;当裂缝已经反射到面层后,降低面层材料的弹性模量也可以起到抑制或延缓基层裂缝的扩展;同时,外界环境和路面结构对裂缝的扩展亦有较大的影响,应根据当地的气候条件合理地设计沥青面层和基层的厚度,以保证路面结构具有预期设计的抗裂性。为防止或减少反射性裂缝有重要的参考价值。     

软土地基上含反射裂缝沥青道路的动力响应分析

假定车辆荷载为正弦均匀分布,软土和复合地基变形行为服从DRUCKER-PRAGER弹塑性屈服准则,基于动力学、线弹性断裂力学和弹塑性力学理论,采用平面应变有限单元法,对含反射裂缝的沥青路面结构进行了分析。为了计算应力强度因子,在裂缝尖端设置了奇异单元。分析过程中,以路表、基层底、软土地基顶最大竖向位移和I型应力强度因子作为表征参量,探讨了车辆单周期动荷载作用下,道路结构的阻尼比、复合地基的回弹模量、粘聚力、内摩擦角和厚度的改变对道路结构工作性状的影响。     

子午线轮胎胎圈裂纹的有限元分析

轮胎内部的稳定对汽车行驶的安全性起着极其重要的作用,气压过高和过低都会影响车身稳定性,从而引发交通事故。米其林公司发明的子午线轮胎具有操纵稳定性好、滚动阻力小、耐磨性好、高速性能好等卓越的使用性能,使其成为众多企业和研究机构研究和优化的方向。针对子午线轮胎在充气工况下含胎圈裂纹扩展趋势及扩展角度问题,建立了子午线轮胎有限元模型,确定了模型材料、边界条件及载荷情况。运用有限元软件对子午线轮胎充气过程进行动态仿真,得出充气完成时刻的Mises应力分布图。分析结果表明:轮胎在充气完成时刻的最大应力发生在胎圈部;在轮胎胎圈部分易产生裂纹处出现不同初始倾角的等长裂纹,计算出裂纹尖端周围沿不同方向扩展时的J积分值。根据所得数据判断裂纹尖端的开裂方向,并分析出裂纹尖端正方向的J积分和裂纹尖端开裂方向随初始倾角的变化规律:裂纹尖端在一定区间内开裂,且开裂方向及J积分峰值随初始倾角周期性波动。有限元分析结果与实际轮胎胎圈裂纹损坏情况基本一致,加深了对轮胎损伤机理内在本质规律的理解,为工程人员进行轮胎结构优化以及开发新型轮胎起到一定的理论指导作用。     

半刚性基层沥青路面温度应力断裂力学分析

路面裂缝尖端应力强度因子是判断裂缝开裂扩展的重要指标,应用商业通用有限元软件ABAQUS,建立了8节点等参单元的有限元模型,采用奇异单元及断裂力学理论,根据实际情况,选取了不同的层厚、模量和裂缝深度,对半刚性基层沥青路面温度应力裂缝问题进行了数值分析。从理论上分析控制基层开裂的重要意义,建议降低基层水泥含量,同时,面层厚度的增加,对抵抗结构层的温度开裂并不明显,结果能反映路面破坏的现象和规律,为分析沥青路面温度开裂提供依据。     

带裂纹矩形截面柱体的Saint—Venant扭转

在基于解析法的基础上，采用级数展开的方法，给出了含裂纹矩形截面柱体Ｓａｉｎｔ－Ｖｅｎａｎｔ扭转的划积分方程，并利用奇异积分方程的数值积分理论，对中国单裂纹下的应力强度因子和抗扭刚度作了数值计算。     

不同沥青混凝土路面结构的抗裂性能对比分析

反射裂缝是半刚性基层沥青混凝土路面的主要病害之一,通过在半刚性基层和沥青混凝土面层之间分别加入级配碎石、低剂量水泥稳定级配碎石和沥青碎石,研究其对反射裂缝的影响。从断裂力学的基本原理出发,应用有限元软件建立三维有限元模型,在裂纹尖端创建奇异单元,分析了不同路面结构应力强度因子随裂纹长度的变化规律。应用广义Paris公式,对各种路面结构疲劳寿命进行了预估,结果表明:级配碎石或低剂量水泥稳定级配碎石层的加入可有效抑制半刚性基层反射裂缝的扩展,但其会明显增加沥青混凝土层弯拉疲劳开裂的可能性;沥青碎石层的加入对减少沥青混凝土面层剪切型和弯拉型开裂都具有良好的作用。     

半刚性基层裂缝稳定性相关因素研究

利用线弹性断裂力学理论和有限元法计算裂纹尖端应力强度因子,并且通过线性回归分析,建立相关因素与对应裂纹尖端应力强度因子的数学模型,指出随着裂纹长度的增加、面层厚度的增大、基层模量的增长,应力强度因子是增大的,随着面层模量的增加,应力强度因子是降低的.提出适当增加面层厚度以及适当降低基层模量,是延长路面使用寿命行之有效的措施.     

基于断裂力学的UHPC加固钢桥面板性能分析

正交异性钢桥面板的板-肋焊接处是车辆荷载下极易开裂的位置,通过UHPC加固可以有效减小钢桥面板的疲劳风险。为了研究UHPC加固钢桥面板的效果,基于线弹性断裂力学展开有限元分析。通过正交异性钢桥面板试验案例作为参考对焊趾处的疲劳性能进行计算,验证了有限元模型的可靠性,通过在焊接细节处插入初始裂纹进行应力强度因子计算分析,考虑不同加载位置以及UHPC层厚度对裂纹尖端的应力强度因子值的影响。研究结果表明：顶板处焊缝位置的热点应力要高于U肋处的焊缝,热点应力受荷载位置影响较为明显;增加UHPC层可有效增加正交异性钢桥面板的刚度,从而减少裂纹尖端的应力集中,增设50 mm厚的UHPC铺装层时,初始裂纹尖端的应力强度因子减小约89%,研究内容可为UHPC加固钢桥面板设计提供参考。     

基于内聚力模型的夹层玻璃冲击破坏仿真分析

夹层玻璃冲击破坏行为的高精度和高效率仿真分析是汽车行人保护法规评价的重要基础。建立了夹层玻璃板辐射状网格的六面体单元有限元模型,采用ABAQUS软件中的固有内聚力模型描述冲击破坏过程中的裂纹发生和扩展现象,仿真得到的玻璃板裂纹及落锤加速度时间历程曲线与试验结果一致性良好,验证了仿真方法及模型的有效性。考虑了不同单元类型、不同网格分布形式对夹层玻璃冲击破坏仿真精度和计算效率的影响。