结构裂纹对弹性梁振动特性的影响

研究了裂纹扩展引起的结构柔度变化以及裂纹界面接触对弹性梁振动特性的影响。基于断裂力学和能量原理推导了含横向裂纹弹性梁的局部柔度模型,分析了常见形式裂纹均匀梁的局部柔度,给出了相应的无量纲柔度系数计算公式;结合梁的弯曲振动方程,探讨了含裂纹悬臂梁的振动特性。算例表明：裂纹形式对弹性梁的柔度影响明显,裂纹界面接触会引发参数振动,界面滑动摩擦阻尼对稳定梁的振动响应具有重要作用。     

基于模态振型的圆截面梁裂纹识别等高线法

因在外部载荷的作用下，梁构件内部结构容易发生裂纹的萌生和扩展，甚至导致梁构件发生断裂从而引发灾难性事故，研究一种基于模态振型的圆截面梁裂纹识别等高线法。先推导无裂纹单元与含裂纹单元的刚度矩阵，然后求解含裂纹圆截面梁振动微分方程，发现裂纹工况对模态振型有一定的影响。在此基础上，研究不同裂纹位置比和不同裂纹深度比之下前三阶模态振型突变的响应曲面，提出基于模态振型的裂纹识别等高线法。结果表明:对于单裂纹圆截面梁裂纹识别，裂纹深度和裂纹位置的预测结果误差为0；对于双裂纹圆截面梁裂纹识别，裂纹深度预测最大误差不超过2%，裂纹位置预测最大误差不超过2%。     

含裂纹圆截面梁损伤识别频率等高线法

圆形截面梁广泛应用于机械设备与道路桥梁等领域中,裂纹的存在及扩展直接危及梁的安全可靠性,进而引发灾难性事故。旨在研究一种基于频率等高线的裂纹识别方法。使用一种新方法推导了裂纹梁在轴力、剪力和弯矩共同作用时的应力强度因子,给出了相应的柔度系数计算公式。基于有限元法分别推导了含裂纹单元和无裂纹单元的柔度矩阵,推导了梁的振动方程,探讨了裂纹对梁模态频率的影响。在此基础上,将固有频率作为裂纹识别的判断指针,研究了圆形截面梁裂纹识别频率等高线法。最后,基于频率误差函数对固有频率等高线法进行改良,提高了裂纹识别精度。结果表明:改良后的频率等高线法弥补了其在一些工况下无交点甚至无三角形区域的缺陷,使它更具工程应用可行性,并且该方法对裂纹位置和深度的识别也较为精准,相对裂纹深度识别最大误差为77.5%,相对裂纹位置识别最大误差仅为12.6%。     

基于能量法的裂纹梁振动特性分析

研究了含常开裂纹梁的横向振动,基于断裂力学中的能量法,推导了裂纹梁基于能量分布的连续弯曲及剪切刚度表达式;而后基于矩阵传递法,计算了含裂纹Timoshenko梁的振动特性,分析了裂纹深度及位置等裂纹参数对固有频率衰减的影响,同时将计算结果与有限元软件计算结果进行了比较,验证了该方法的有效性。     

基于XFEM的加载参数对棒料V型槽尖端起裂影响规律

为了研究棒料V型槽尖端的起裂机理,利用ABAQUS软件,建立了带V型槽棒料三维有限元模型;采用扩展有限元法(XFEM)在未预制裂纹条件下对V型槽尖端起裂位置、起裂角和临界加载力的影响因素进行了分析。研究结果表明,棒料夹持位置到V型槽中心轴的距离L1、加载位置到V型槽中心轴的距离L2和棒料直径D对裂纹的起裂位置影响很小,起裂位置处于接近V型槽底角半径的1/2处;L1越大、L2和D越小,起裂角越小。根据L1、L2和D对临界加载力的影响规律,给出了起裂时临界加载力的计算公式。最后,通过下料试验对仿真结果进行了验证,获得了合适的一节棒料加载参数L1为15 mm、L2为30 mm。     

考虑塑性的钢轨表面疲劳微裂纹分析

目的 研究塑性条件下受重复轮轨荷载的钢轨表面的初始疲劳裂纹行为。方法 建立含表面微裂纹的钢轨二维有限元模型,通过耦合裂纹面对应节点达到无裂纹的效果。经过几次循环加载后取消节点耦合设置,达到出现裂纹的效果。分析随着轮轨循环加载钢轨的响应,计算残余应力强度因子,并利用渐进状态（随着循环次数的增加,裂纹尖端区新产生的塑性越来越小,裂尖小范围内塑性不再增加）下的应力强度因子计算初始疲劳裂纹扩展速率。结果 有限元模拟中,轮轨荷载循环加载在钢轨上表面,使其产生拉伸残余应力,且随着深度增加,拉伸残余应力越来越小。裂纹萌生后,不同角度的裂纹残余（KI）都随循环次数的增加而减小,但残余（KII）都随循环次数的增加而增大。受残余应力的影响,渐进状态下的钢轨表面初始微裂纹应力强度因子随裂纹角度（θ）的增加而增加。结论 钢轨表面的残余应力加快了初始微裂纹的扩展速率,降低了钢轨的使用寿命。     

加载频率对中温环境下疲劳裂纹扩展的影响

由于材料或环境的因素,加载频率对疲劳裂纹扩展速率将产生很大的影响,以工业Ｔｉ为对象,研究了中等温度环境下疲劳裂纹扩展性能及加载频率的影响,并用弹、粘塑性理论对其进行了理论上的探讨,基于该理论导出的本构关系和利用有限元方法,对裂纹尖端的应力应变进行了分析,结果表明,粘塑性应变范围和Ｊ积分范围可作为裂纹扩展的控制参数,能很好地反映加载频率对裂纹扩展的影响。     

考虑疲劳的压电振动能量收集器发电能力分析

针对压电振动能量收集器的振动疲劳问题,研究疲劳对压电悬臂梁发电能力的影响。以能量收集器用压电悬臂梁为研究对象,通过扫频模态试验和基础激励振动试验测得试验件的应变响应和电压响应。分析数据,讨论基础激励加速度与激振频率对应变响应和电压响应的影响。通过5×105次疲劳循环加载前后试验件的应变响应和电压响应变化情况,研究疲劳损伤对试验件电压响应的影响。结果表明,不同激励环境对压电悬臂梁的疲劳损伤具有不同程度的影响,而压电悬臂梁的电压响应变化与因疲劳损伤导致的疲劳应变响应变化近乎呈正相关性。     

复合加载方式作用下熔合线上含裂纹焊接接头的裂端场与断裂参量

针对复合载荷作用下熔合线含裂纹的焊接接头,应用弹塑性有限元方法分析了其裂端应力场的分布规律.并对不同组配焊接接头的COD断裂参量及其复合角进行了数值计算,讨论了加载角度和接头强度组配对焊接接头断裂行为及断裂参量的影响机制.研究结果表明,对于复合载荷作用下的熔合线含裂纹焊接接头,其裂端应力场同时受到加载角度以及材料非均匀性的影响.当加载角度较小时,复合载荷对接头性能的影响相对于接头组配的影响更为显著.而当加载角度达到并超过30°时,情况与之相反.     

称重传感器标定装置托盘结构优化与动态性能分析

托盘作为称重传感器标定装置主要传力部件,其结构性能对称重传感器测量的准确程度有着较大影响。针对称重传感器标定装置托盘结构实际工作中受迫振动问题,以托盘几何结构为研究对象,建立参数化的托盘三维模型,对托盘焊接材料方钢不同厚度、不同宽度、以及托盘不同横梁数目下的应力应变进行分析,得出最优托盘几何参数方案。采用有限元方法对优化后的托盘进行了谐响应及瞬态特性分析。谐响应分析得到托盘的振动位移、加速度、应力、应变关于激励频率的曲线,分析结果表明当外界激励频率处于362.72 Hz、499.55 Hz、796.08 Hz时,托盘装置容易发生共振。砝码不同加载位置瞬态仿真结果表明,砝码加载瞬间时托盘的最大应力小于托盘的材料屈服强度,满足结构设计要求。     

NUMERICAL MODELLING OF PROGRESSIVE FAILURE IN PARTICULATE COMPOSITES LIKE SANDSTONE

１ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｐｒｏｇｒｅｓｉｖｅｆａｉｌｕｒｅｉｎｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｎｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｆｏｒｔｈｅｇｅｎ...     

3D finite element simulation of deep drawing with damage development

The elasto-plastic constitutive equation accounting for isotropic hardening coupled with material damage has been implemented in the finite element code ABAQUS. A damage variable, which was defined in meso-scale, was used to reveal the effects of micro-defects within the material. With an explicit integration scheme, deep drawing of a mild steel square cup was simulated using the ABAQUS with a specially designed VUMAT subroutine. The three-dimensional brick element was adopted to build-up the finite element model, and the contact and friction between the blank and tool were taken into consideration. The forming process of deep drawing is a non-proportional loading one, so that the accumulated damage state variable depends on the strain path, or in other words, the loading history. The damage evolution and the wrinkle formation under the influences of Coulomb friction and the blank holding force were analyzed and discussed. Experiments have been conducted to investigate the effect of blank holding force on wrinkling, and determine the position of crack initiation. Experimental results are in good agreement with the predicted ones.     

基于ANSYS的20kN/87m壁行式起重机结构有限元分析

基于有限元软件ANSYS构建20 kN/8.7 m壁行式起重机有限元模型。分别分析在悬臂梁跨端及跨中2个特殊位置处施加载荷时悬臂梁的受力情况。通过模态分析获取其前10阶模态的固有频率和振型,并结合谐响应分析,得出其2阶、8阶固有频率是设备最容易产生共振的频率。从静态和动态2个方面分析壁行式起重机有限元模型,为机械结构动态优化设计提供参考。研究结果有助于在实际作业工况中选择合适的设备参数。     

FATIGUE CRACK GSOWTH AND CRACK CLOSURE OF SIMULATED OVER-MATCHED WELDED JOINTS

1.~onItiswellknownthatthefatigUefailureisoneofthecornmonfailuresinmetalstructuresincludingweldedstmctures.VariousformulaehavebeensuggestedtopredictfatigUecrackgrowthrates,andthosewidelyusedinpracticeareasfollows:da/dN=cI(AK)acda/dN=c2(ACOD)?/dN=c3(AJ)%FortnulaeaboverelatedfatigUecrackgrowthrate(da/dN)eitherwiththerangeofstressintensityfactor(isK),orwiththerangeofcrackopeningdisplacement(ACOD),orwiththerangeofJ--intendvalue(6J)ofafatigUeloadcycle.However,sincethediscoverybyW.Elb..['…     

重载夹持机构弹性动力学研究

针对重载夹持机构在工作过程中存在弹性振动的情况,以压杆式夹持机构为研究对象,用五次埃尔米特多项式表示梁单元的横向位移,进一步用弹性动力分析-简化方法建立了良好反映重载夹持机构的质量矩阵、刚度矩阵及运动参数的有限元模型,得到系统的运动微分方程组,利用Newmark-β法求解其弹性位移并通过实验验证位移U1,U12,U15。结果显示:夹持机构的一阶固有频率随前臂转角β增大而增大,相应的最大锻件下偏角为0.74°;KES的弹性位移比KED的位移变化幅度减小;定性了解了摩擦力可以减少夹持机构振动的振幅,并可以延迟振动响应。     

Charpy裂纹试样的启裂点确定与动态断裂韧性

本文研究了用应变片测定Charpy裂纹试样动态断裂启裂点的方法,在不同的试验温度下,用双通道高速采样磁盘存储示波器同时测定了冲击试样的P—t曲线和裂纹尖端区域的名义ε—t曲线,结合动态有限元对Charpy裂纹试样冲击过程的模拟结果,分析了动态断裂韧性的测定方法,并指出了以往动态断裂韧性测定中存在的问题。     

Mechanical behaviour in tension of cracked glass bridged by an elastomeric ligament

Mechanical behaviour of cracked glass bridged by an elastomeric ligament is central to properties of cracked glass/polymer laminates and other composites. We present a theoretical and experimental study of a glass/polymer/glass laminate with single aligned cracks in each glass plate, subjected to tensile loading. The test involves stable delamination at the interface between the polymer and substrate. The force required to maintain increasing strain rises to a steady state value. Crack propagation is accompanied by large polymer deformation. The polymer has been modeled as an isothermal hyperelastic material. Exact results in the limit of large crack extension relate the steady-state force to a measure of interfacial fracture energy and elastic material properties. These have been used to extract glass/polymer adhesion from experimentally measured steady-state force. Force–displacement relationships have also been derived for the limiting case of small crack lengths. Together, the results represent a force–displacement model for a cracked glass/polymer laminate, which can be used to build models for multiply cracked laminates. Finite element simulations of the experiment using cohesive elements to model the interface have been used to model the entire force–displacement response.