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基于近场动力学的泡沫水泥石破坏机制研究及抗压强度预测
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作者 王强 步玉环 +2 位作者 路畅 柳华杰 郭胜来 《计算力学学报》 北大核心 2026年第1期87-93,共7页
为了明确泡沫水泥内部孔隙结构对水泥石抗压强度的影响,建立了泡沫水泥石近场动力学数值模型,通过开源软件Peridigm对不同参数条件下的数值模型进行单轴压缩模拟实验。研究表明,泡沫水泥内部的损伤会由薄壁区域逐渐向整个水泥石内部扩展... 为了明确泡沫水泥内部孔隙结构对水泥石抗压强度的影响,建立了泡沫水泥石近场动力学数值模型,通过开源软件Peridigm对不同参数条件下的数值模型进行单轴压缩模拟实验。研究表明,泡沫水泥内部的损伤会由薄壁区域逐渐向整个水泥石内部扩展;泡沫水泥石的抗压强度与孔隙度、孔隙尺寸成负相关,与孔隙球度成正相关。以2900余个泡沫水泥模型的计算结果建立了泡沫水泥抗压强度预测模型,为满足不同强度要求的泡沫水泥石合理方案设计提供一定的理论依据。 展开更多
关键词 固井工程 泡沫水泥 近场动力学 孔隙结构 抗压强度
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耦合孔洞分布特征变化规律的层裂损伤模型及其应用
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作者 张凤国 潘昊 +1 位作者 王裴 王欣欣 《物理学报》 北大核心 2026年第3期328-334,共7页
强冲击加载下延性材料的层裂损伤演化过程包含孔洞成核、增长、汇合以及材料的断裂/破碎等物理过程,孔洞增长基本保持球形扩展,损伤演化过程可分为孔洞成核与增长以及孔洞汇合与增长两个阶段,且孔洞之间汇合以接触汇合形式为主.基于三... 强冲击加载下延性材料的层裂损伤演化过程包含孔洞成核、增长、汇合以及材料的断裂/破碎等物理过程,孔洞增长基本保持球形扩展,损伤演化过程可分为孔洞成核与增长以及孔洞汇合与增长两个阶段,且孔洞之间汇合以接触汇合形式为主.基于三角函数形式,本文给出了孔洞数密度变化全过程的唯像物理描述方法,并构建耦合孔洞分布特征变化规律的层裂损伤演化方程.新模型不仅全面反映了孔洞成核、增长以及汇合的物理过程,展示损伤演化过程中的孔洞分布特征的变化规律,而且计算结果可以给出材料内部的损伤状态以及孔洞数密度的分布情况,这为损伤之后材料的再压缩和破碎问题的分析提供了有效支撑.微观计算统计结果和相关实验结果验证了新模型的适用性. 展开更多
关键词 层裂损伤模型 孔洞成核 孔洞汇合 孔洞分布特征 冲击加载 延性金属
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基于变形信息增强神经网络的高精密结构热变形误差高效预测
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作者 樊浩然 任恩圳 +5 位作者 毛立忠 祖金林 钱昌明 何霁 李淑慧 金隼 《塑性工程学报》 北大核心 2026年第2期110-118,共9页
随着现代制造业对制造精度要求的不断提高,高精密制造设备运行时产生的结构热变形对加工精度的影响成为了一个决定零件最终精度的关键问题。现有的解决方法主要通过对于结构变形的预测从而进行有效补偿,传统的热变形预测方法往往依赖于... 随着现代制造业对制造精度要求的不断提高,高精密制造设备运行时产生的结构热变形对加工精度的影响成为了一个决定零件最终精度的关键问题。现有的解决方法主要通过对于结构变形的预测从而进行有效补偿,传统的热变形预测方法往往依赖于有限元模拟或对实验数据的直接拟合,有限元建模方法存在计算复杂度高,需要对热源、热传导等众多因素进行详细建模,计算速度慢且使用范围受限;而实验数据直接拟合的方法需要的数据量大,稳定性差,无法满足物理的保真性,预测结果准确性不能保证,难于实现泛化和推广。本研究提出了一种物理信息增强神经网络,用于实现结构热变形误差的高效精确预测,为高精密结构热变形误差的补偿提供关键技术支撑。该方法将结构不同位置的温度变化作为输入,并通过引入应变物理量作为中间变量,串联温度和热误差,进一步在损失函数中引入热弹塑性应力-应变方程以及力平衡方程的物理信息,来实现对结构热变形误差的高保真和高精确预测,从而为精密制造过程中的误差补偿提供理论依据。验证结果表明,所提出的变形信息增强神经网络模型能够准确捕捉温度、应变与热误差之间的非线性关系,相比传统数据驱动模型显著提高了预测精度与物理一致性,为高精密设备的热误差在线预测与补偿提供了一种高效可行的新思路。 展开更多
关键词 变形信息增强神经网络 结构热变形 热误差预测 物理约束建模
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基于近场动力学理论的脆性材料裂纹扩展模拟
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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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考虑锈蚀损伤影响的输电塔洪水易损性分析
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作者 马志程 于海 +4 位作者 赵金雄 董世文 王关霖 杨勇 彭林 《计算力学学报》 北大核心 2026年第1期162-168,共7页
以实际输电线路中常采用的输电塔为对象,开展了考虑锈蚀损伤影响的输电塔结构洪水易损性分析。选取一实际输电塔为研究对象,基于SAP2000平台建立输电塔结构三维有限元模型。进行了不同洪水深度以及不同锈蚀条件下的输电塔洪水静力推覆分... 以实际输电线路中常采用的输电塔为对象,开展了考虑锈蚀损伤影响的输电塔结构洪水易损性分析。选取一实际输电塔为研究对象,基于SAP2000平台建立输电塔结构三维有限元模型。进行了不同洪水深度以及不同锈蚀条件下的输电塔洪水静力推覆分析,得到不同损伤程度的破坏特征荷载,进一步基于Monte-Carlo模拟分析,考虑洪水荷载的不确定性,计算得到了输电塔结构的洪水易损性曲线。研究结果表明,洪水深度以及锈蚀程度会显著影响输电塔损伤破坏时需要的洪水荷载的大小,随着洪水深度2 m增加到5 m以及锈蚀程度0%增大到40%,不同损伤程度的破坏荷载显著降低,下降比例在11.26%~41.09%;输电塔的洪水易损性也会显著增长,4 m深度的洪水条件下,40%的锈蚀率可带来64.6%的中等损伤的易损性增大。 展开更多
关键词 锈蚀损伤 洪水冲击 输电塔结构 易损性分析 损伤极限状态
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多工况变幅疲劳荷载下橡胶裂纹长度的加速算法研究
6
作者 吴子恒 陈鹏书 +2 位作者 李子然 时子程 汪洋 《计算力学学报》 北大核心 2026年第1期61-67,共7页
对于橡胶材料使用开裂能密度法计算多工况变幅疲劳载荷下的裂纹扩展问题,需要计算给定初始裂纹长度与循环周次时的裂纹扩展长度。传统的逐步积分法计算效率过低,需要划分大量增量步才能准确计算数值积分。本文将Miner法则与逐步积分法... 对于橡胶材料使用开裂能密度法计算多工况变幅疲劳载荷下的裂纹扩展问题,需要计算给定初始裂纹长度与循环周次时的裂纹扩展长度。传统的逐步积分法计算效率过低,需要划分大量增量步才能准确计算数值积分。本文将Miner法则与逐步积分法相结合,提出了一种隐式迭代法。理论分析与算例数值计算均表明,与逐步积分法相比,该方法可有效提高裂纹扩展长度的计算效率。在此基础上进行了多工况变幅疲劳荷载作用下裂纹扩展长度与各工况作用顺序相关性的数值仿真,结果表明各工况的前后作用顺序影响总裂纹扩展长度,这种影响在循环周次较大时尤为明显。 展开更多
关键词 橡胶疲劳 变幅荷载 开裂能密度 多工况 加速算法
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力-化耦合断裂相场模型研究进展
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作者 申强 张世一 马立峰 《科学技术与工程》 北大核心 2026年第3期879-900,共22页
化学场所诱导的失效是常见材料失效模式之一。由于其复杂的多物理场耦合失效机理,传统的有限元方法在分析这种复杂的力-化耦合失效时具有一定的局限性。近年来,相场断裂模型在分析裂纹萌生、扩展和分支方面具有独特的优势。相场断裂模... 化学场所诱导的失效是常见材料失效模式之一。由于其复杂的多物理场耦合失效机理,传统的有限元方法在分析这种复杂的力-化耦合失效时具有一定的局限性。近年来,相场断裂模型在分析裂纹萌生、扩展和分支方面具有独特的优势。相场断裂模型基于断裂力学的变分原理,该模型可以有效地处理多场耦合断裂问题。详细介绍了力-化耦合断裂相场模型的理论框架、控制方程及有限元实现,并简述了该模型在锂离子电池颗粒充放电过程中和金属材料氢脆中的应用。最后,阐述了该模型在工程应用中存在的主要问题,并探讨了未来研究方向。 展开更多
关键词 断裂 损伤 相场模型 锂离子电池 氢脆
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基于DD-OSBPD模型的耐火材料热震损伤分析
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作者 张益豪 姜翠香 江小玉 《应用数学和力学》 北大核心 2026年第2期189-202,共14页
提出了一种基于损伤依赖的常规态型近场动力学(damage-dependent ordinary state-based peridynamics,DD-OSBPD)完全热力耦合模型,该模型考虑了因键断裂出现裂纹损伤而产生的新的表面效应,引入键损伤修正因子,对表面修正因子进行二次修... 提出了一种基于损伤依赖的常规态型近场动力学(damage-dependent ordinary state-based peridynamics,DD-OSBPD)完全热力耦合模型,该模型考虑了因键断裂出现裂纹损伤而产生的新的表面效应,引入键损伤修正因子,对表面修正因子进行二次修正,以提高近场动力学(peridynamics,PD)模型在裂纹损伤处的计算精度,并运用OpenMP并行计算技术实现了对该模型的数值计算.分别采用DD-OSBPD热力耦合模型,常规态型近场动力学(ordinary state-based peridynamics,OSBPD)热力耦合模型和有限元方法对受均匀拉伸载荷作用的含中心裂纹板的热力耦合问题进行了模拟计算,对DD-OSBPD热力耦合模型的有效性进行了分析验证.基于DD-OSBPD热力耦合模型,该文对不同淬火温度下陶瓷板的裂纹损伤扩展进行了模拟计算,研究了不同淬火温度对材料抗热冲击性的影响,并与试验结果进行了对比分析,结果表明,数值模拟结果与试验研究结果显示了相同的裂纹扩展规律,且吻合良好,进一步对该模型的正确性进行了验证. 展开更多
关键词 近场动力学 热力耦合 裂纹 损伤依赖 耐火陶瓷
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强制风冷对玻璃纤维/乙烯树脂复合材料高周疲劳性能的影响
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作者 赵邦耀 王垠 +6 位作者 胡义锋 魏雄 李伟 胡煜 王建强 张志家 张钱城 《应用数学和力学》 北大核心 2026年第2期136-144,共9页
为研究强制风冷对单向拉挤成型玻璃纤维/乙烯树脂复合材料疲劳性能的影响,进行了准静态拉伸试验,获取其破坏极限载荷并且分析其破坏模式.在此基础上,采用带有强制风冷的高频疲劳试验机以及监控温度变化的红外摄像机,研究了有无强制风冷... 为研究强制风冷对单向拉挤成型玻璃纤维/乙烯树脂复合材料疲劳性能的影响,进行了准静态拉伸试验,获取其破坏极限载荷并且分析其破坏模式.在此基础上,采用带有强制风冷的高频疲劳试验机以及监控温度变化的红外摄像机,研究了有无强制风冷措施下该复合材料拉-拉疲劳行为,对比分析了有无强制风冷措施对试件疲劳寿命的影响规律.试验结果表明:在155~240 MPa应力水平下,未施加强制风冷措施试件表面温度快速上升导致试件失效,而在155 MPa应力水平以下,温度先缓慢上升后出现稳态;采用强制风冷措施后,试件表面温度降低,疲劳寿命显著增长,且在140 MPa应力水平以下,有无强制风冷措施对试件的疲劳寿命无明显影响.同时,试件疲劳断口以基体开裂为主.该文所探究的试验方法为纤维增强复合材料疲劳试验设计提供参考和帮助. 展开更多
关键词 玻璃纤维增强复合材料 S-N曲线 红外监测 刚度退化
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超高压容器典型裂纹自由表面处应力强度因子的计算方法改进
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作者 汪志福 危书涛 +1 位作者 张元迪 郑健 《应用数学和力学》 北大核心 2026年第2期178-188,共11页
自由表面处应力强度因子是超高压容器典型裂纹扩展及寿命预测过程中的核心计算参数,在分段线性插值方法的基础之上加以改进,提出了一种基于高阶多项式拟合计算的方法.以盲底裂纹为例,采用不同次数的多项式拟合了不同采集数据量下的应力... 自由表面处应力强度因子是超高压容器典型裂纹扩展及寿命预测过程中的核心计算参数,在分段线性插值方法的基础之上加以改进,提出了一种基于高阶多项式拟合计算的方法.以盲底裂纹为例,采用不同次数的多项式拟合了不同采集数据量下的应力数据;按该方法进行了不同裂纹下自由表面处应力强度因子的计算,并围绕多项式次数和采集数据量展开研究,探究了二者对计算结果的影响规律;在不同的裂纹深长比下,对比分析了该方法与文献中推荐的线性插值方法及有限元法的差异.结果表明,计算结果随着多项式次数的增加,表现出逐渐逼近且收敛的趋势,常规三次与高阶多项式拟合的计算结果最小相对误差约为-30%;采集数据量不断增多时,计算结果逐渐向稳定值收敛,对比数据量偏少与偏多场景下的计算结果,其最大相对误差约为11%;该方法与文献中的线性插值方法及有限元法的计算结果均基本一致,吻合度较高,且适用于裂纹动态扩展及寿命预测过程中. 展开更多
关键词 超高压容器 裂纹扩展 高阶多项式拟合 裂纹自由表面处 应力强度因子 计算方法改进
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基于双向LSTM自动编码器的新型无监督深度学习结构损伤识别
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作者 李雪艳 苏博 +2 位作者 陈铭 张锦棠 赵卫 《计算力学学报》 北大核心 2026年第1期53-60,共8页
工程结构损伤评估是土木工程领域的关键研究方向,近年来受到广泛关注。尽管基于振动的结构健康监测(SHM)在无监督深度学习方面取得了一定进展,但在从环境振动信号中精准定位和量化结构损伤方面仍存在挑战。为此,本文提出了一种基于双向... 工程结构损伤评估是土木工程领域的关键研究方向,近年来受到广泛关注。尽管基于振动的结构健康监测(SHM)在无监督深度学习方面取得了一定进展,但在从环境振动信号中精准定位和量化结构损伤方面仍存在挑战。为此,本文提出了一种基于双向长短期记忆自动编码器(Bi-LSTM-AE)的无监督深度学习方法,用于高效诊断结构损伤。该方法仅利用振动响应数据即可实现结构状态识别、损伤定位及量化分析。仅使用未损状态的加速度数据训练Bi-LSTM-AE模型,然后提取并编码损伤特征,以最小误差还原输入信号。在损伤状态下,模型通过重构误差的显著变化,结合损伤敏感特征(DSF)量化误差差异,并计算损伤检测阈值。通过滚珠轴承故障检测和短跨钢梁桥振动实验验证,Bi-LSTM-AE在多种损伤状态下均能有效区分正常与故障状态,并实现损伤定位,尤其在轻微损伤识别方面表现出高敏感性。实验结果表明,Bi-LSTM-AE在多种结构状态识别中均展现出优异性能。本文的创新点在于将Bi-LSTM网络引入无监督SHM框架,显著提升了损伤识别的精度与鲁棒性,为复杂结构的实时监测与诊断提供了有效途径。 展开更多
关键词 结构健康监测 自编码器 双向长短期记忆 损伤阈值 无监督深度学习
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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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基于红外热像技术和固有损伤耗散的金属疲劳寿命预测
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作者 吴亚莲 叶子和 +2 位作者 钱淼 李浩然 李文奇 《机械强度》 北大核心 2026年第1期42-47,共6页
【目的】针对传统成组法测试金属疲劳S-N曲线周期长、成本高,且现有红外热像法关联模型靶向性不足的问题,提出基于固有损伤耗散的疲劳寿命预测方法,实现S-N曲线的快速精准测定。【方法】首先,基于连续介质损伤力学和不可逆热力学,推导... 【目的】针对传统成组法测试金属疲劳S-N曲线周期长、成本高,且现有红外热像法关联模型靶向性不足的问题,提出基于固有损伤耗散的疲劳寿命预测方法,实现S-N曲线的快速精准测定。【方法】首先,基于连续介质损伤力学和不可逆热力学,推导出固有损伤耗散表征模型。其次,结合温升与疲劳损伤的关联假设,构建疲劳寿命预测模型。最后,以铝合金2A12为研究对象开展红外热像法试验,将预测S-N曲线与成组法结果对比验证。【结果】结果表明,所提方法仅需单根试样即可完成测试,所得S-N曲线与成组法结果高度吻合,验证了模型有效性,大幅降低了测试成本与周期,为金属疲劳S-N曲线测定提供了高效方案。 展开更多
关键词 金属疲劳 S-N曲线 寿命预测 红外热像技术 固有损伤耗散
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产品寿命服从指数分布/失效率为常数的条件与统计特性
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作者 谢里阳 江超 《机械强度》 北大核心 2025年第9期50-53,共4页
可靠性工程中,时常采用指数分布来描述产品(零部件或设备)寿命;相应的,产品的失效率为常数(不随产品服役时间变化)。然而,只有某些具有特定性能的产品或在特定的载荷环境中寿命才会服从指数分布,失效率才会是常数。在零部件寿命不服从... 可靠性工程中,时常采用指数分布来描述产品(零部件或设备)寿命;相应的,产品的失效率为常数(不随产品服役时间变化)。然而,只有某些具有特定性能的产品或在特定的载荷环境中寿命才会服从指数分布,失效率才会是常数。在零部件寿命不服从指数分布的情况下,假设寿命服从指数分布会导致可靠性及失效率分析结果严重偏离真实情况;在零部件寿命服从指数分布的场合,随意假设零部件独立失效,会错误地估计设备(由零部件构成的系统)的可靠性。从产品性能和服役载荷环境两个方面分析、推断产品失效率的属性(是否随产品服役时间变化),进而揭示产品寿命服从指数分布的条件,阐释在零部件寿命服从指数分布的条件下,系统中零部件失效的独立性/相关性问题。 展开更多
关键词 寿命分布 失效率 指数分布 零部件失效相关性 系统可靠性
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超薄高强钢化玻璃的动态和静态破裂应力研究
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作者 王乙法 《力学与实践》 2026年第1期48-54,共7页
为研究消费电子行业超薄高强钢化盖板玻璃的动态和静态破裂应力,采用两组0.4 mm厚度玻璃式样,分别进行钢球冲击和环压环(ring on ring,ROR)实验,且均结合了数值仿真对比分析,实测和仿真的结果吻合度较高。得到了两组玻璃非边缘区域的动... 为研究消费电子行业超薄高强钢化盖板玻璃的动态和静态破裂应力,采用两组0.4 mm厚度玻璃式样,分别进行钢球冲击和环压环(ring on ring,ROR)实验,且均结合了数值仿真对比分析,实测和仿真的结果吻合度较高。得到了两组玻璃非边缘区域的动态和静态破裂应力数据,二者的威布尔分布曲线形状参数β值相似度高,分别为13.95和13.64,前者的B50破裂应力是后者的1.65倍。利用最小二乘法,根据两组实验的破裂应力和应力速率拟合出了相关的破裂参数n值,为19.2,为实际工程仿真中玻璃动态破裂应力阈值的研究提供了实验和仿真模型参考。 展开更多
关键词 超薄高强钢化玻璃 应力速率 动态破裂应力 数值仿真 钢球冲击 环压环
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航空导管应力腐蚀试验装夹影响分析
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作者 牛子潇 赵双喜 王文鹏 《机械工程师》 2026年第2期31-34,共4页
应力腐蚀试验是检验航空导管性能的重要方法之一,主要考察导管与接头之间的连接形式对连接部位是否会产生有害应力腐蚀。在对管接头施加载荷时,需选择合适的夹具装夹方式,避免在导管夹持处产生应力集中而在后续试验中发生应力腐蚀破坏... 应力腐蚀试验是检验航空导管性能的重要方法之一,主要考察导管与接头之间的连接形式对连接部位是否会产生有害应力腐蚀。在对管接头施加载荷时,需选择合适的夹具装夹方式,避免在导管夹持处产生应力集中而在后续试验中发生应力腐蚀破坏。针对此问题,基于Abaqus对TA18无扩口导管连接件在固定与转动两种装夹方式下加载进行有限元分析,以确定合适的装夹方式,并确定使用对应夹具时7种规格无扩口导管的应变片位置应变值与应变最大值之间的相对误差。结果表明:转动装夹方式可以降低导管夹持处的应力水平;使用转动式夹具时,采用应变片读数低于理论值3%的修正方法进行试验,对保证试验加载准确性有一定意义。 展开更多
关键词 航空导管 应力腐蚀试验 装夹方式 有限元分析 应变片
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热-力耦合作用下含缺陷单晶铝动态拉伸变形及破坏机理
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作者 郭晓菊 贾雯 宋保正 《青海大学学报》 2026年第1期63-69,112,共8页
为分析缺陷构型和环境温度对材料变形、损伤演化及破坏机理的影响,采用分子动力学方法,结合嵌入原子势(EAM)对含缺陷构型(孔洞数量、双孔洞空间分布)与环境温度耦合作用下的单晶铝模型进行动态拉伸模拟,系统揭示其变形及破坏机制。结果... 为分析缺陷构型和环境温度对材料变形、损伤演化及破坏机理的影响,采用分子动力学方法,结合嵌入原子势(EAM)对含缺陷构型(孔洞数量、双孔洞空间分布)与环境温度耦合作用下的单晶铝模型进行动态拉伸模拟,系统揭示其变形及破坏机制。结果表明:孔洞数量从1增加至4,单晶铝的力学性能显著降低,其抗拉强度较完美模型下降36.7%~37.2%。同时,拉伸速率对该效应具有强化作用,在拉伸速率为1.62Å/ps时,抗拉强度降幅达38.8%~39.4%;双孔洞模型存在临界间距,其阈值d_c=40Å。当双孔洞间距d为20Å时,抗拉强度较临界间距模型降低7.1%;当d为80Å时,间距效应随拉伸速率的升高呈现弱化趋势(强度波动<4%)。通过微观变形分析得到,在塑性阶段,位错环扩展诱发孔洞聚合;环境温度从200 K升高至400 K,引发单晶铝材料热软化效应,导致抗拉强度衰减,降幅为23.6%~26.7%。结论揭示了拉伸速率、温度与缺陷之间的关联,为材料微结构设计及微纳器件强韧化调控提供了一定的数据支撑。 展开更多
关键词 耦合 动态拉伸 孔洞演变 破坏机制
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考虑加载次序影响的改进M-H模型 被引量:2
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作者 范文亮 李正良 李明亮 《工程力学》 北大核心 2025年第4期179-186,共8页
传统的M-H模型不能考虑加载次序对后续疲劳累积损伤模型的影响,考虑加载次序对模型影响的改进M-H模型大多通过修改寿命比特征指数实现,可推广性受限。该文建议了一种更易推广的考虑加载次序影响的方式,即等效循环比,给出了改进M-H模型... 传统的M-H模型不能考虑加载次序对后续疲劳累积损伤模型的影响,考虑加载次序对模型影响的改进M-H模型大多通过修改寿命比特征指数实现,可推广性受限。该文建议了一种更易推广的考虑加载次序影响的方式,即等效循环比,给出了改进M-H模型的一般形式;并建议了可实用的等效循环比表达式,提出了一种新的改进M-H模型。借助已有试验数据验证了建议的改进M-H模型的准确性,且通过与现有模型的对比体现了该文中模型的较优精度与广泛适用性。 展开更多
关键词 金属材料 疲劳损伤累积 加载次序影响 等效循环比 M-H模型
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基于临界域能量守恒的缺口板高周疲劳损伤双尺度模型研究 被引量:1
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作者 张伟 李如俊 +1 位作者 李玉雪 彭艳 《力学学报》 北大核心 2025年第6期1421-1431,共11页
目前主流的金属缺口件高周疲劳损伤评估理论集中于宏观唯象范畴,较少涉及微细观尺度描述.高周疲劳过程宏观表现为弹性响应,如何在表征缺口效应影响的同时考虑晶粒尺度的微塑性累积对疲劳损伤的促进行为,是一个具有工程实际意义的问题.... 目前主流的金属缺口件高周疲劳损伤评估理论集中于宏观唯象范畴,较少涉及微细观尺度描述.高周疲劳过程宏观表现为弹性响应,如何在表征缺口效应影响的同时考虑晶粒尺度的微塑性累积对疲劳损伤的促进行为,是一个具有工程实际意义的问题.文章以金属缺口板为研究对象,在缺口根部定义临界域范围,并计及内禀微塑性耗散和内禀损伤耗散,建立一种可考虑细观塑性行为的临界域能量守恒关系.基于细观塑性理论和尺度过渡准则,以Lin-Taylor假设作为桥梁,借助临界面方法提出一种体积平均假设,实现细观微塑性耗散的宏观表征.基于连续介质损伤力学理论,表征临界域内禀损伤耗散行为.以单个载荷循环为广义时间,建立一种新的双尺度损伤演化模型,并通过ABAQUS实现缺口件加载,编写UMAT子程序嵌入计算损伤参量.最后借助6种航空金属材料在不同缺口和加载工况下的实验数据和4种经典缺口疲劳表征模型,对比验证新模型有效性和优越性.结果表明,新模型预测效果基本位于2倍误差范围内,误差分散程度更小,具有较好的预测效果.本研究旨在进一步丰富金属疲劳损伤多尺度分析理论体系,赋予疲劳评估模型更明确的工程应用与物理意义. 展开更多
关键词 缺口效应 临界域能量守恒 内禀损伤 微塑性 双尺度
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基于切应变能密度的拉扭双轴疲劳寿命预测模型 被引量:1
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作者 李静 华腾飞 +1 位作者 刘豪 仇原鹰 《航空动力学报》 北大核心 2025年第5期52-59,共8页
在分析Fatemi-Socie疲劳寿命预测模型不足的基础上,定义具有较大法向应变范围的最大切应变范围平面为临界平面,提出了一种基于切应变能密度的多轴疲劳寿命预测模型,给出了模型中各疲劳破坏参数、材料常数和临界平面位置的确定步骤,并利... 在分析Fatemi-Socie疲劳寿命预测模型不足的基础上,定义具有较大法向应变范围的最大切应变范围平面为临界平面,提出了一种基于切应变能密度的多轴疲劳寿命预测模型,给出了模型中各疲劳破坏参数、材料常数和临界平面位置的确定步骤,并利用6种材料的疲劳试验结果对所建模型进行了验证。结果表明:利用平均应力敏感系数修正后的平均切应力,既可以反映不同材料对平均切应力敏感程度的不同,也可以很好地反映平均切应力对材料多轴疲劳损伤的影响。在拉扭比例加载、非比例加载和非对称加载下,分别有100%、93.2%、90.4%的预测结果位于3倍误差带内。 展开更多
关键词 双轴疲劳 平均应力 敏感系数 寿命预测 应变能密度
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