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柔性刀具冲击破煤应力场演化及裂纹扩展规律
1
作者 魏建平 郜英俊 +5 位作者 徐向宇 陈长江 张慧栋 刘勇 刘昊 谢鹏 《煤炭学报》 北大核心 2026年第1期497-511,共15页
柔性刀具扩孔是煤层卸压增透的新式技术手段,为解决现阶段柔性刀具破煤能力不足难题,基于动能一定的前提条件下,通过优化柔性刀具结构参数提高破煤性能。为此,建立了二维柔性刀具破煤数值模型,明确了破煤过程煤体应力场演化和裂纹扩展特... 柔性刀具扩孔是煤层卸压增透的新式技术手段,为解决现阶段柔性刀具破煤能力不足难题,基于动能一定的前提条件下,通过优化柔性刀具结构参数提高破煤性能。为此,建立了二维柔性刀具破煤数值模型,明确了破煤过程煤体应力场演化和裂纹扩展特征,从细观尺度研究不同安装角度、刀齿数量和刀齿间距对煤体应力演化和裂纹发育规律的影响,明确了动能统一条件下刀齿数量对煤体破坏过程能量演化规律的影响,揭示了安装角度和刀齿间距对煤体裂纹扩展影响机制。结果表明:煤体应力波受刀齿安装角度影响表现为不规则传播,安装角度为0°~20°时为冲击破煤,中间裂纹和侧向裂纹以冲击点为中心向周围辐射,裂纹数量分布均匀;安装角度为25°~40°时为冲击-磨削破煤,冲击作用占主导地位,侧向裂纹发育,刀齿载荷出现双峰值,安装角度35°时破碎面积最大;在动能一定条件下,随着刀齿数量增加能量转化时间缩短、煤体破碎面积增大,双刀齿冲击煤体应变能峰值和应变能集中程度更高,更利于裂隙的快速发育和连通;双刀齿冲击在煤体内部形成连通弧形压应力区,2个冲击点之间力链相互沟通为颗粒间裂隙形成提供前提条件,进而提高煤体破坏效果;存在最优刀齿安装角度,能够改善力的传递效果使煤体破碎面积最大,存在最优刀齿间距,使破碎区域相互连通,充分发挥双刀齿协同破煤作用。 展开更多
关键词 卸压增透 柔性刀具 冲击破煤 应力演化 裂纹扩展
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压水堆一回路某阀门用690镍基合金的应力腐蚀裂纹扩展行为
2
作者 丁凯 彭骋 +4 位作者 张旭 袁新宇 汪家梅 陈凯 张乐福 《机械工程材料》 北大核心 2026年第3期88-95,共8页
在模拟压水堆一回路水化学环境(325℃、15.5 MPa、1.2 mg·L^(-1)硼、2.2μg·L^(-1)锂、2 mg·L^(-1)溶解氧或1.6 mg·L^(-1)溶解氢)中,采用应力腐蚀裂纹扩展速率在线测量技术,通过裂纹扩展试验对比研究了压水堆某阀... 在模拟压水堆一回路水化学环境(325℃、15.5 MPa、1.2 mg·L^(-1)硼、2.2μg·L^(-1)锂、2 mg·L^(-1)溶解氧或1.6 mg·L^(-1)溶解氢)中,采用应力腐蚀裂纹扩展速率在线测量技术,通过裂纹扩展试验对比研究了压水堆某阀门用国产和进口690镍基合金的应力腐蚀裂纹扩展行为。结果表明:国产690合金和进口690合金内部残余应变均低于10%,在模拟压水堆一回路工况下的裂纹扩展速率均处于10^(-9) mm·s^(-1)数量级,2种合金均具有较低的应力腐蚀开裂敏感性,这与合金中较高的铬含量有关。与进口合金相比,国产690合金的晶粒尺寸较大,Σ3孪晶界占比较高,晶界的位错密度和残余应变水平较低,裂纹扩展速率略低,抗应力腐蚀开裂性能较好;国产690合金的裂纹扩展以穿晶模式为主,而进口合金则呈现明显的沿晶-穿晶混合特征。国产和进口690合金的裂纹扩展速率与应力强度因子呈幂指数关系,国产690合金在不同溶解氧浓度环境中的裂纹扩展速率均较低,溶解氧对其应力腐蚀开裂行为的影响不显著。 展开更多
关键词 690镍基合金 残余应变 应力腐蚀开裂 裂纹扩展速率 压水堆
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非贯通双节理砂质板岩加卸荷力学特性及裂纹扩展机制
3
作者 王乐华 徐健文 +2 位作者 陈灿 郭晋帆 许晓亮 《土木与环境工程学报(中英文)》 北大核心 2026年第1期14-23,共10页
在地下洞室开挖卸荷过程中,节理岩体的力学特性和裂纹扩展行为对工程安全和稳定至关重要。以四川卡拉水电站地下厂房节理砂质板岩为研究对象,开展完整和非贯通节理砂质板岩三轴加载与卸荷试验,分析加载和卸荷路径下砂质板岩的力学与变... 在地下洞室开挖卸荷过程中,节理岩体的力学特性和裂纹扩展行为对工程安全和稳定至关重要。以四川卡拉水电站地下厂房节理砂质板岩为研究对象,开展完整和非贯通节理砂质板岩三轴加载与卸荷试验,分析加载和卸荷路径下砂质板岩的力学与变形特性,探讨不同强度准则描述砂质板岩加卸荷力学特性的适用性,并结合断裂力学探究其裂纹扩展机制。结果表明:随着初始围压的增加,不同应力路径下试样的峰值应力和峰值应变均呈增加趋势;与三轴加载试验相比,卸荷路径及节理均会使试样承载能力降低,升轴压卸围压和卸轴压卸围压时完整试样黏聚力分别增加4.1%和减少30.4%,内摩擦角分别增大3.5%和7.3%,节理试样较完整试样黏聚力分别降低32.9%和53%,内摩擦角分别降低2.2%和10%;相较于Mohr-Coulomb和Drucker-Prager强度准则,Mogi-Coulomb强度准则能更好地表征砂质板岩在加载和卸荷过程中的破坏强度特征;在相同路径下,理论起裂角大小随围压的增加而递增,双节理试样均大于完整试样;不同路径下试样的理论起裂角大致集中在55°~60°。 展开更多
关键词 卸荷岩体力学 非贯通节理 砂质板岩 断裂力学 裂纹扩展
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基于有效塑性耗散能因子的变幅载荷裂纹扩展数值模拟与分析
4
作者 王杰 陈诺 +2 位作者 张冠天 荆德荣 夏成宇 《塑性工程学报》 北大核心 2026年第3期225-233,共9页
建立了关于塑性耗散能因子的双参数疲劳裂纹扩展速率模型,并结合CT试件的裂纹扩展数值仿真模型研究了随机载荷和等效变幅载荷下的裂纹扩展行为。建立了基于粒子群算法的材料参数逆向优化方法,通过对实验数据进行拟合获得了裂纹扩展速率... 建立了关于塑性耗散能因子的双参数疲劳裂纹扩展速率模型,并结合CT试件的裂纹扩展数值仿真模型研究了随机载荷和等效变幅载荷下的裂纹扩展行为。建立了基于粒子群算法的材料参数逆向优化方法,通过对实验数据进行拟合获得了裂纹扩展速率模型中的3个材料参数C、m和p。结果表明,随机载荷作用下的裂纹尖端后方的裂纹面会产生不规则的塑性变形,并导致裂纹扩展过程中间歇性地产生裂纹面闭合;等效变幅载荷下的裂纹扩展寿命均下降,块载荷过渡时的裂纹闭合也是导致载荷次序效应的主要原因之一。 展开更多
关键词 裂纹扩展速率 塑性耗散能因子 变幅载荷 裂纹闭合
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2.25Cr1Mo钢在蒸汽发生器服役环境中的腐蚀疲劳裂纹扩展行为
5
作者 刘超 刘文治 +1 位作者 付晓刚 张宝亮 《机械工程材料》 北大核心 2026年第3期131-136,共6页
在压力均为17.5 MPa的350℃水和500℃蒸汽2种蒸汽发生器服役环境中,对2.25Cr1Mo钢紧凑拉伸试样依次进行载荷比为0.5、加载频率为1 Hz和载荷比为0.5、加载频率为0.1 Hz的腐蚀疲劳裂纹扩展试验,利用直流电压降法获得2.25Cr1Mo钢的腐蚀疲... 在压力均为17.5 MPa的350℃水和500℃蒸汽2种蒸汽发生器服役环境中,对2.25Cr1Mo钢紧凑拉伸试样依次进行载荷比为0.5、加载频率为1 Hz和载荷比为0.5、加载频率为0.1 Hz的腐蚀疲劳裂纹扩展试验,利用直流电压降法获得2.25Cr1Mo钢的腐蚀疲劳裂纹扩展速率,并分析了裂纹扩展特征。结果表明:在500℃蒸汽环境中2.25Cr1Mo钢的腐蚀疲劳裂纹扩展速率大于350℃水环境中;在相同环境中,较高加载频率的裂纹扩展第一阶段的腐蚀疲劳裂纹扩展速率更大。2.25Cr1Mo钢在350℃水环境和500℃蒸汽环境中的腐蚀疲劳裂纹均以穿晶扩展为主;与350℃水环境中相比,500℃蒸汽环境中的腐蚀疲劳裂纹的开裂程度更大,裂纹扩展面中球状氧化物颗粒尺寸更大,氧化更严重,且表面存在明显凹坑。 展开更多
关键词 2.25CR1MO钢 蒸汽发生器 腐蚀疲劳裂纹扩展速率 氧化 穿晶扩展
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腐蚀环境下裂纹形状对抽油杆裂纹扩展寿命的影响分析
6
作者 冷建成 岳江红 +1 位作者 张新 许宏伟 《机械强度》 北大核心 2026年第1期56-62,共7页
【目的】为明确不同初始裂纹形状对抽油杆疲劳寿命的影响,基于FRANC3D断裂力学软件对腐蚀环境下的抽油杆进行裂纹扩展模拟及剩余使用寿命(Remaining Useful Life,RUL)预测。【方法】首先,通过对比Newman-Raju解,验证了M积分法计算应力... 【目的】为明确不同初始裂纹形状对抽油杆疲劳寿命的影响,基于FRANC3D断裂力学软件对腐蚀环境下的抽油杆进行裂纹扩展模拟及剩余使用寿命(Remaining Useful Life,RUL)预测。【方法】首先,通过对比Newman-Raju解,验证了M积分法计算应力强度因子的仿真精度。其次,基于Ansys WorkBench软件建立了在役抽油杆有限元模型并进行了仿真分析,得出von Mises最大应力位于退刀槽与台肩的交接位置。最后,基于Python接口对FRANC3D进行二次开发,在无腐蚀和腐蚀环境下分别对半椭圆形裂纹和长浅表面裂纹进行了裂纹扩展模拟。【结果】结果表明,两种裂纹扩展时均是先中间扩展快逐步变为两端扩展快,在裂纹扩展到一定深度时裂纹前缘会逐渐椭圆化,从而对后续的裂纹扩展速率影响减小;腐蚀环境下的RUL比无腐蚀工况下分别降低28.95%和28.32%。研究结果可为在役抽油杆的RUL预测提供参考。 展开更多
关键词 断裂力学 裂纹扩展 裂纹形状 剩余使用寿命 抽油杆
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基于近场动力学理论的脆性材料裂纹扩展模拟
7
作者 黄昱翔 肖南 +2 位作者 黄阜 凌同华 邱祥 《科学技术与工程》 北大核心 2026年第1期30-40,共11页
为深入探究材料失效和损伤演化规律,通过非局部性近场动力学理论数值模拟方法系统研究了不同载荷条件下脆性材料的裂纹萌生、扩展、相互作用机理。结果表明:基于积分-微分方程的键型本构模型能够准确预测复杂断裂现象,二维含圆孔拉伸试... 为深入探究材料失效和损伤演化规律,通过非局部性近场动力学理论数值模拟方法系统研究了不同载荷条件下脆性材料的裂纹萌生、扩展、相互作用机理。结果表明:基于积分-微分方程的键型本构模型能够准确预测复杂断裂现象,二维含圆孔拉伸试验和含偏置裂纹三点弯曲试验的数值模拟验证了其在单裂纹扩展中的精确性与有效性;不同初始倾角(30°、60°、90°)下的预制双裂纹系统表现出角度依赖性的力学耦合机制,随着倾角减小,扩展模式由各自独立发展转变为相互影响,呈现显著的不对称特征;小角度构型下的双裂纹表现出明显的协同破坏特征,最终形成贯通的破裂面。可见近场动力学数值模拟方法不仅能准确预测单裂纹扩展行为,还能有效模拟多裂纹系统中的损伤演化和相互作用机制,为脆性材料中复杂裂纹行为分析和多裂纹结构安全评估提供了新的理论依据。 展开更多
关键词 近场动力学 脆性材料 裂纹扩展 单轴压缩实验 双裂纹相互作用
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核电爆破阀异种金属焊接接头在PWR一回路水中SCC裂纹扩展行为研究
8
作者 彭骋 张旭 +4 位作者 袁新宇 汪家梅 高良文 陈凯 张乐福 《原子能科学技术》 北大核心 2026年第2期378-386,共9页
本文研究了AP1000系列压水堆(PWR)关键非能动安全设备爆破阀阀体316LN-690异种金属焊缝在模拟反应堆一回路服役环境下的应力腐蚀开裂(SCC)行为。通过直流电压降(DCPD)技术在线测量并对比了焊接接头不锈钢焊缝和热影响区(HAZ)的SCC裂纹... 本文研究了AP1000系列压水堆(PWR)关键非能动安全设备爆破阀阀体316LN-690异种金属焊缝在模拟反应堆一回路服役环境下的应力腐蚀开裂(SCC)行为。通过直流电压降(DCPD)技术在线测量并对比了焊接接头不锈钢焊缝和热影响区(HAZ)的SCC裂纹扩展速率(CGR),分析了环境温度、腐蚀电位、焊接残余应变及载荷等关键因素对316LN焊缝和HAZ SCC裂纹扩展行为的影响规律。研究结果表明,HAZ因存在较高的焊接残余应变表现出较强的SCC敏感性,其CGR与20%冷变形不锈钢相当;而焊缝因δ-铁素体对裂纹的阻碍作用而呈现较低的SCC敏感性。环境温度、溶解氧(DO)环境中的高腐蚀电位及载荷对焊缝和HAZ的SCC CGR均有显著加速作用:温度与CGR遵循阿伦尼乌斯定律,HAZ的裂纹扩展激活能为48 kJ/mol;DO可使其CGR提高1个数量级;应力强度因子与CGR遵循幂指数关系。本文研究结果可为核电爆破阀的老化管理、在役检查和寿命预测提供数据支持。 展开更多
关键词 316LN不锈钢焊接接头 爆破阀 焊接残余应变 应力腐蚀开裂 裂纹扩展速率
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单晶Fe中空洞与析出相对裂纹扩展行为影响的分子动力学研究
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作者 卢泽 宋述鹏 +2 位作者 夏文斌 周潇 李星海 《原子与分子物理学报》 北大核心 2026年第4期136-143,共8页
基于分子动力学(MD)方法,本文探讨了单晶α-Fe基体中不同尺寸和位置的空洞缺陷和析出相对材料力学性能及裂纹扩展行为的影响.研究结果表明,空洞尺寸显著影响材料的应力-应变行为,随着空洞尺寸增大,抗拉强度和弹性模量显著降低,且空洞周... 基于分子动力学(MD)方法,本文探讨了单晶α-Fe基体中不同尺寸和位置的空洞缺陷和析出相对材料力学性能及裂纹扩展行为的影响.研究结果表明,空洞尺寸显著影响材料的应力-应变行为,随着空洞尺寸增大,抗拉强度和弹性模量显著降低,且空洞周围的应力集中效应加剧了局部塑性变形和非晶化现象.单晶α-Fe基体裂纹扩展过程中,裂纹尖端主要是BCC向FCC结构的转变,而且空洞尺寸越大,FCC结构原子比例越高,局部塑性变形越显著.Cr析出相通过界面断裂机制加速裂纹扩展,Ni析出相通过塑性变形延缓裂纹扩展.小尺寸的Cr析出相对基体起到强化作用,但随着尺寸的增大,材料的强度急剧下降;Ni析出相的强化效果对尺寸依赖性较低,体系的力学性能更稳定. 展开更多
关键词 分子动力学 析出相 空洞 裂纹扩展
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基于时空神经网络的金属疲劳裂纹扩展预测
10
作者 梁佳铭 余音 胡祎乐 《上海交通大学学报》 北大核心 2026年第3期511-521,共11页
提出一种基于时空神经网络(STNN)的图像驱动模型,基于铝合金材料疲劳试验,开展了裂纹扩展预测研究.设计了边裂纹、0°裂纹角度试验件,进行了15.0%极限载荷水平的疲劳试验.通过数字图像相关(DIC)设备拍摄试件变形图片,得到5511帧位... 提出一种基于时空神经网络(STNN)的图像驱动模型,基于铝合金材料疲劳试验,开展了裂纹扩展预测研究.设计了边裂纹、0°裂纹角度试验件,进行了15.0%极限载荷水平的疲劳试验.通过数字图像相关(DIC)设备拍摄试件变形图片,得到5511帧位移场图像.对获得的试验图像数据进行了插值、数据增强和维度转换等,构建了STNN的数据集.分别利用卷积长短期记忆(Conv-LSTM)和SimVP两种STNN方法进行了疲劳裂纹扩展的预测,计算了其结构相似度指标(SSIM)和均方根误差(RMSE),比较了两种方法的预测准确性.结果表明,SimVP神经网络在测试阶段的预测效果更好,该方法可以准确预测疲劳裂纹扩展速率和路径,为损伤容限分析和结构监测周期的确定提供参考. 展开更多
关键词 时空神经网络 图像驱动 疲劳裂纹扩展 疲劳试验 数字图像相关
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EH36和EH690异种钢焊接接头疲劳裂纹扩展行为研究
11
作者 郭世豪 高旭东 邵永波 《机械强度》 北大核心 2026年第1期63-71,共9页
【目的】EH36和EH690高强钢在海洋平台结构中应用广泛,但其异种钢焊接接头抗疲劳能力较差、易引发疲劳断裂破坏,针对该焊接接头在不同应力比下的疲劳裂纹扩展行为及寿命特性展开研究,为海洋钢结构的抗疲劳设计及安全性评估提供理论依据... 【目的】EH36和EH690高强钢在海洋平台结构中应用广泛,但其异种钢焊接接头抗疲劳能力较差、易引发疲劳断裂破坏,针对该焊接接头在不同应力比下的疲劳裂纹扩展行为及寿命特性展开研究,为海洋钢结构的抗疲劳设计及安全性评估提供理论依据。【方法】首先,采用熔化极气体保护焊工艺制备EH36和EH690异种钢焊接接头,并加工标准紧凑拉伸试件。其次,针对焊缝、热影响区及EH36母材,在三级应力比(R=0.1、0.3、0.5)下分别开展疲劳裂纹扩展试验。再次,基于试验数据计算不同工况下的疲劳裂纹扩展速率,并采用Paris公式拟合获取材料常数C、m。最后,结合扫描电子显微镜对疲劳断口微观形貌进行特征分析。【结果】结果表明,在裂纹长度扩展距离相同时,疲劳循环周次随材料屈服强度的增加而增大;热影响区存在的焊接残余拉应力提高了循环应力中的平均应力水平,从而增大了疲劳裂纹扩展速率,降低了构件疲劳寿命;断口表面呈准解理断裂特征。 展开更多
关键词 EH36钢 EH690钢 应力比 疲劳裂纹扩展 微观形貌
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粉末高温合金FGH4095的蠕变疲劳裂纹扩展行为研究
12
作者 夏日 郑小梅 +2 位作者 杨旭峰 李向哲 许金泉 《应用力学学报》 北大核心 2026年第2期285-294,共10页
粉末高温合金具有优异的高温力学特性及热加工性能,广泛使用于先进航空发动机零部件。针对粉末高温合金FGH4095的盘形件,通过取样试验,利用原位观察方法测量了其在20℃、530℃、630℃和700℃及应力比0.1、-1下的裂纹扩展速率曲线及门槛... 粉末高温合金具有优异的高温力学特性及热加工性能,广泛使用于先进航空发动机零部件。针对粉末高温合金FGH4095的盘形件,通过取样试验,利用原位观察方法测量了其在20℃、530℃、630℃和700℃及应力比0.1、-1下的裂纹扩展速率曲线及门槛值,运用Paris规律得到了稳态裂纹扩展特性参数,分析了各特性参数的温度依存性。研究发现蠕变对裂纹扩展行为有显著影响,高温下,应力比0.1的扩展曲线斜率更大,且不再具有门槛值。研究还发现FGH4095的裂纹扩展性能随温度增高并非单调变化,并结合手册数据对此现象进行了说明。基于损伤演化理论对蠕变疲劳耦合损伤下的裂纹扩展行为进行了分析,说明了裂纹扩展速率曲线的频率依存性及Paris规律应用的局限性。通过引入疲劳特征长度的概念,讨论了利用频率依存的裂纹扩展数据对各类裂尖(包括大裂纹和小短裂纹)问题进行蠕变疲劳寿命评价的方法。 展开更多
关键词 粉末高温合金 蠕变疲劳 裂纹扩展速率 门槛值 特征长度
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含传感器嵌入槽的风电主轴轴承局部疲劳裂纹扩展研究
13
作者 王龙凯 刘丰源 +1 位作者 唐宏宾 胡灿 《轴承》 北大核心 2026年第4期72-79,共8页
传感器内嵌式一体化智能轴承是风电主轴轴承发展的重要方向,该类轴承的嵌入槽结构会改变轴承本体的应力分布状态,进而影响裂纹的扩展路径与演化行为。为揭示含传感器嵌入槽风电主轴轴承的局部疲劳裂纹扩展规律,基于应力强度因子与裂纹... 传感器内嵌式一体化智能轴承是风电主轴轴承发展的重要方向,该类轴承的嵌入槽结构会改变轴承本体的应力分布状态,进而影响裂纹的扩展路径与演化行为。为揭示含传感器嵌入槽风电主轴轴承的局部疲劳裂纹扩展规律,基于应力强度因子与裂纹扩展速率的关系,通过引入有限元子模型联合网格重划分技术嵌入初始裂纹,建立了考虑传感器嵌入槽影响的风电主轴轴承疲劳微裂纹扩展模型,基于该模型,研究了不同轴向角度和深度下初始裂纹(位于嵌入槽)与外圈次表层裂纹的扩展特性及其与寿命的关联规律。结果表明:风电主轴轴承外圈嵌入槽处裂纹及次表层裂纹均以混合型扩展模式为主导;疲劳裂纹扩展寿命受嵌入槽深度影响最为显著,揭示了风电主轴轴承的裂纹扩展路径及其演化寿命。 展开更多
关键词 滚动轴承 风电轴承 裂纹扩展 应力强度因子 寿命预测 断裂力学
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基于谱分析的船型网箱疲劳裂纹扩展分析及剩余寿命预测
14
作者 刘安民 谢凌俊 +3 位作者 苏一鸣 张正艺 曹海鹏 何文涛 《船舶力学》 北大核心 2026年第1期89-103,共15页
基于断裂力学的大型海洋结构物的疲劳裂纹扩展分析过程复杂、计算效率低。本文借鉴传统S-N曲线方法计算疲劳寿命的基本思想,构造了应力强度因子传递函数,提出了一种基于谱分析的海洋结构物疲劳裂纹扩展分析方法。结合Python编程语言以及... 基于断裂力学的大型海洋结构物的疲劳裂纹扩展分析过程复杂、计算效率低。本文借鉴传统S-N曲线方法计算疲劳寿命的基本思想,构造了应力强度因子传递函数,提出了一种基于谱分析的海洋结构物疲劳裂纹扩展分析方法。结合Python编程语言以及SESAM、ABAQUS和FRANC3D计算软件,开发了高效的裂纹自动扩展程序;实现了基于谱分析的大型复杂海工结构疲劳裂纹扩展分析和剩余寿命预测。本文应用多尺度子模型技术,实现了模型从壳体到实体的转变,从而解决了大尺度结构与小尺寸裂纹融合的难题。采用自开发的疲劳裂纹自动扩展程序系统分析了疲劳热点(D1、D2、D3)结构形式与位置、初始裂纹尺寸、初始裂纹形状对裂纹扩展行为与疲劳寿命的影响-裂纹尺寸在服役时呈指数级增加。同一节点的应力强度因子传递函数形状相似,但不同节点差异较大。D1、D2、D3疲劳寿命分别为11.3年、17.3年与33.1年;其中初始裂纹尺寸对疲劳寿命影响显著,而初始裂纹长深比对裂纹扩展过程影响较大,对疲劳寿命影响较小。 展开更多
关键词 断裂力学法 疲劳裂纹扩展 疲劳寿命预测 谱分析 船型网箱
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基于粒子滤波的疲劳裂纹扩展随机预测
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作者 高伦玮 何声馨 +1 位作者 裴梦丽 张二亮 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2026年第3期159-162,168,共5页
针对疲劳裂纹扩展预测精度低、随机性强等问题,融合失效物理模型和贝叶斯滤波,建立疲劳裂纹扩展的粒子滤波随机预测方法;并针对粒子滤波中易出现的粒子贫乏问题,引入了正则化重采样机制,保证了粒子的多样性,提高裂纹扩展长度的预测精度... 针对疲劳裂纹扩展预测精度低、随机性强等问题,融合失效物理模型和贝叶斯滤波,建立疲劳裂纹扩展的粒子滤波随机预测方法;并针对粒子滤波中易出现的粒子贫乏问题,引入了正则化重采样机制,保证了粒子的多样性,提高裂纹扩展长度的预测精度;基于疲劳裂纹扩展的有限元仿真和试验数据,通过与序贯重要性重采样粒子滤波算法和自适应粒子滤波算法的对比,验证了所建立裂纹扩展长度预测方法的有效性。 展开更多
关键词 疲劳裂纹扩展 随机预测 粒子滤波 正则化重采样
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FGH4096合金疲劳裂纹扩展规律和模型对比
16
作者 郭秩维 李昀睿 +3 位作者 张付震 胡绪腾 万煜玮 李洋 《航空发动机》 北大核心 2026年第1期112-121,共10页
为了从工程应用和验证的角度更好地建立描述粉末高温合金裂纹扩展速率模型,结合FGH4096合金典型使用温度和载荷,开展了高温疲劳裂纹扩展试验,分析了环境温度、应力比对于疲劳裂纹扩展行为的影响规律。基于试验数据,对比分析了等应力比下... 为了从工程应用和验证的角度更好地建立描述粉末高温合金裂纹扩展速率模型,结合FGH4096合金典型使用温度和载荷,开展了高温疲劳裂纹扩展试验,分析了环境温度、应力比对于疲劳裂纹扩展行为的影响规律。基于试验数据,对比分析了等应力比下的Paris模型、双曲正弦模型和S型曲线模型和考虑应力比效应的Walker模型和裂尖闭合效应模型。结果表明:Paris模型、双曲正弦模型和S型曲线模型均可较好地描述裂纹扩展速率随应力强度因子范围变大而增大的趋势;相对而言,双曲正弦模型和S型曲线模型对于疲劳裂纹扩展数据变化的趋势描述得更好;考虑应力比效应的Walker模型和裂尖闭合效应模型均可以将不同应力比下的裂纹扩展数据重合到1个窄带范围内,其中Walker模型的效果更好;无论是等应力比还是不同应力比模型,双曲正弦模型都能给出更好的寿命预测结果。 展开更多
关键词 粉末高温合金 FGH4096合金 疲劳裂纹 裂纹扩展 速率模型 应力比 应力强度因子 航空发动机
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基于裂纹起源控制的钠钙硅酸盐玻璃动态裂纹扩展指数测定研究
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作者 张金龙 周和敏 +4 位作者 田昊东 户云婷 徐驰 乔昂 陶海征 《硅酸盐通报》 北大核心 2026年第3期903-910,共8页
亚临界裂纹扩展(SCG)是引发玻璃材料在服役条件下出现疲劳行为(即强度退化)与寿命缩短的核心机制,而动态裂纹扩展指数n是表征材料抗SCG能力的重要参数。现有文献中报道的n值测定过程参数不统一,导致测定结果离散性大,目前相关的影响机... 亚临界裂纹扩展(SCG)是引发玻璃材料在服役条件下出现疲劳行为(即强度退化)与寿命缩短的核心机制,而动态裂纹扩展指数n是表征材料抗SCG能力的重要参数。现有文献中报道的n值测定过程参数不统一,导致测定结果离散性大,目前相关的影响机制尚不明晰。基于该现状,本研究以钠钙硅酸盐玻璃为对象,通过调控维氏压痕载荷制备不同形态的预制缺陷,分析了缺陷形态对裂纹起源及n值测定数值的影响。结果表明:低压痕载荷(0.196 N)作用仅引发局部致密化为主的形变,无法诱发尖裂纹的形成,这导致断裂的起源点随机,无法获得本征n值。当压痕载荷提高至2.940 N时,尖裂纹可稳定预制,断裂的起源位置能被有效控制;该条件下测得n值为31,接近文献报道的上限值(35)。该结果可能与本研究采用较高的应力加载速率,从而削弱了应力腐蚀效应,以及预制缺陷时引入的残余应力等因素相关。该工作为无机脆性硅酸盐玻璃n值测试过程中预制缺陷的规范化提供了试验和理论依据。 展开更多
关键词 钠钙硅酸盐玻璃 动态裂纹扩展指数 裂纹起源控制 维氏压痕 同轴双环弯曲
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非对称循环交变动载荷下惰轮裂纹扩展研究
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作者 刘先增 林高远 +3 位作者 刘永斌 曹正 汪航 樊中鼎 《应用力学学报》 北大核心 2026年第2期407-417,共11页
惰轮轮齿的两工作齿廓依次与主、从动轮的轮齿工作齿廓交替接触啮合使轮齿承受非对称循环交变载荷,齿根处拉、压应力状态交替出现,致使其裂纹扩展行为复杂。通过等效离散化将惰轮两工作齿廓的啮合过程模拟为等效移动载荷依次在两工作齿... 惰轮轮齿的两工作齿廓依次与主、从动轮的轮齿工作齿廓交替接触啮合使轮齿承受非对称循环交变载荷,齿根处拉、压应力状态交替出现,致使其裂纹扩展行为复杂。通过等效离散化将惰轮两工作齿廓的啮合过程模拟为等效移动载荷依次在两工作齿廓的离散点上加载,考虑闭合效应下拉、压应力状态交替变化引起的影响,提出了非对称循环交变载荷下惰轮裂纹扩展仿真方法,分别在准静态和动态载荷情况下开展惰轮裂纹扩展研究。结果表明:相比于拉应力受载状态,拉、压应力交变受载状态下压应力会延缓齿根应力强度因子KⅠ增长,使裂纹前缘开裂角θ增大,且随着裂纹扩展压应力的影响逐渐减小,当压应力失效时KⅡ显著下降,使有效应力强度幅值ΔK_(eq)显著增大,导致裂纹扩展寿命降低;相比于准静态载荷,动态载荷会促进KⅠ增长,使裂纹前缘开裂角θ减小,使有效应力强度幅值ΔK_(eq)显著增大,导致裂纹扩展寿命降低。 展开更多
关键词 非对称循环 动态载荷 惰轮 裂纹扩展 有限元
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基于标准试样的裂纹扩展分析方法对比研究
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作者 姜昊 杨荣 +1 位作者 邹鹏 冯浩凌 《热加工工艺》 北大核心 2026年第2期214-219,共6页
裂纹扩展分析是损伤容限分析的重要内容,对飞机结构安全有重要的意义。研究了Paris、Forman、Walker和NASGRO等4种不同裂纹扩展分析方法,并给出了适用性说明。通过研究不同裂纹扩展速率模型,分别采用文献数据和材料试验拟合数据,利用快... 裂纹扩展分析是损伤容限分析的重要内容,对飞机结构安全有重要的意义。研究了Paris、Forman、Walker和NASGRO等4种不同裂纹扩展分析方法,并给出了适用性说明。通过研究不同裂纹扩展速率模型,分别采用文献数据和材料试验拟合数据,利用快速积分法进行理论裂纹扩展分析,并与标准试样裂纹扩展试验结果进行对比。结果表明:Paris、Forman、Walker模型分析结果不保守,Walker为最小偏离模型,NASGRO裂纹扩展分析模型有一定的保守性。该结论对裂纹扩展分析方法的选用、材料数据的拟合具有指导意义。 展开更多
关键词 裂纹扩展 损伤容限 标准试样 铝合金2024-T351 快速积分法
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层厚比对钛/铝层状复合材料裂纹扩展机制影响的分子动力学研究
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作者 朱强 张自昂 +8 位作者 陈铭 张林福 刘康 范国华 李道乾 逯红果 张洁 司玉霄 张鹏 《精密成形工程》 北大核心 2026年第2期81-90,共10页
目的探究层厚比对钛/铝层状复合材料裂纹扩展机制的影响,为理解其优异的强韧性协同效应提供原子尺度的见解。方法采用分子动力学模拟方法,构建了3种不同钛层层厚分数(25%、50%、75%)的钛/铝层状复合材料模型,并对其拉伸行为和裂纹动力... 目的探究层厚比对钛/铝层状复合材料裂纹扩展机制的影响,为理解其优异的强韧性协同效应提供原子尺度的见解。方法采用分子动力学模拟方法,构建了3种不同钛层层厚分数(25%、50%、75%)的钛/铝层状复合材料模型,并对其拉伸行为和裂纹动力学特性进行了系统分析。在模拟中,通过施加单轴拉伸载荷,并利用OVITO软件对原子运动、应力分布、位错演化和裂纹尖端扩展过程进行实时追踪和定量分析。结果随着钛层层厚分数从25%增加到75%,峰值应力提升了38.8%,这主要归因于异质变形诱导强化效应,其中界面位错增强了背应力并抑制了塑性失稳。裂纹扩展模式也随之转变:25%钛层层厚分数的模型主要表现为铝层主导的纳米孔洞形核和扩展,裂纹路径曲折;而75%钛层层厚分数的模型则表现为钛约束下的裂纹钝化,裂纹路径更直,纳米孔洞形核受到抑制,韧性提高。值得注意的是,50%钛层层厚分数的模型通过平衡位错存储与堆垛层错约束,实现了最优的强韧性协同效应。结论本研究的分子动力学模拟结果清晰地阐明了钛层层厚分数对钛/铝层状复合材料力学性能及裂纹扩展机制的影响。原子尺度分析结果表明,层厚比调控着应力重分布、塑性区演化及界面分层行为,这些发现为协调抗裂性与力学性能提供了设计依据。 展开更多
关键词 钛/铝层状复合材料 分子动力学模拟 裂纹扩展 界面效应 位错演化
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