基于有限元法对钛合金应力强度因子的研究

基于Ansys软件建立了含裂纹的钛合金拉伸试样的应力强度因子计算模型,并以理论计算值验证模拟值的准确性。结果表明,模型的计算模拟值与理论计算值的线性拟合率R为0.980 2。该模型能够充分描述钛合金在各种施加载荷及缺陷长度下的应力强度因子变化规律,具有结构简单、收敛速度快、拟合精度高等优点。此外,通过研究施加载荷的应力强度及裂纹长度与应力强度的关系表明,裂纹长为75 mm是钛合金拉伸试样的一个敏感值。     

基于有限元法对钛合金应力强度因子的研究

基于Ansys软件建立了含裂纹的钛合金拉伸试样的应力强度因子计算模型,并以理论计算值验证模拟值的准确性。结果表明,模型的计算模拟值与理论计算值的线性拟合率R为0.9802。该模型能够充分描述钛合金在各种施加载荷及缺陷长度下的应力强度因子变化规律,具有结构简单、收敛速度快、拟合精度高等优点。此外,通过研究施加载荷的应力强度及裂纹长度与应力强度的关系表明,裂纹长为75 mm是钛合金拉伸试样的一个敏感值。     

带裂纹厚壁筒的动态应力强度因子研究

研究了动载荷作用下带裂纹厚壁筒的应力强度因子。结果表明动态应力强度因子的最大值在加载时间上有滞后性现象,它的最大值随厚壁筒尺寸增加而增加。同时,发现动态应力强度因子比相应的静态应力强度因子大。     

带内表面裂纹的身管温度应力强度因子研究

用权函数方法导出了身管内表面的半椭圆形裂纹出于温度应力引起的应力强度因子的公式，这些公式可用于计算身管在不同的裂纹深度、形状、温度、材料和尺寸下的温度应力强度因子；同时，还研究了温度应力强度因子随表面裂纹深度和形状变化的规律，这些规律对厚壁筒构件的设计及工程应用提供了参考。     

TATB基PBX张开型裂纹起裂及扩展行为

为研究1,3,5?三氨基?2,4,6?三硝基苯(TATB)基高聚物粘结炸药(PBX)中张开型裂纹在准静态载荷下的失效与破坏行为,设计了含预制裂纹的半圆盘弯曲试验,应用数字图像相关方法和90000 fps的高速摄影技术分别研究了实验中裂纹的起裂及扩展行为。结果表明,试样沿预制裂纹方向发生脆性劈裂破坏,应变分析显示裂纹尖端有显著的拉伸应变集中区域。在裂纹扩展路径上仅裂纹尖端区域的应变演化有显著的时间效应,且演化过程有一个显著的拐点,约0.85 p_(max)载荷,裂纹尖端的应变集中效应在拐点后才开始显现并快速扩展。裂纹扩展过程中有显著的塑性迟滞现象。裂纹尖端的应变分布和演化特性的分析表明,TATB基PBX在裂纹尖端局部发生了塑性变形,且塑性变形对裂纹的起裂与扩展行为有明显影响。     

基于三种强度准则的PBX Ⅰ型裂纹尖端失效区研究

为了描述高聚物粘结炸药(PBX)裂纹尖端失效区域,采用Mohr-Coulomb、Twin-shear和Drucker-Prager强度准则,对PBXⅠ型裂纹尖端失效区进行研究,得到了描述PBX拉压不对称的裂纹尖端失效区表达式。研究表明,Drucker-Prager强度准则综合考虑了材料拉压比、平均应力及偏应力等因素,求解的裂纹尖端失效区相对最大。材料拉压比对裂纹尖端失效区有着显著影响,拉压比越小,材料拉压不对称越严重,裂纹尖端失效区越大。温度对PBX材料综合力学性能影响很大,60℃下裂纹尖端失效区较20℃下显著增大。     

TC4钛合金动态Ⅱ型裂纹扩展速度与加载速度的关系研究

为了确定TC4钛合金动态II型断裂实验中的起裂时间,计算TC4钛合金在发生II型断裂时塑性区能量吸收和裂纹扩展的速度,使用分离式霍普金森压杆装置对TC4钛合金进行动态II型裂纹扩展实验。采用高速数字散斑相关方法获取观测点处位移-时间历程曲线,确定了动态II型裂纹扩展的起裂时间,并计算出裂纹扩展速度。使用ABAQUS/Explicit软件建立有限元模型与实验结果进行同工况比对,在确认模型准确性后采用不同的加载速度研究II型加载条件下的裂纹扩展形式差异,计算出不同加载速度下的II型裂纹扩展速度,并得出加载速度与II型裂纹扩展速度的关系式。     

身管内壁裂纹扩展特性及剩余寿命研究

火炮发射过程中身管内膛环境十分恶劣,经过一定射击发数后内膛往往出现不同程度裂纹,影响身管寿命及发射安全性。采用有限元软件建立了包含膛线及不同位置初始裂纹的身管有限元模型,基于线弹性断裂力学理论研究了膛压、弹带摩擦力、自紧残余应力等载荷作用下身管内壁不同位置初始裂纹的扩展特性,得到了影响身管疲劳裂纹扩展寿命的危险因素为身管内壁阴线纵向裂纹,基于疲劳裂纹扩展理论,以临界断裂韧度为失效判据,获得了无镀层身管在包含不同数量初始裂纹时的剩余寿命。研究对于火炮身管的发射安全性评估、寿命预测及寿命提升研究具有重要的参考价值。     

点火内压载荷对推进剂装药裂纹的影响

对内压载荷作用下装药的应力应变场进行了数值计算,并与经典文献进行了对比,结果符合很好。在此基础上,针对装药中心的表面裂纹,通过在裂纹尖端周围布置有限奇异裂纹元以模拟裂纹尖端的奇异型,计算了内压载荷作用下不同深度裂纹尖端的应力强度因子,分析并总结了断裂参量随裂纹深度以及时间的发展规律。计算结果表明,点火升压阶段,裂纹将主要以张开方式进行扩展。     

基于三维CT试样的X65钢裂纹扩展规律研究

海底管道是运输石油、天然气等战略资源最为安全和经济的方式,X65钢作为管道钢的主要制造材料,其稳定性和安全性备受关注.针对X65钢的疲劳裂纹扩展问题,建立三维紧凑拉伸(CT)试样的有限元模型,分别用扩展有限元法(XFEM)和专业裂纹扩展仿真软件模拟裂纹准静态和动态扩展过程,通过疲劳试验对模拟结果进行验证.结果表明:基于裂纹动态扩展的数值模拟结果更接近实际情况,通过疲劳试验测得的K值与裂纹动态扩展模拟值相差小于3％,而与XFEM和解析公式值在裂纹扩展后期相差6.8％.针对现行规范解析公式基于平面假设问题,提出一种适用于三维应力状态的标准CT试样裂尖应力强度因子计算改进公式,得到基于Paris公式的裂纹扩展速率线性拟合参数lgC=-8.2223,m=2.9664.     

基于ABAQUS的H13钢裂纹扩展数值模拟

模具的断裂及裂纹萌生与扩展问题一直是影响模具寿命的重要因素。在扩展有限元法基本原理的基础上,以ABAQUS为平台,利用XFEM模拟模具钢H13的裂纹扩展问题,得到单边缺口拉伸试件的裂纹扩展过程及裂纹尖端的应力分布和变化曲线。研究载荷、裂纹长度、构件几何参数对裂纹尖端应力强度因子的影响,输出静态裂纹的应力强度因子,并与解析解进行比较。结果表明,扩展有限元法能够有效进行裂纹开裂及扩展过程的仿真。数值模拟不受单边边界条件的制约,无需单元的局部加密,有效减少单元数量,节省了计算成本。     

基于XFEM法的拉壳钩裂纹扩展分析研究

以某小口径自动武器拉壳钩为研究对象,在UG中建立三维模型,以ABAQUS为分析平台,运用扩展的有限元法对拉壳钩抽壳过程中裂纹的扩展乃至拉壳钩断裂进行有限元分析,并与试验结果相对比,验证了XFEM法在裂纹扩展中的可靠性,分析得到的应力强度因子和J积分与理论计算值吻合得很好,分析结果对拉壳钩的结构优化设计具有一定的参考价值。     

考虑T应力的PBX裂纹尖端失效区和起裂行为

为了研究高聚物粘结炸药(PBX)结构在复杂应力状态下裂纹的起裂特征,针对中心贯穿斜裂纹的无限大平板模型,基于考虑T应力的裂纹尖端应力场和Drucker-Prager强度准则,理论上给出了考虑材料拉压比、泊松比、静水压力、应力状态、裂纹面闭合摩擦以及T应力的PBXⅠ-Ⅱ复合型裂纹尖端失效区隐式控制方程。利用裂纹尖端失效区最小半径起裂准则,研究了T应力对PBX裂纹尖端失效区和起裂行为的影响。理论研究表明,远场拉伸下,T应力导致裂尖失效区增大(0°β45°)或减小(45°β90°),T应力使裂纹起裂角减小;远场压缩下,裂纹处于纯Ⅱ型状态,裂纹面闭合摩擦效应减小了裂尖失效区,但不影响起裂角。T应力使压剪裂纹起裂角增大并减小了失效区。同时,T应力使最危险裂纹倾角β0明显增大。因此,研究PBX裂纹起裂行为,需要充分考虑裂纹尖端T应力的影响。     

基于柔度法的开口角隅试样裂纹扩展数值计算

开口结构的角隅区域由于几何不连续易产生应力集中,复杂工况下的循环交变应力使角隅区域的损伤逐渐累积而产生疲劳裂纹,影响结构的整体安全和正常运行。针对开口角隅区域裂纹扩展问题,依次建立自主设计的开口角隅试样二维和三维模型,并分别采用常规有限元法和扩展有限元法(XFEM)进行数值模拟。最终得到3种不同计算方法的裂纹尖端应力强度因子K,并基于柔度法换算得到裂纹长度与应力强度因子间的显式关系式。结果表明:圆角半径对裂纹扩展影响不大,研究成果可为开口结构角隅区域的裂纹扩展特性研究提供理论依据和试验基础。     

基于边缘检测和数字图像相关法的疲劳裂纹长度测量方法

针对先进高强钢板存在的显著裂纹闭合现象导致裂纹闭合段难以检测问题,提出一种基于边缘检测和数字图像相关(DIC)技术相结合的疲劳裂纹长度高精度动态测量方法.使用两个相机分别拍摄疲劳裂纹扩展试验过程中裂纹试件两面的裂纹和散斑图像,并对图像进行处理来测量裂纹长度,可检测到传统灰度边缘检测无法检测到的裂纹闭合段,从而提高测量精...     

圆筒外表面刻环型窄槽底端部应力强度因子K_1的数值计算

用数值方法比较了圆筒外表面刻环形窄槽底端部与实心圆柱体中心处圆盘状窄槽底端部的应力分布,证明二者仅差一个常系数,从而以带圆盘状裂纹实心圆柱体的解为基础,给出了圆筒外表面刻环形窄槽底端部应力强度因子K1的有限元分析,为弹丸控制破片刻槽深度和刻槽宽度及弹体材料性能研究提供了重要参考。     

蠕变-热疲劳裂纹的控制参量研究

考虑材料的双线性随动强化和蠕变特性,用有限、元方法分析了蠕变一热疲劳裂纹的张开过程。裂纹在加热和保温过程中受压应力作用,处于闭合状态。由于加热和保温过程产生的非弹性应变不能自由恢复,降温过程的后期产生垂直裂纹面的拉应力,使裂纹逐渐张开。此时裂纹附近材料的温度已经下降到蠕变温度以下,并且裂纹的张开过程是热应力的卸载过程,因此C“参数和,积分不适用于蠕变一热疲劳裂纹。在小范围屈服条件下,可用应力强度因子作为蠕变一热疲劳裂纹的控制参量。计算表明,延长保温时间,升高加热的景高温度,增加裂纹长度都能够使应力强度因子增大。     

国产HTPB复合固体推进剂Ⅰ-Ⅱ型裂纹断裂性能实验研究

采用WDN-10KN材料实验机对含Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的HTPB复合固体推进剂进行了拉伸速率为2mm.min-1的单轴拉伸试验,用摄像机记录了推进剂裂纹扩展至断裂的整个过程。得到了六种不同裂纹倾斜角下的力-变形曲线及裂纹扩展开裂角和断裂载荷。与T断裂准则、S断裂准则和σθ断裂准则进行比较,结果表明推进剂裂纹扩展开裂角与T断裂准则的数值计算结果较为接近,说明可以借助于T断裂准则对推进剂裂纹扩展的初始开裂角进行初步的理论预测。     

基于内聚裂纹模型的高聚物粘结炸药模拟材料动态巴西实验的数值模拟

高聚物粘结炸药(PBX)是战斗部的关键组成部分,其动态力学行为,特别是动态断裂特性关系到战斗部的安全性和使用可靠性。基于内聚裂纹模型,对PBX模拟材料(PBX-M)的动态巴西实验进行数值模拟,对比霍普金森杆实验中测得的拉伸应力曲线,以及高速摄像结合数字图像相关方法得到的试样表面位移场和应变场。对比结果发现,拉伸应力峰值的数值模拟结果比实验结果小约5%,拉应变集中带的数值模拟结果与实验结果的偏差小于15%,验证了内聚裂纹模型的有效性。根据数值模拟结果,探讨了PBX-M试样在动态巴西实验过程中的起裂和裂纹扩展规律,给出了裂纹宽度的定量化信息。