基于断裂力学的破冰船结构疲劳损伤评估方法

在极地恶劣的低温环境及冰载荷冲击下,破冰船结构的表面裂纹呈现出不同于常规水面船舶的疲劳裂纹扩展特性。以“雪龙2”号破冰船首部结构为例,基于断裂力学方法开展破冰船结构节点处的疲劳裂纹扩展研究。首先基于焊接节点处应力强度因子的理论解,对表面裂纹扩展方法进行验证;然后通过整体-局部耦合分析方法提取典型疲劳节点处的结构子模型。基于低温下材料的Paris参数和结构裂纹扩展模拟方法进行裂纹扩展分析。还讨论了初始裂纹尺寸和低温下材料的Paris参数对结构裂纹扩展的影响。结果表明,破冰船典型结构节点处的裂纹扩展对初始裂纹尺寸和温度较为敏感。     

在役起重机裂纹故障的断裂力学分析

1概述 目前,在我国沿海和内河港口拥有的起重机中,有近三分之一是六七十年代的产品,这批起重机已进入服役后期或超期服役阶段,大多数出现明显的金属结构故障[1].这些金属结构故障中,以疲劳裂纹和变形为主.经探伤和现场实际观察发现,大多数已使用多年(15年以上)的起重机(使用材料为Q235或16 Mn),其疲劳裂纹主要分布于门腿与转台相连接的法兰盘、机房下承梁与转柱联接处等十分关键的位置,用户常要求对裂纹的扩展进行分析.     

基于统一的疲劳寿命预报方法（UFLP）的深潜器载人舱疲劳可靠性分析

疲劳是承受循环载荷的金属结构最重要的失效机制,现已有多种金属疲劳寿命预报方法。实际的设计、制造、加工和操作等工序环节中总是存在不确定性,这些不确定性的影响将在结构的疲劳寿命中富集,为此发展了疲劳可靠性分析。该文讨论了将疲劳可靠性分析方法和统一的疲劳寿命预报方法（UFLP）相结合的可行性,为海洋结构物的安全使用提供参考。文中的极限状态方程是基于统一的疲劳寿命预报方法（UFLP）得到的,并讨论了其中各参数对疲劳寿命的影响;针对一组TC4-ELI的疲劳裂纹扩展数据,分别采用Monte-Carlo法和JC法开展了疲劳可靠性分析,两种分析方法得到的结果彼此符合得较好。     

基于能量释放率理论的三维应力强度因子显式闭合解

基于能量差率基本原理,以非穿透裂纹深度的相对值作为控制裂纹虚比例扩展的无量纲几何参量,构造求解裂纹张开位移幅值的伯努利微分方程,导出以裂纹绝对尺寸和相对尺寸为参数的裂纹张开位移幅值表达式,得到有限大体非穿透裂纹三维应力强度因子闭合解.并给出无量纲应力强度因子与各种相对尺寸参数关系的显式表达式,计算结果与Newman的有限元分析结果基本-致.该方法在工程结构损伤容限与耐久性设计应用中更加便捷、高效.     

基于双参数统一方法的深海结构物疲劳裂纹扩展影响参数研究

影响裂纹扩展的因素很多,文章基于作者们在PRADS2007会议上提出的双参数裂纹扩展率一般表达式,分析了裂纹初始形状、初始大小对裂纹扩展的影响.并在该裂纹扩展率公式的基础上,基于改进的Wheeler模型,提出了一个考虑载荷比、载荷次序的双参数统一裂纹扩展率表达式.研究表明,文中给出的双参数裂纹扩展率公式能够考虑初始裂纹的形状、大小对裂纹扩展的影响;建立的过载扩展公式,能够反映过载对裂纹扩展的延滞效应,和高强度钢的疲劳试验结果相比较,两者吻合良好.     

改进的疲劳裂纹扩展率模型及其参数估算方法

疲劳裂纹扩展率曲线是任何基于裂纹扩展理论的疲劳寿命预报方法的基本疲劳特性。论文作者们提出了一种改进的疲劳裂纹扩展率模型,它可以解释金属疲劳试验中观察到的各种现象。为了便于工程应用,文中也给出了如何利用除裂纹扩展试验以外的其它试验结果来估算该模型参数的方法。文中还对恒幅载荷下该模型及其参数估算方法对HTS-A钢的适用性进行了分析,分析结果将为利用该模型预报由HTS-A型钢制成的海洋结构物的疲劳寿命提供基础。     

基于裂纹缺陷的水下耐压壳体结构强度与稳定性研究

本文针对初始裂纹缺陷下的水下耐压壳体结构强度与稳定性失效问题。首先建立CT裂纹扩展试件的仿真模型,通过与试验结果比对验证裂纹仿真模型的有效性。随后建立无缺陷状态下的水下耐压结构有限元模型,对其强度与稳定性进行校核。在此基础上引入裂纹缺陷,建立非线性耐压结构强度与稳定性分析模型,研究不同裂纹缺陷参数对于结构强度与稳定性的影响规律,为结构裂纹扩展与寿命问题的研究提供技术支撑。     

基于模态参数的结构损伤定位研究

基于振动学及有限元理论,推导出结构的频率平方的变化比为结构损伤位置的函数。以一光轴为例,先建立光轴裂纹数据库。然后再把测得的数据与数据库对比,相似性最高的为裂纹的位置所在,从而对损伤的位置进行了识别。最后,提出一些建议和有待解决的问题。     

有效应力强度因子范围门槛值与载荷比关系的研究

不同载荷比下的有效应力强度因子范围门槛值△Keff.th往往被看作一个常数,然而疲劳实验数据结果通常散落在一个较窄的带宽范围内,而不是所期望的一条曲线。另外,基于改进的McEvily模型对△Keff.th进行的灵敏度分析表明△Keff.th对疲劳裂纹扩展率具有重要的影响,尤其是在占有大部分疲劳裂纹扩展寿命的近门槛值区域。因此,文章认为不同应力比下的△Keff.th为变量,并且通过三个方面对△Keff.th与应力比R的关系进行了深入的研究:(a)Schmidt和Paris提出的一个关于△Keff.th的简化模型和相应的试验数据;(b)基于传统的裂纹完全闭合概念的△Keff.th试验数据;(c)基于裂纹局部闭合模型的△Keff.th,p试验数据。分析结果表明,在应力比低于临界应力比时,随着应力比的增加,有效应力强度因子范围门槛值也相应增加;而应力比高于临界应力比时,有效应力强度因子范围门槛值随应力比的增加而减小。另外,通过对试验数据的曲线拟合分析表明,Lorentz分布能很好地描述相应的试验数据。     

疲劳裂纹扩展模型中表征裂纹闭合水平参数的确定

借助7075-T 6铝合金、6013铝合金以及0.45w t%碳钢的疲劳试验数据,结合上述材料的力学性能参数,通过非线性最小平方拟合方法,研究了表征裂纹闭合水平参数k对疲劳裂纹扩展率的影响。研究结果表明,对于宏观裂纹范围内的疲劳裂纹扩展,参数k只要大于某个值就对疲劳裂纹扩展率无影响;而对于小裂纹阶段的疲劳裂纹扩展,参数k对疲劳裂纹扩展率的影响较明显,因此参数k的大小主要取决于小裂纹扩展数据。依据0.45w t%碳钢疲劳试验数据,相应参数k的建议值为6 000m-1。     

基于裂纹扩展理论的船体结构疲劳评估

疲劳破坏是船舶结构的主要破坏形式之一。为了保证船舶结构有足够的疲劳强度,各国船级社、船厂等均建立了船舶结构疲劳强度校核规范作为船舶疲劳评估的指导性文件,尽管这些规范均是建立在S-N曲线方法基础上的,但由于S-N曲线方法存在自身无法克服的缺陷(如忽略材料的初始缺陷等),对同一节点进行计算得到的疲劳寿命大相径庭。该文作者在基于裂纹扩展理论的基础之上,给出了一套详细的船体结构疲劳评估方法,并应用此方法对大型船舶结构典型节点的疲劳寿命进行评估,以期能为完善船舶结构疲劳寿命的评估提供参考。     

基于统计能量模型的辐射声功率灵敏度分析

应用统计能量分析原理,推导了基于统计能量模型的子系统模态能量灵敏度表达式,建立了面板结构辐射声功率与设计参数之间的关系,并运用该参数灵敏度方法分析了结构内部损耗因子和耦合损耗因子对子系统响应的影响,揭示了内部损耗因子对辐射噪声的影响规律。结果表明适当提高源子系统的内部损耗因子,可以降低系统的辐射噪声。研究发现子系统的最佳内部损耗因子在0.5%～2%之间,为低噪声设计提供了研究思路。     

基于能量原理的外钢框架-内剪力墙结构地震响应预测法

利用能量法研究了外钢框架-内剪力墙结构的地震响应．文中设计了一个钢框架结构,将其中跨满布剪力墙,得到外钢框架-内剪力墙结构．对其进行简化,并利用能量法和非线性动力时程分析法对其进行地震响应分析．结果表明,能量法预测的外钢框架-内剪力墙的地震响应与非线性动力时程分析法的计算结果相差不多,可以为实际工程提供参考．     

金属疲劳裂纹扩展率曲线与S-N曲线之间的关系

目前有两种不同的理论用于预报金属结构的疲劳寿命。一种是基于S－N曲线的累积疲劳损伤理论，另一种是基于裂纹扩展率曲线的疲劳裂纹扩展理论，如果都把一个构件的最终断裂作为疲劳破坏的定义，则S－N曲线和裂纹扩展率曲线均是反映金属在疲劳载荷作用下的基本材料特性。尽管在过去这两种曲线是分别测试的，但它们之间应该存在一些相互关系。本文的主要目的就是讨论它们之间的关系。基于S－N曲线的一个一般表达式和裂纹扩展率曲线的一个有代表性的表达式，本文建立了两种曲线之间的一个正式关系，这表明只需要测试一种曲线，而另一种曲线就可以根据已有的试验结果导出。文章以一个中央裂纹平板作为例子，演示了如何根据一种曲线推导另一种曲线。     

基于统计能量分析法的高铁轮轨减振降噪研究

为降低高速铁路的振动和噪声,根据统计能量分析方法,建立了轮轨噪声的预测模型.将整个轨道系统划分为:钢轨垂向振动子系统和声空腔子系统；然后建立了子系统间功率流平衡方程；计算了阻尼损耗因子、模态密度和耦合阻尼损耗因子等统计能量参数.在以上理论分析基础上预测了轮轨噪声.结果表明:阻尼损耗因子和机车速度分别增加l倍,则声压级分...     

基于统计能量分析方法的柴油机机体表面振动研究

针对柴油机活塞敲击力引起的机体表面振动,建立了统计能量分析子系统,利用试验方法获取了子系统的模态密度,并估算出不同频带内子系统的等效质量,进而得到子系统的内部损耗因子和耦合损耗因子。应用统计能量分析方法对ZH1110柴油机由活塞敲击引起的机体表面振动进行了计算,得到振动速度响应。通过与试验结果相比较,证明应用统计能量分析方法预测柴油机机体表面振动是可行的。