动力蓄电池包冲击累积损伤数值模拟研究

分析了车用电池包(Pack)在多次冲击载荷作用下的累积损伤。应用Hypermesh建立了Pack的有限元模型,使用LS_DYNA显式求解器求解了冲击载荷作用下Pack结构的动态响应,得到冲击载荷作用下Pack结构的von Mises应力和塑性应变分布情况及最大值,然后采用LS_DYNA重起动技术实现损伤状态参量传递,进而实现考虑初始损伤结构在多次冲击载荷作用下的应力状态及塑性应变累积分析,最后采用Johnson-Cook失效模型评估了结构损伤,得到Pack结构损伤的分布。     

主余震序列作用下基础隔震结构地震损伤研究

为了定量评估余震对基础隔震结构造成的损伤,采用损伤指数作为性能指标评估主余震序列作用下基础隔震结构的抗震性能。基于速度反应谱可以反映结构由外力作用产生的最大能量,提出一种基于力与能量双匹配的主余震序列型构造方法,将此构造方法构造出的人工主余震序列作为激励,对基础隔震结构进行弹塑性时程分析,并以地震损伤指数作为指标评估该结构的抗震性能。研究结果表明：基于力与能量双匹配的人工主余震序列构造方法可以有效模拟真实主余震序列地震动;对比分析基础隔震框架模型各工况下的损伤指数,发现随着余震峰值加速度的增加,上部结构损伤指数增长超过20%,下部隔震层损伤指数增长超过15%。余震的产生使损伤指数明显增大,结构发生严重破坏。     

基于三阶累积量奇异值分解的结构损伤识别

为了在钢筋混凝土结构损伤识别过程中有效地考虑微裂缝引起的非线性特征,提出了一种基于奇异值分解的三阶累积量方法,通过对结构损伤过程中振动加速度信号的三阶累积量进行奇异值分解,根据主奇异值的变化来判断混凝土结构的损伤程度和定性评价结构性状.为了验证该方法,对两根钢筋混凝土简支梁进行了损伤试验,试验数据分析结果与试验中裂缝开展的观察结果比较吻合,表明三阶累积量的最大主奇异值能够有效地反映钢筋混凝土梁在各级荷载作用下结构损伤的变化情况,说明该方法是令人满意和有效的.     

振动台非线性破坏模型试验影响因素

振动台模型试验是研究工程结构的动力特性和抗震性能的重要手段,针对振动台模型破坏试验中地震动加载方式及材料模型等影响因素进行了研究。分别采用大体积水工混凝土结构和框架结构对一次性强震作用与地震动逐级累积作用下结构损伤差异进行了对比分析。结果表明,对于大体积脆性混凝土结构及框架结构,逐级加载方案及仿真材料模量和强度的相似性均能够保证结构的线弹性动力特性、损伤起始加速度及极限抗震能力的试验要求,但是不能反应结构从损伤发生到失效破坏的中间发展过程。在进行振动台模型试验时,可根据具体试验目的选择相应的简化措施。     

常幅循环载荷下纤维薄板增强钢筋砼梁的损伤行为研究

以碳纤维薄板增强钢筋混凝土梁为研究对象,通过对常幅循环载荷作用下增强梁的弯曲试验研究,揭示其疲劳破坏机理,建立描述构件损伤、断裂过程的结构损伤累积模型.试验得到增强梁的疲劳寿命曲线以及跨中挠度、抗弯刚度的演化规律.提出的由构件抗弯刚度表达的非线性结构疲劳损伤演化方程,描述包括混凝土开裂、碳纤维薄板与混凝土界面剥离等破坏模式在内的损伤、破坏过程,并能够对构件疲劳寿命进行预测.     

压水堆主管道上充管嘴弹塑性应力分析

压水堆主管道上充管嘴在核电厂运行期间需经受严厉的冷热流体交互流动产生的循环热载荷,将对上充管嘴的结构完整性产生重要的影响。上充管嘴弹性应力分析证明了结构不会出现弹性失稳、塑性失稳以及疲劳破坏等现象,但部分分析截面一次加二次应力强度范围超过了规范限值。针对弹性分析部分结果不满足规范限值的情况,对上充管嘴进行了循环弹塑性分析,结果表明,上充管嘴结构在循环载荷作用下出现了明显的塑性安定现象,并且经历所分析的循环载荷后,其结构的累积应变不会对结构抗塑性失稳能力和抗疲劳破坏能力产生显著的影响。上充管嘴抗快断分析表明,其结构具备良好的抗快断性能。     

晶体塑性疲劳指示因子研究方法综述

金属材料与结构的疲劳失效被视为工程领域的“癌症”,是微观结构逐渐劣化的结果,因此从微观角度准确预测材料与结构的疲劳裂纹萌生就显得极为必要与迫切。基于晶体塑性有限元的疲劳指示因子(Fatigue indicator parameters, FIP)能从微观角度较好地表征剪应变主导的疲劳裂纹驱动力,目前已经形成了累积塑性滑移类、应变能耗散类与多轴疲劳寿命预测准则改进的FIP等。累积塑性滑移类FIP是基于位错滑移与应力集中理论所建立,多个应用案例也表明能较好地描述疲劳驻留滑移带与三叉晶界应力集中等现象,具有形式简单、参数少等优点;应变能耗散类FIP是基于能量理论,不区分载荷模式与裂纹扩展优先方向,在高应变幅或复杂载荷状况下较累积塑性滑移类FIP更可靠;多轴疲劳寿命预测准则改进的FIP主要有基于Fatemi-Socie准则、Dang Van准则与Tanaka-Mura准则等修正的FIP,虽工程应用广泛,但是由于经验模型需要大量试验确定参数且临界平面与位错滑移平面的关系不明。为此,指出研究多轴疲劳损伤的临界平面与晶体塑性的滑移平面的物理一致性、以晶粒旋转数据直接构建晶体塑性FIP模型以及采用模糊...     

金属橡胶材料疲劳损伤性能研究

对设计制作的固支圆盘形金属橡胶构件进行疲劳损伤特性试验研究,对其疲劳损伤性能的分析表明金属橡胶材料的疲劳破坏不同于实体材料,它不会发生突然断裂失效,其疲劳破坏形式主要是其内部的金属丝产生局部断裂、破碎和磨损,从而在构件内部产生累积损伤,宏观上表现为承载能力和耗能性能不断衰减;通过对其内部金属丝两种典型勾连结构耗能方式随振动周期变化情况的分析,揭示金属橡胶材料疲劳损伤机理主要是其内部勾连结构滑移挤压方式的不同及金属丝间的微动摩擦、磨损及断裂;用刚度损伤和阻尼损伤描述金属橡胶的疲劳损伤过程,并提出综合损伤因子D作为金属橡胶疲劳失效判据。     

基于ANSYS/Workbench的LPG覆土罐有限元分析设计方法

LPG覆土罐是一种新型的LPG储存设备,介绍了该种储罐的设计方法,并运用ANSYS/Workbench分别对设计工况、耐压试验工况、地震工况和覆土工况下,罐体的全模型进行有限元分析计算。计算表明,设计工况、地震工况以及耐压试验工况下,罐体的应力分布主要集中在靠近气室和人孔大开孔影响区域内的结构不连续位置,覆土工况下罐体结构的应力分布主要集中在加强圈的中部。LPG覆土罐的设计应重点考虑气室和人孔的尺寸和布局,降低该区域的应力水平,防止结构发生塑性垮塌失效。同时,覆土施工过程中还应适当控制覆土对罐体产生的冲击作用,防止罐体结构发生失稳破坏。     

幂强化材料厚壁圆筒的安定分析

一、前言承受内压作用的厚壁圆筒,若内压在0-p的范围内发生周期性的变化,厚壁圆筒可能产生塑性累积破坏或塑性循环破坏。所谓塑性累积破坏是指在载荷的每一次循环(即由加载到卸载)过程中,厚壁圆筒的某些部位将产生相同符号的塑性变形,经过每次加载与卸载的循环,塑性变形将不断累积,最后达到不允许的程度,导致结构失去承载能力。在以应力分析为基础的工程设计中,将这种塑性变形的不断     

线性累积损伤的概率准则

疲劳是一个损伤逐渐累积、材料性能不断劣化的过程。因此,在疲劳失效判据中必须同时考虑损伤程度∑(n_i/N_i)和当前作用应力水平σ_(max)这两个参数。由此观点出发,本文认为疲劳破坏时累积损伤的临界值与当时作用的应力水平有关,要提高寿命估算的精度,在应用 Miner 法则时还应计及复杂载荷统计特性的影响。文中以强度线性退化假设为基础,借助应力—强度干涉理论构造了一个线性累积损伤的概率模型,给出了满足一定可靠度的损伤临界值公式。     

多级载荷累积损伤下结构的动态可靠性分析

在服役环境中的各种不确定性因素及时间因素的共同作用下,结构将产生强度退化与累积损伤,进而严重影响到可靠性。传统的可靠性模型不能很好地反映载荷作用次序与强度退化等因素对可靠性的影响。利用区间理论,考虑应力作用次序不同而导致疲劳损伤的不同非线性演化过程,研究了多级载荷的等效转化问题;为承受多级载荷的强度退化下的结构,建立了动态非概率可靠性预测模型,构造了一种区间模型的动态可靠性分析方法;通过算例对多级载荷累积损伤作用下的结构动态可靠性进行了分析,并验证了方法与模型的有效性。     

基于ABAQUS的镍基高温合金锯齿形切屑演变过程及机理研究

利用ABAQUS软件建立正交切削有限元模型。该切削有限元模型采用修正的Johnson-Cook非线性热黏塑性本构关系和修正的Coulomb摩擦理论以及金属切削切屑剪切失效断裂准则,并通过模拟与试验的对比分析,验证了其正确性。模拟与分析结果表明:锯齿形切屑的演变过程由锯齿雏形、锯齿雏形到锯齿节块、锯齿节块到锯齿切屑三个阶段组成。温度弱化作用使剪切滑移变形始于切削层下部(靠近刀尖区域),并呈尖峰状向切削层顶表面方向扩展;当刀尖处金属发生热塑失稳时,剪切滑移瞬间扩展至切削层顶表面,形成了完整的剪切滑移窄带,形成锯齿雏形;剪切滑移窄带内的金属基本均处于热塑失稳状态,锯齿雏形将沿着整个变形窄带发生集中剪切滑移变形,形成锯齿节块;锯齿节块进入第Ⅱ变形区后,集中滑移窄带内的金属仍处于热塑失稳状态,在前刀面的推挤作用下,锯齿节块将继续沿着集中滑移窄带发生集中剪切滑移变形,直至离开第Ⅱ变形区,形成锯齿切屑。     

含圆孔复合材料层合板在拉伸载荷下的破坏机理

综合考虑了基体开裂、基纤剪切、分层及纤维断裂等四种复合材料层合板的主要破坏模式,同时在通用有限元分析软件ANSYS基础上进行二次开发,编制了参数化的分析模拟程序,应用此三维逐渐累积损伤理论和有限元模拟方法,对两种不同铺层参数的含圆孔复合材料层合板在拉伸载荷作用下的逐渐破坏过程进行了分析。结果表明:该程序可以预测任意材料体系和任意铺层参数的层合板在拉伸载荷作用下的逐渐损伤破坏过程及最终失效载荷;与参考文献中的试验结果比较发现,该方法的预测精度较高,验证了其正确性。     

考虑小载荷强化的汽车构件疲劳累积损伤试验研究

给出了材料和结构在累积损伤的同时还具有强化作用的S—N曲线方程，并建立了程序载荷谱下产生损伤的同时还具有强化作用的疲劳累计损伤模型。为了检验所建立模型的正确性和准确性，以某汽车前梁和车架为例，设计了两种不同载荷组合，进行了两级循环载荷疲劳试验。试验结果和所建模型估算结果表明，该模型不但能够估算疲劳极限以下载荷的强化和损伤，还能估算疲劳极限以上载荷的强化和损伤。     

含孔复合材料层合板在压缩载荷下的三维逐渐损伤

通过逐渐损伤分析可以清楚地了解承载复合材料层合板内部损伤的产生及扩展过程,应用三维逐渐累积损伤理论和有限元分析技术,对不同材料不同宽孔比的含孔复合材料层合板在压缩载荷作用下的逐渐破坏过程进行分析,综合考虑了基体开裂、基纤剪切、分层及纤维断裂等四种复合材料层合板的主要破坏模式。在通用有限元分析软件ANSYS基础上进行二次开发,编制了参数化的分析模拟程序,该程序可以预测任意铺层角度和铺层厚度层合板在压缩载荷作用下的逐渐损伤破坏过程及最终失效载荷,通过与已有参考文献结果进行比较,验证了方法及程序的正确性。该程序可以较大程度地提高最终失效载荷的预测精度,为复合材料层合板结构的设计和使用提供了有力的技术支持。     

考虑强度退化的非线性累积损伤模型分析

工程结构在服役过程中,累积损伤和强度退化同时发生,并相互影响。传统的累积损伤模型大多忽略了强度退化对损伤累积的影响。为建立考虑强度退化的Corten-Dolan累积损伤模型,通过分析强度退化模型推导出强度退化系数,将Corten-Dolan模型中的指数参数d定义为与强度退化系数有关的指数函数。通过试验数据和与文献结果对比验证了改进Corten-Dolan模型的有效性。研究表明:改进的Corten-Dolan模型可以很好地预测疲劳寿命,预测精度比传统Corten-Dolan模型更高。     

简单结构平面应力等比例加载塑性失稳研究

对平面应力状态下几种简单结构等比例加载条件下塑性失稳研究表明,考虑材料应变强化性能和结构非线性变形,结构塑性失稳由应变控制。对于应力—应变关系符合Swift类型的材料,可以推导几种简单结构的失稳应变,并以应变作为失效判据。同时,根据应力—应变关系,求出相应应力,进一步确定结构的最大承载能力。进行圆筒压力容器有限元计算和爆破实验,证明以应变作为结构失效判据准确合理,可应用于压力容器弹塑性应力分析。     

腐蚀疲劳交替下2A12-T4航空铝合金的寿命分析研究

基于飞机服役期间经历“地面腐蚀与空中疲劳”的交替损伤模式,考虑载荷间的相互作用,研究了航空铝合金2A12-T4在预腐蚀与“腐蚀+疲劳”交替模式下疲劳寿命的退化与损伤累积规律。同级加载条件下提出利用腐蚀疲劳耦合损伤指数和迟滞载荷用来描述考虑交替腐蚀疲劳损伤模式,用各级疲劳损伤间的相互影响及腐蚀损伤与疲劳损伤在服役工作期间的耦合作用来描述腐蚀、疲劳间的相互促进、加速劣化的现象。基于损伤力学和非线性累积理论,考虑载腐蚀疲劳耦合指数与迟滞载荷对传统的Miner线性累积损伤理论进行修正。建立了飞机结构材料的寿命计算模型,并将模型计算结果与试验结果进行对比验证。确定了腐蚀实验中的腐蚀耦合损伤,并利用低载锻炼效应理论得出均匀分布的迟滞载荷。计算结果表明,本文提出的寿命计算模型的结果与实验结果比较吻合。     

基于多相耦合的含缺陷埋地管道外爆破坏影响因素研究

含缺陷埋地管道受到外爆载荷作用时缺陷处可能会发生贯穿,并进一步引起管道大面积破坏。考虑含缺陷管道与管内流体的流固耦合作用、土体与管道间的接触作用,建立了土体-含缺陷管道-流体的外爆多相耦合模型。基于损伤积累的破坏准则,计算管道缺陷处在外爆载荷作用下的损伤积累比率,分析了管道破坏的损伤积累过程。通过对比不同缺陷深度、形状,探讨缺陷结构对管道破坏的影响;并通过改变炸药量、爆心距,探讨外爆载荷对管道破坏的影响。结果表明:缺陷损伤在壁厚方向外侧大于内侧,二者之间的差值随时间推移而减小,最终二者损伤达到极限使管道破坏。损伤值随缺陷深度的增加而增大,圆形缺陷要比菱形和椭圆形对爆炸波抵抗能力强80%;管道损伤速度随炸药量增加而增大,1 m爆心距比3 m的损伤值高出2140%,管道破坏对爆心距的敏感度高于炸药量。研究成果可为工程爆破施工和预防含缺陷管道的外爆破坏提供参考。