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微观结构下多晶材料的疲劳损伤模型及裂纹的数值模拟方法 被引量:5
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作者 杨静 胡志伟 +1 位作者 刘栋 张育飞 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2020年第11期1788-1793,共6页
考虑多晶材料疲劳行为受晶粒拓扑结构的影响,建立了多晶材料Voronoi镶嵌的有限元微观结构模型,并在Voronoi边界插入内聚力单元模拟晶界特性。在此基础上,基于Abaqus双线性内聚力本构关系,建立了内聚力单元的疲劳累积损伤模型,定义了损... 考虑多晶材料疲劳行为受晶粒拓扑结构的影响,建立了多晶材料Voronoi镶嵌的有限元微观结构模型,并在Voronoi边界插入内聚力单元模拟晶界特性。在此基础上,基于Abaqus双线性内聚力本构关系,建立了内聚力单元的疲劳累积损伤模型,定义了损伤变量,损伤判据以及损伤规律;通过Abaqus UMAT(User-defined material mechanical behavior)子程序编写了内聚力单元疲劳损伤的数值计算程序,实现了对微观结构下材料滚动接触疲劳裂纹萌生与扩展的行为模拟。以滚子与滚道的接触疲劳分析为例,将数值模拟结果与实测结果相比,表明了该数值仿真方法模拟多晶材料裂纹形成和扩展的有效性。 展开更多
关键词 多晶材料 内聚力单元 Voronoi镶嵌的有限元模型 疲劳损伤模型 疲劳裂纹模拟
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应用无网格法进行发动机悬置软垫裂纹扩展模拟 被引量:1
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作者 戴永谦 宋希庚 《机械设计与制造》 北大核心 2010年第1期76-78,共3页
根据发动机悬置软垫的工作环境及橡胶材料的力学特性,将空间问题简化成平面问题。针对传统有限元方法和边界元方法模拟裂纹沿任意方向扩展存在的不足,应用新型数值模拟方法-无网格局部彼得洛夫-迦辽金方法,一种纯无网格法,对具有初始裂... 根据发动机悬置软垫的工作环境及橡胶材料的力学特性,将空间问题简化成平面问题。针对传统有限元方法和边界元方法模拟裂纹沿任意方向扩展存在的不足,应用新型数值模拟方法-无网格局部彼得洛夫-迦辽金方法,一种纯无网格法,对具有初始裂纹的发动机悬置软垫进行了断裂模拟,得到了裂纹的轨迹。 展开更多
关键词 发动机 悬置软垫 裂纹扩展模拟 无网格法 橡胶
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基于断裂力学的车用高强钢表面裂纹扩展模拟分析 被引量:1
3
作者 周渝庆 《南方农机》 2018年第13期140-140,146,共2页
针对车用高强钢的疲劳断裂问题,基于断裂力学理论,在有限元软件ABAQUS中建立试件模型,并利用扩展有限元法仿真车用高强度钢的表面裂纹扩展过程,分析试件在拉伸载荷作用下的表面裂纹扩展状况及裂纹尖端的应力场分布情况。结果表明,扩展... 针对车用高强钢的疲劳断裂问题,基于断裂力学理论,在有限元软件ABAQUS中建立试件模型,并利用扩展有限元法仿真车用高强度钢的表面裂纹扩展过程,分析试件在拉伸载荷作用下的表面裂纹扩展状况及裂纹尖端的应力场分布情况。结果表明,扩展有限元法无需重新划分网格,能够高效的对车用高强钢的表面裂纹扩展开裂及扩展演化的仿真,并较方便的计算裂纹尖端尖应力。 展开更多
关键词 车用高强度钢 ABAQUS 扩展有限元(XFEM) 裂纹扩展模拟
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一种短裂纹群CT仿真投影获取新方法 被引量:2
4
作者 徐夏刚 张定华 +1 位作者 赵歆波 敖波 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第10期1211-1213,共3页
短裂纹尺寸一般在几微米到几十微米之间,低于目前工业CT的最小分辨率,无法被检测出来。基于CT仿真系统,利用结构实体几何模型,提出了一种短裂纹的模拟方法:为适合CT仿真系统的扫描精度,先模拟比实际尺寸大的短裂纹群,获取该短裂纹群的C... 短裂纹尺寸一般在几微米到几十微米之间,低于目前工业CT的最小分辨率,无法被检测出来。基于CT仿真系统,利用结构实体几何模型,提出了一种短裂纹的模拟方法:为适合CT仿真系统的扫描精度,先模拟比实际尺寸大的短裂纹群,获取该短裂纹群的CT投影数据,然后把该图像数据利用像素合并的方法缩小到实际尺寸,间接得到实际尺寸的短裂纹群CT仿真投影图像。利用该短裂纹模拟和间接CT投影结果可进一步研究CT重建和疲劳寿命分析等。试验证明,该方法能得到较为真实的短裂纹群CT投影数据。 展开更多
关键词 裂纹模拟 工业CT 仿真投影 像素合并
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基于摄动法的多条裂纹欧拉梁特征模态分析 被引量:3
5
作者 郭智刚 孙智 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2013年第10期1-6,30,共7页
基于摄动理论推导了带多条开口裂纹的欧拉梁的特征模态参数的理论计算公式。采用最直接的方式将梁开口裂纹模拟成梁微段内的横截面折减并用δ函数表达了带开口裂纹的梁沿轴线的截面惯矩和线质量等物理参数。基于此,建立了裂纹梁动力微... 基于摄动理论推导了带多条开口裂纹的欧拉梁的特征模态参数的理论计算公式。采用最直接的方式将梁开口裂纹模拟成梁微段内的横截面折减并用δ函数表达了带开口裂纹的梁沿轴线的截面惯矩和线质量等物理参数。基于此,建立了裂纹梁动力微分方程,并采用一阶摄动理论推导得到了梁的模态频率和振型计算公式。简支梁及悬臂梁算例研究表明,该方法具有很好的精度,与有限元模拟结果及实验结果都能很好地吻合。并采用此方法分析了裂纹深度和位置对带多条开口裂纹梁的特征模态参数的影响。结果表明,裂纹对各阶模态频率虽然影响有限,但其引起的各阶频率变化有着明显的模式,可用于结构损伤定位;裂纹对模态振型影响不明显,但对模态曲率影响比较大,可用于结构损伤位置和程度的诊断。 展开更多
关键词 摄动法 裂纹模拟 欧拉梁 模态分析
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考虑层理效应的页岩压裂模拟全耦合黏结单元法 被引量:2
6
作者 李永寿 李淳芳 +2 位作者 赵兵 罗攀登 张振南 《科学技术与工程》 北大核心 2020年第35期14640-14645,共6页
页岩水力压裂技术是目前最常用的储层改造技术。页岩中存在具有方向性的不连续结构面,使其具有较为明显的层理效应,主要体现为页岩的横观各向同性。为了在水力压裂中反映层理效应,在考虑层理效应的黏结单元方法(cohesive finite element... 页岩水力压裂技术是目前最常用的储层改造技术。页岩中存在具有方向性的不连续结构面,使其具有较为明显的层理效应,主要体现为页岩的横观各向同性。为了在水力压裂中反映层理效应,在考虑层理效应的黏结单元方法(cohesive finite element method,CFEM)基础上,考虑力学场和渗流场的相互作用,推导界面单元全流固耦合方程。最后,通过水力压裂试验结果与模拟计算结果的对比,展现在不同地应力条件下页岩层理性对水力裂纹扩展的影响作用。在应用该方法时可以根据给定层理方向,模型自动将与层理平行(或近于平行)的黏结面转化为层面界面,而且在整个模拟过程中,不需要引入额外断裂准则,也不需要网格修正,为页岩水压致裂问题的数值模拟提供了新途径。 展开更多
关键词 页岩 界面单元 横观各向同性 流固耦合 水力裂纹模拟
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Investigation on the Ice Load on a Cylinder Vertically Breaking through Model Ice Sheet from Underneath
7
作者 ZHAO Wei−hang TIAN Yu−kui +3 位作者 JI Shao−peng GANG Xu−hao YU Chao−ge KONG Shuai 《船舶力学》 北大核心 2025年第6期964-975,共12页
Ice load on underwater vehicles breaking through ice covers from underneath is a significant concern for researchers in polar exploration,and the research on this problem is still in its early stages.Both mechanical e... Ice load on underwater vehicles breaking through ice covers from underneath is a significant concern for researchers in polar exploration,and the research on this problem is still in its early stages.Both mechanical experimental measurement and numerical simulation pose research challenges.This study focuses on the ice load of a cylinder structure breaking upward through the ice sheet form underneath in the Small Ice Model Basin of China Ship Scientific Research Center(CSSRC SIMB).A high-speed camera system was employed to observe the ice sheet failure during the tests,in which,with the loading position as center,local radial cracks and circumferential cracks were generated.A load sensor was used to measure the overall ice load during this process.Meanwhile,a numerical model was developed using LS-DYNA for validation and comparison.With this model,numerical simulation was conducted under various ice thicknesses and upgoing speeds to analyze the instantaneous curves of ice load.The calculation results were statistically analyzed under different working conditions to determine the influence of the factors on the ice load of the cylinder.The study explores the measurement method about ice load of objects vertically breaking through model ice sheet and is expected to provide some fundamental insights into the safety design of underwater structures operating in ice waters. 展开更多
关键词 CYLINDER model test failure mode crack propagation ice load numerical modeling
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双面焊U肋内侧焊缝初始裂纹特性研究 被引量:6
8
作者 郭殊伦 雷俊卿 黄祖慰 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期3581-3594,共14页
针对正交异性钢桥面板双面焊U肋的内侧焊缝疲劳失效模式开展疲劳试验,基于断裂力学理论,采用FRANC3D-ANSYS交互技术研究U肋内侧焊趾初始裂纹的扩展特性及裂纹的初始角度效应,得到初始裂纹具备扩展能力的有效角度区间,推导并给出相应的... 针对正交异性钢桥面板双面焊U肋的内侧焊缝疲劳失效模式开展疲劳试验,基于断裂力学理论,采用FRANC3D-ANSYS交互技术研究U肋内侧焊趾初始裂纹的扩展特性及裂纹的初始角度效应,得到初始裂纹具备扩展能力的有效角度区间,推导并给出相应的拟合计算公式。研究结果表明:双面焊U肋构造具有裂纹在内侧焊趾萌生并沿腹板厚度方向扩展的疲劳失效模式,裂纹初始角度具有不确定性;裂纹为Ⅰ型主导的Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ复合型裂纹,初始角度越大的裂纹,Ⅱ-Ⅲ型特征越强;裂纹初始角度主要影响结构在裂纹扩展阶段的疲劳寿命分布,初始角度较大的裂纹在经历扩展速率快速增长阶段后,会更快地达到失稳扩展;裂纹能否扩展不能直接通过有效应力强度因子去判定,可结合初始裂纹扩展的有效角度区间判断,区间大小与裂纹形状比呈分段线性负相关。 展开更多
关键词 双面焊U肋 断裂力学 裂纹扩展模拟 初始裂纹角度
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Mechanical properties and damage evolution of sandstone subjected to uniaxial compression considering freeze-thaw cycles
9
作者 WANG Jing-yao LI Jie-lin +1 位作者 ZHOU Ke-ping LIN Yun 《Journal of Central South University》 CSCD 2024年第11期4137-4154,共18页
The effect of freeze-thaw(F-T)cycles on the mechanical behaviors and internal mechanism of rock mass is a critical research topic.In permafrost or seasonally frozen regions,F-T cycles have adverse effects on the mecha... The effect of freeze-thaw(F-T)cycles on the mechanical behaviors and internal mechanism of rock mass is a critical research topic.In permafrost or seasonally frozen regions,F-T cycles have adverse effects on the mechanical properties of rock mass,leading to many serious disasters in mining and geotechnical operations.In this paper,uniaxial compression tests are carried out on cyan sandstone after different F-T cycles.The failure modes and damage evolution of cyan sandstone under F-T cycles are studied.In addition,from the perspective of fracture and pore volume,the calculation equations of rock strain under frost heaving pressure and F-T cycles are established and verified with the corresponding laboratory tests.Subsequently,based on the classical damage theory,the F-T damage variables of cyan sandstone under different F-T cycles are calculated,and the meso-damage calculation model of cyan sandstone under F-T-loading coupling conditions is derived.Furthermore,through the discrete element numerical simulation software(PFC^(3D)),the microscopic damage evolution process of cyan sandstone under uniaxial compression after F-T cycles is studied,including the change of microcracks number,distribution of microcracks,and the acoustic emission(AE)count.The goal of this study is to investigate the damage evolution mechanism of rock from the mesoscopic and microscopic aspects,which has certain guiding value for accurately understanding the damage characteristics of rock in cold regions. 展开更多
关键词 freeze-thaw cycles cyan sandstone uniaxial compression damage variable PFC^(3D)numerical simulation MICROCRACKS
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经验模态分解端点波形延拓改进方法研究 被引量:14
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作者 孙华刚 冯广斌 +1 位作者 曹登庆 毛向东 《电子测量与仪器学报》 CSCD 2010年第4期319-326,共8页
为提高经验模态分解(EMD)的分解精度,针对分解过程中存在的端点效应问题,在对已有波形匹配延拓方法改进的基础上,提出了一种改进后的基于端点波形匹配的经验模态分解方法。通过对齿轮裂纹故障模拟试验结果分析表明,当齿轮转速为600r/min... 为提高经验模态分解(EMD)的分解精度,针对分解过程中存在的端点效应问题,在对已有波形匹配延拓方法改进的基础上,提出了一种改进后的基于端点波形匹配的经验模态分解方法。通过对齿轮裂纹故障模拟试验结果分析表明,当齿轮转速为600r/min时,5 120个实验数据分解时间约为1.2 s,所得第6个IMF分量的幅值谱峰值频率为10 Hz,对应着系统的回转频率。第2个IMF分量的峰值频率为550 Hz,对应着系统的啮合频率。所提出的方法能够分解出齿轮系统的特征分量,具有较高的分解精度和计算效率。 展开更多
关键词 经验模态分解(EMD) 端点效应 波形延拓 裂纹故障模拟 特征分量
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钢桥焊接构件疲劳寿命预测 被引量:10
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作者 陈惟珍 G.Albrecht D.Kosteas 《同济大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第1期45-49,共5页
分析了影响焊接接头疲劳寿命的各种因素 ,在Dugdale模型基础上构造出裂纹闭合模型 ,并将其应用到焊接接头的表面半椭圆形裂纹 ,其中考虑了热影响区的材性变化、焊接残余应力以及焊缝几何带来的应力集中 .通过与两个试验结果的比较表明 ... 分析了影响焊接接头疲劳寿命的各种因素 ,在Dugdale模型基础上构造出裂纹闭合模型 ,并将其应用到焊接接头的表面半椭圆形裂纹 ,其中考虑了热影响区的材性变化、焊接残余应力以及焊缝几何带来的应力集中 .通过与两个试验结果的比较表明 :该法能估计裂纹扩展阶段的疲劳寿命 ,可用于焊接钢桥抗疲劳设计 . 展开更多
关键词 疲劳寿命 钢桥 焊接缺陷 裂纹闭合模型 焊接接头 裂纹扩展模拟 疲劳断裂 预测
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基于变型波的汽轮机叶片叶根超声检测
12
作者 朱立春 张炯 +1 位作者 马翼超 丁琦 《热力发电》 CAS 北大核心 2017年第4期57-62,共6页
对汽轮机叶片叶根进行有效可靠检测,可为机组的安全经济运行提供重要的技术支持。本文提出了一种利用专用探头发射的横波,在叶根内部传播过程中发生波型转换而产生变型波,从而对叶根易产生裂纹的部位进行检测的新方法。该方法克服了目... 对汽轮机叶片叶根进行有效可靠检测,可为机组的安全经济运行提供重要的技术支持。本文提出了一种利用专用探头发射的横波,在叶根内部传播过程中发生波型转换而产生变型波,从而对叶根易产生裂纹的部位进行检测的新方法。该方法克服了目前在役汽轮机叶片叶根常规超声检验方法的技术局限性和现场适用条件的限制,达到了叶根0.3 mm深模拟裂纹的检测精度,其准确性、灵敏度及适用性获得显著提高,尤其在高压转子叶片T型叶根检测方面具有较好的推广应用前景。 展开更多
关键词 汽轮机 变型波 专用探头 T型叶根 无损检测 模拟裂纹 回波
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Wing crack model subjected to high hydraulic pressure and far field stresses and its numerical simulation 被引量:4
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作者 赵延林 曹平 +2 位作者 王卫军 万文 陈锐 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2012年第2期578-585,共8页
By considering the effect of hydraulic pressure filled in wing crack and the connected part of main crack on the stress intensity factor at wing crack tip, a new wing crack model exerted by hydraulic pressure and far ... By considering the effect of hydraulic pressure filled in wing crack and the connected part of main crack on the stress intensity factor at wing crack tip, a new wing crack model exerted by hydraulic pressure and far field stresses was proposed. By introducing the equivalent crack length lcq of wing crack, two terms make up the stress intensity factor K1 at wing crack tip: one is the component K(1) for a single isolated straight wing crack of length 2l subjected to hydraulic pressure in wing crack and far field stresses, and the other is the component K1^(2) due to the effective shear stress induced by the presence of the equivalent main crack. The FEM model of wing crack propagation subjected to hydraulic pressure and far field stresses was also established according to different side pressure coefficients and hydraulic pressures in crack. The result shows that a good agreement is found between theoretical model of wing crack proposed and finite element method (FEM). In theory, an unstable crack propagation is shown if there is high hydraulic pressure and lateral tension. The wing crack model proposed can provide references for studying on hydraulic fracturing in rock masses. 展开更多
关键词 rock mechanics wing crack hydraulic pressure numerical simulation
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