Study of fatigue crack nucleation processes by crystalline FE analysis

 In order to accumulate knowledge about how material compositions and manufacturing methods affect fatigue strength, this paper investigates the relationship between the swiftness of the changes in the macroscopic indices of the crack initiation process and the hardening properties of a material. This is done by calculating the cyclic deformation behavior of a f.c.c. single crystal. The relationship between the swiftness of the changes and the crystal geometries is also examined by calculating the deformation behavior of a f.c.c. crystal with a high Schmid factor buried in a large crystal with a low Schmid factor. In addition, a multiscale hardening rule based on forest theory is developed in order to examine the microscopic mechanisms of fatigue slip band (persistent slip bands, PSBs) formation. The validity of the theories presented is examined by comparing the changing nature of the measured and calculated hysteresis loop shapes of f.c.c. single crystals. Inhomogenous slip deformation through the crystal is also investigated, and inferences are then drawn about the microscopic mechanisms of cyclic hardening and PSB formation. Received: August 5, 2002 / Accepted: December 18, 2002 Address correspondence to: N. Osawa (osawa@naoe.eng.osaka-u.ac.jp) Updated from the Japanese original, which won the 2002 SNAJ prize (J Soc Nav Archit Jpn 1998;184:351–363, 1999;185:283–292 and 186:535–544, 2001;190:539–551)     

冲压成形对车身外覆盖件抗凹性影响研究

作为用户评价和判断车体坚固程度的重要感官质量标准,车身外覆盖件的抗凹性是车身开发阶段的重点考察指标。以某车型侧围外板为例,将冲压成形导致的厚度减薄和应变强化效应引入其抗凹性能有限元分析,并与传统的仿真分析和实测进行对比。结果表明,冲压成形效应可提高侧围外板的抗凹性,且仿真与实测结果一致性更佳。     

强夯加固软土地基机理的有限元分析

利用三维有限元法模拟强夯软土地基过程，对饱和土结构在受夯击时的变形及渗流情况进行分析，计算在夯击过程中地基内应力、位移、孔隙压力的变化，分析地基表面因夯击而引起的沉降位移和接触压力。结合现场实例分析对比，证明强夯加固软土地基完全可以用三维有限元程序进行精确模拟。试验数据及有限元模拟结果说明只要在能够确保人工排水体系的可靠运作，强夯垫层完全可以用粉细砂来取代，即在饱和软土地基强夯法加固过程中使用“无垫层”技术。与传统的强夯技术相比，强夯联合塑料排水板加固地基方法可以在不破坏土体原有结构的基础上实现加固饱和软土地基的功效。     

深海采矿平台矿物入舱自动布载

本文采用离散元方法结合放大颗粒,针对深海采矿平台矿物入舱自动布载方案进行了模拟仿真。为保证舱内矿物最终堆积形态和实际工况相似,利用墙角倾倒法对两种不同尺寸的矿物参数进行了标定。采用Johnson-Kenda1l-Roberts 理论的Hertz-Mindlin接触模型计算颗粒与颗粒、颗粒与几何体之间的碰撞关系。基于仿真计算结果,分析了不同颗粒大小和舱摇摆运动下矿物堆积的形态和堆积密度的变化。采用布料设备可方便实现舱内全方位自动布料,并提高布料效率和舱容率。     

单轴压缩下多开口甲板板架稳定性试验及数值仿真

为了揭示多开口设置对结构轴向受压稳定性的影响规律,本文设计并制作了甲板和舷侧同时布置开口的双层板架结构模型,开展了其轴向受压极限承载能力试验。借助非线性有限元软件ABAQUS对该模型的失稳破坏过程进行了数值仿真计算,通过对比分析实验数据和数值计算结果,确定了导致整个板架结构屈曲失效的主要原因,为相同类型的甲板结构的稳定性设计工作提供了一定的参考依据。     

柔性托管架伸缩式机构设计

国内对托管架的研究大多将其视为固定半径的刚性结构,其难以适应复杂多变的深海环境,柔性托管架核心技术被国外公司所垄断,且未公开完整的设计流程。本文以柔性托管架的伸缩式机构为研究对象,对常见的石油装备驱动机构进行分析,基于层次分析法选择最佳机构;对伸缩机构所在管段组进行有限元分析,设置参数改变管段组运动状态,分析伸缩机构对其力学性能的影响。研究为伸缩机构的设计和制备提供科学依据与研究基础,以期在柔性托管架领域得以应用和实践。     

基于有限元方法的船首底部结构砰击强度分析

船艏底部作为整船中的重要受力区域,船舶航行时,其与波浪会发生相对碰撞,即产生砰击现象,从而对船体的结构安全造成隐患。本文以某型半潜运输船为例,结合中国船级社(CCS)规范,根据Ochi-Mottor理论进行砰击压力极值计算,并采用有限元方法对该型船舶艏部区域的结构强度进行分析。     

铁路隧道整体道床的沉降与基底状况关系的分析

为查清铁路隧道整体道床破损的原因,研究在列车作用下道床的沉降与基底状况的关系,根据焦柳线银匠界隧道整体道床实际情况建立力学计算模型。采用弹塑性有限元法进行计算,绘出在不同的基底状况下地基弹性模量与铁路隧道整体道床沉降的关系曲线。计算得到的沉降值与实际测得的数据吻合。研究表明:道床的沉降和道床下软基被淘空的情况有关,以道床下软基两端逐步向中间被淘空为最不利情况。道床的沉降和基底的弹性模量成非线性关系,在基底弹性模量不断减少的一个较大的范围内,整体道床的沉降比较均匀,而当地基弹性模量降至30 MPa以下时,整体道床的沉降将急剧加大。利用所绘制的关系曲线,并根据查明的道床基底地质情况可预报该区域的沉降,或根据道床的沉降估计道床的基底情况。通过计算还发现,在基岩、侧沟、边墙、人行道和围岩对整体道床的作用中,围岩的作用有限。     

地铁施工对管线的影响

隧道支护结构-土体三维有限元分析模型计算与施工监控量测相结合,分析北京地铁4号线黄庄站施工对地下管线的影响,并根据有关管线安全性的评价标准分析和预测地下管线的安全性。采用等效方法模拟钢架、锚杆;采用能承受轴弯性能的空间等参壳单元模拟初期支护及临时结构;采用遵循有限变形理想弹塑性本构关系和Drucker-Prager屈服准则的空间等参实体单元,模拟二次衬砌和围岩。数值模拟计算结果表明,开挖完成后的最大地表沉降预测值为121.63 mm,不超过127.27 mm的管线安全性要求,管节差异沉降亦不超过控制标准。但由于黄庄站地层存在着比较多的空洞,且地层富水和管线下漏水,因此为保证管线的正常使用,仍须采取措施控制地表沉降。     

铁路车辆盘形制动尖叫噪声的有限元分析

为降低铁路车辆盘形制动尖叫噪声,应用全模型直接复特征值分析方法研究制动系统的运动稳定性。使用NASTRAN有限元软件建立了包括制动盘、闸片、闸片托、制动杠杆和杠杆托等部件的全尺寸铁路车辆盘形制动系统有限元模型。在模型中,制动摩擦面间的法向力用线性弹簧力表示,摩擦力取为线性弹簧力与摩擦系数的乘积。应用Hess方法解有限元系统特征方程的特征根,根据特征根实部的正负,判断制动系统发生制动尖叫噪声的趋势。计算结果表明,摩擦系数、制动盘转动方向以及闸片托的厚度对制动尖叫噪声都会产生重要影响,可以通过优化制动系统闸片托的厚度来抑制制动尖叫噪声。