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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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考虑加载次序影响的改进M-H模型 被引量:1
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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
7
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
原文传递
基于DIC的疲劳裂纹张开载荷影响因素研究 被引量:1
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作者 龚宝明 刘昊 +1 位作者 张文强 邓彩艳 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 北大核心 2025年第6期576-582,共7页
疲劳裂纹闭合效应对结构疲劳寿命预测精确度有重要影响,如何确定疲劳裂纹扩展时张开载荷的变化规律是疲劳研究的重要课题之一.针对DH36钢,使用数字图像相关(DIC)技术获得裂纹尖端位移场,通过全场位移拟合法得到了不同裂纹长度的三点弯曲... 疲劳裂纹闭合效应对结构疲劳寿命预测精确度有重要影响,如何确定疲劳裂纹扩展时张开载荷的变化规律是疲劳研究的重要课题之一.针对DH36钢,使用数字图像相关(DIC)技术获得裂纹尖端位移场,通过全场位移拟合法得到了不同裂纹长度的三点弯曲(SENB)试样的裂纹尖端有效张开载荷,分析了影响拟合效果的因素,并获得张开载荷随裂纹长度和表面减薄的变化关系.最终通过裂纹扩展速率试验验证了全场位移拟合法所确定张开载荷的准确性.结果表明:DH36钢的疲劳裂纹张开载荷随裂纹长度的增加而增大,表面减薄试样的张开载荷显著低于未减薄试样. 展开更多
关键词 裂纹闭合 疲劳裂纹张开载荷 数字图像相关 疲劳裂纹扩展速率
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考虑施扰山体影响的耐张型悬索支撑输电结构风振疲劳损伤分析 被引量:1
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作者 李正良 王邦杰 王涛 《振动工程学报》 北大核心 2025年第2期279-291,共13页
由于受扰山体风场会受到附近其他山体的影响,处于受扰山体风场中的耐张型悬索支撑输电结构风振疲劳损伤需要考虑施扰山体的影响。为了分析施扰山体对耐张型悬索支撑输电结构风振疲劳损伤的影响,本文进行了复杂山地风场特性风洞试验,讨... 由于受扰山体风场会受到附近其他山体的影响,处于受扰山体风场中的耐张型悬索支撑输电结构风振疲劳损伤需要考虑施扰山体的影响。为了分析施扰山体对耐张型悬索支撑输电结构风振疲劳损伤的影响,本文进行了复杂山地风场特性风洞试验,讨论了受扰山体风场平均风修正系数和脉动风修正系数随施扰山体坡度、高度和间距的变化规律,并提出了相应的分布模型;基于非线性有限元理论,建立了考虑施扰山体影响的耐张型悬索支撑输电结构风振非线性有限元模型;采用雨流计数法和Miner线性疲劳累积损伤准则进行疲劳损伤分析;通过本文提出的框架研究了施扰山体对某两跨耐张型悬索支撑输电结构风振疲劳损伤的影响。结果表明:随着施扰山体坡度的增大,耐张型悬索支撑输电结构各部位疲劳损伤呈先减小后增大的变化趋势;施扰山体高度对各部位疲劳损伤的影响较小,无明显变化规律;当施扰山体间距为0~600 m时,各部位疲劳损伤随着间距的增大而逐渐减小,当施扰山体间距为600~800 m时,各部位疲劳损伤随着间距的增大而陡然增大;在同一施扰山体影响下,支撑导线悬索和导线的端部疲劳损伤均较跨中更大。 展开更多
关键词 悬索支撑输电结构 风振疲劳损伤 Miner线性疲劳累积损伤准则 复杂山地风场 施扰山体
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韧性材料的几种断裂形式及判据讨论 被引量:25
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作者 汤安民 朱文艺 卢智先 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2002年第4期566-570,共5页
考察几种韧性材料的复合型断裂试验过程 ,用传统强度理论思想认定启裂位置与启裂方向 ,通过对不同物理机制的断裂形式变化规律的研究 ,判定韧性材料的主要断裂形式有三类 ,以空穴成核、扩张、聚合为主导机制的正拉断 ,和以局部剪切带形... 考察几种韧性材料的复合型断裂试验过程 ,用传统强度理论思想认定启裂位置与启裂方向 ,通过对不同物理机制的断裂形式变化规律的研究 ,判定韧性材料的主要断裂形式有三类 ,以空穴成核、扩张、聚合为主导机制的正拉断 ,和以局部剪切带形成、发展为主导机制的两种不同类型的剪切断裂。局部大塑性变形的出现在材料内引起损伤 ,空穴的聚合或局部剪切带的出现仅发生在载荷达到某一临界值时。导致材料断裂发生的根本因素 ,是危险点上某应力参数达到了材料的断裂临界值 ,以此对不同断裂形式的断裂判据进行讨论 ,提出新的韧性断裂判据。 展开更多
关键词 韧性材料 复合型断裂 空穴扩张 剪切断裂 断裂判据
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230合金高温蠕变变形行为与本构模型研究
12
作者 王弘昶 侯鑫阳 +6 位作者 王煦嘉 龙瑶 李玲 石悠 李强 张宇翾 宫建国 《压力容器》 北大核心 2025年第1期10-18,共9页
为了研究230合金(UNS N06230合金)蠕变变形行为与演化规律,保障热管堆、航空航天等领域中的高温部件的安全运行。开展了230合金在不同温度和应力水平下的单轴蠕变试验,分析了230合金蠕变特性与温度和应力水平的关系,建立了基于Kachanov-... 为了研究230合金(UNS N06230合金)蠕变变形行为与演化规律,保障热管堆、航空航天等领域中的高温部件的安全运行。开展了230合金在不同温度和应力水平下的单轴蠕变试验,分析了230合金蠕变特性与温度和应力水平的关系,建立了基于Kachanov-Rabotnov模型与θ投影法的蠕变本构模型。结果表明:230合金的蠕变变形特性与温度有很强的相关性,温度为750℃时,存在较明显的蠕变第一阶段;温度为900℃时,蠕变第一阶段基本消失,蠕变变形曲线主要由第二、三阶段主导。Kachanov-Rabotnov蠕变损伤力学本构模型可以较好地描述230合金高温下的蠕变变形行为。研究结果可以为采用230合金的高温设备的长期安全运行提供保障。 展开更多
关键词 230合金 蠕变 本构模型 损伤力学
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基于近场动力学理论与声发射技术的钢材裂纹扩展中能量释放特征研究
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作者 霍林生 黄颖 +2 位作者 任亮 王靖凯 李宏男 《计算力学学报》 北大核心 2025年第4期664-669,共6页
为揭示钢材裂缝扩展过程中的能量释放特征,本文基于经典的钢材本构函数与近场动力学理论构建了钢材损伤的能量释放模型.基于提出的模型对钢板在单轴拉伸过程的能量释放进行了数值模拟,并开展了声发射试验进行验证.通过对比数值模拟和试... 为揭示钢材裂缝扩展过程中的能量释放特征,本文基于经典的钢材本构函数与近场动力学理论构建了钢材损伤的能量释放模型.基于提出的模型对钢板在单轴拉伸过程的能量释放进行了数值模拟,并开展了声发射试验进行验证.通过对比数值模拟和试验中的损伤情况及能量释放特征,发现两者在裂纹发展过程和损伤因子曲线趋势上存在良好的一致性,并且最大误差不超过10%,验证了提出计算公式的准确性.本文研究表明,将近场动力学理论与声发射技术结合,以能量释放为指标可以实现钢板损伤的有效监测. 展开更多
关键词 近场动力学 声发射 损伤监测 钢材 能量释放
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双孔爆破作用下裂纹扩展与贯穿数值模拟研究
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作者 杨鑫 周航 +4 位作者 冉正熙 蒲传金 肖定军 林谋金 马敖 《振动与冲击》 北大核心 2025年第17期202-214,共13页
为研究爆破作用下岩石动态断裂行为,采用有限元方法模拟了砂岩在单双孔爆破作用下裂纹扩展与贯穿过程。首先利用已有试验数据,计算得到砂岩的多项式状态方程系数,并基于Hoek-Brown准则,获取了JH-2(Johnson-Holmquist)本构模型参数。通... 为研究爆破作用下岩石动态断裂行为,采用有限元方法模拟了砂岩在单双孔爆破作用下裂纹扩展与贯穿过程。首先利用已有试验数据,计算得到砂岩的多项式状态方程系数,并基于Hoek-Brown准则,获取了JH-2(Johnson-Holmquist)本构模型参数。通过对单孔爆破内外部作用模拟,结果能较好地再现了粉碎区和裂隙区特征,成功验证了多项式状态方程、JH-2本构模型及其材料参数在动态裂纹模拟的可靠性。双孔爆破模拟结果表明:不同孔距和延期时间下,大多数模型孔间裂纹贯穿;同时发现,延期时间对裂纹扩展与贯穿有一定影响,主要表现在先起爆炮孔压缩应力波对后起爆炮孔的裂纹有一定抑制作用,阻碍孔间裂纹相互贯穿。裂纹贯穿主要存在三种形式,即直接贯穿、间接贯穿和混合贯穿,其中在间接贯穿过程中环向裂纹的作用是桥接上下交错的径向裂纹。最后,进一步分析和探讨了裂纹交错和贯穿机理,认为这两种现象的发生主要取决于两裂尖应力场分布和相互影响。 展开更多
关键词 双孔爆破 JH-2(Johnson-Holmquist)模型 贯穿形式 交错与贯穿机理 数值模拟
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动态荷载作用下裂尖DSIFs分析的广义参数Williams单元
15
作者 李朝阳 徐华 邓鹏 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第26期11019-11028,共10页
工程结构裂纹在动态荷载作用下容易迅速扩展,导致结构发生低应力脆断破坏,严重影响结构的安全和正常使用。在广义参数有限元法分析框架下,建立动态荷载作用下裂尖动态应力强度因子(dynamic stress intensity factors,DSIFs)分析的Willi... 工程结构裂纹在动态荷载作用下容易迅速扩展,导致结构发生低应力脆断破坏,严重影响结构的安全和正常使用。在广义参数有限元法分析框架下,建立动态荷载作用下裂尖动态应力强度因子(dynamic stress intensity factors,DSIFs)分析的Williams宏单元(W单元)。假定奇异区径向子单元各节点位移近似满足刚体转动理论,进而推导建立奇异区单元荷载向量近似求解式。利用Newmark积分为无条件稳定隐式算法的优势,求解模型的整体控制方程,并由相应的广义参数求解裂尖DSIFs。结合算例分析了W单元关键参数对裂尖DSIFs的影响,研究表明,当W单元的径向离散比例因子为0.95、径向离散单元数为400、级数项数为12时,W单元具有较高的计算精度。 展开更多
关键词 动态荷载 动态应力强度因子 Williams单元 广义参数 Newmark积分法
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铝合金焊接接头在过载下疲劳裂纹扩展行为和机制研究
16
作者 徐连勇 赵雷 +2 位作者 黄金超 孙全伟 梁文洲 《机械强度》 北大核心 2025年第9期62-71,共10页
高速列车转向架不同部位常采用不同强度铝合金材料进行设计,且采用焊接方式连接不同部件。当高速列车行驶在复杂路况时,转向架将承受拉伸过载作用,该拉伸过载会与焊接接头强度差异产生耦合叠加作用。因此,对转向架焊接结构件进行拉伸过... 高速列车转向架不同部位常采用不同强度铝合金材料进行设计,且采用焊接方式连接不同部件。当高速列车行驶在复杂路况时,转向架将承受拉伸过载作用,该拉伸过载会与焊接接头强度差异产生耦合叠加作用。因此,对转向架焊接结构件进行拉伸过载试验,研究拉伸过载作用下不同强度铝合金焊接接头的疲劳裂纹扩展行为和内在机制。采用柔度法测量拉伸过载作用下的裂纹扩展速率;用数字图像相关(Digital Image Correlation, DIC)技术分析了拉伸过载施加前后裂纹尖端塑性区的尺寸变化规律;采用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM)观测了不同铝合金拉伸过载作用区域的断口形貌特征,用裂纹尖端塑性区尺寸变化和对应断口形貌特征解释了拉伸过载作用下的裂纹扩展行为和内在机制。结果表明,单次拉伸过载能降低疲劳裂纹扩展速率,延长疲劳寿命。分析结果表明,拉伸过载过程增大裂纹尖端塑性区,并钝化裂纹尖端,从而使疲劳裂纹扩展速率降低。材料强度越低,相同拉伸过载作用下,裂纹尖端变形越严重,迟滞效应越明显。焊接接头在拉伸过载作用下与母材试验结果保持一致,迟滞效应的强弱只取决于材料本身强度。 展开更多
关键词 拉伸过载 机械强度 疲劳裂纹扩展速率 裂纹尖端 焊接接头
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求解三维固体结构裂纹扩展的有限质点法
17
作者 杨超 张鹏飞 +1 位作者 汪伟 罗尧治 《固体力学学报》 北大核心 2025年第1期39-53,共15页
对三维固体裂纹扩展的数值模拟一直是较为复杂的过程,裂纹路径的不可预知性使其计算求解相当繁琐且耗时.有限质点法是以向量力学为基础的一种结构复杂行为分析的新方法,本文将它与粘聚力模型相结合用于三维固体动态断裂问题的分析.该方... 对三维固体裂纹扩展的数值模拟一直是较为复杂的过程,裂纹路径的不可预知性使其计算求解相当繁琐且耗时.有限质点法是以向量力学为基础的一种结构复杂行为分析的新方法,本文将它与粘聚力模型相结合用于三维固体动态断裂问题的分析.该方法将固体域离散为质点群,允许通过自由增减质点实现从连续到非连续变形过程的模拟,处理裂纹扩展问题有独特优势.本文基于外加粘聚力模型构建有限质点法三维固体断裂的判别准则和粘聚元自动嵌入的断裂分析模式,提出一种基于遍历搜索的质点拓扑更新的通用处理方法,利用CUDA开发工具包编制三维固体断裂计算的GPU并行求解程序,并通过若干算例探讨方法和程序的有效性和正确性. 展开更多
关键词 三维固体 有限质点法 粘聚力模型 裂纹扩展 并行计算
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结构断裂损伤高效分析的隔离扩展有限元法
18
作者 李钢 韩春宏 余丁浩 《力学学报》 北大核心 2025年第10期2388-2398,共11页
疲劳与灾害载荷作用下,工程结构内部裂纹的萌生与扩展引起的断裂损伤是威胁其安全性的关键因素.然而,由于断裂损伤问题的非线性特征和微观尺度特征,其分析效率通常较低.本研究结合隔离非线性理论与扩展有限元法(XFEM),提出结构断裂损伤... 疲劳与灾害载荷作用下,工程结构内部裂纹的萌生与扩展引起的断裂损伤是威胁其安全性的关键因素.然而,由于断裂损伤问题的非线性特征和微观尺度特征,其分析效率通常较低.本研究结合隔离非线性理论与扩展有限元法(XFEM),提出结构断裂损伤高效分析的隔离扩展有限元法.本研究首先基于XFEM方法基本原理建立断裂区单元模型,并引入广义协调原理、自由度凝聚、矩阵广义逆等对该方法进行改进,将其中用于模拟断裂损伤的单元间共享附加扩展自由度转换为单元内部自由度,避免传统XFEM方法中结构整体刚度的维数增加,随后,通过将断裂区各单元刚度改写为无损单元刚度的摄动展开形式,进一步考虑断裂损伤的局部化特征,提出了断裂损伤结构的隔离非线性控制方程,该方程避免了结构整体刚度中的元素时变,断裂损伤效应通过对初始无损结构刚度的低秩摄动进行描述,引入Woodbury公式进行控制方程求解,在每个计算步中仅需对代表局部断裂损伤的小规模矩阵进行更新,在保证计算精度的同时显著提升效率.典型算例验证表明,该方法在确保裂纹计算准确性的同时,大幅降低了计算成本. 展开更多
关键词 扩展有限元 广义协调元 隔离非线性 裂纹 局部非线性
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不同应力比对HTS-A钢低温疲劳裂纹扩展速率的影响与预报
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作者 罗广恩 刘家奇 姜金辉 《船舶力学》 北大核心 2025年第11期1746-1756,共11页
为研究不同应力比对低温环境下HTS-A钢疲劳裂纹扩展的影响,本文开展了在应力比(R)为0.1和0.3时HTS-A钢CT试件的低温疲劳裂纹扩展试验。试验结果表明,随着温度的降低,裂纹扩展速率降低,疲劳寿命增加;同时,随着应力比的增大,疲劳裂纹扩展... 为研究不同应力比对低温环境下HTS-A钢疲劳裂纹扩展的影响,本文开展了在应力比(R)为0.1和0.3时HTS-A钢CT试件的低温疲劳裂纹扩展试验。试验结果表明,随着温度的降低,裂纹扩展速率降低,疲劳寿命增加;同时,随着应力比的增大,疲劳裂纹扩展速率也相应地增大,但随着温度的降低,应力比对疲劳裂纹扩展速率的影响越来越小。在试验的基础上,本文提出了考虑温度和应力比影响的改进McEvily模型,该模型能够预报不同低温、不同应力比条件下的HTS-A钢疲劳裂纹扩展速率,并与试验结果进行了对比验证。该预报模型可为低温环境下海洋装备的疲劳寿命评估打下基础。 展开更多
关键词 疲劳裂纹扩展速率 HTS-A钢 应力比 低温 疲劳试验
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基于连续损伤-晶体塑性的微动疲劳裂纹萌生两尺度方法
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作者 徐亚洲 袁方 《力学学报》 北大核心 2025年第9期2149-2160,共12页
微动疲劳作为工程结构中常见的失效模式,表现为两构件在法向载荷与循环载荷共同作用下因接触面微滑移引发的疲劳强度劣化甚至早期断裂现象.文章针对现有单尺度分析方法以及分层式多尺度方法在裂纹萌生机理揭示与寿命预测精度方面的不足... 微动疲劳作为工程结构中常见的失效模式,表现为两构件在法向载荷与循环载荷共同作用下因接触面微滑移引发的疲劳强度劣化甚至早期断裂现象.文章针对现有单尺度分析方法以及分层式多尺度方法在裂纹萌生机理揭示与寿命预测精度方面的不足,构建了基于连续损伤力学和晶体塑性的嵌入式双尺度模型.通过引入幂律形式的尺度关联机制,该模型实现了细观晶粒尺度累积能量耗散与宏观损伤的定量关联,从宏观和细观尺度阐明了微动疲劳裂纹萌生机理并建立了寿命预测方法.数值算例结果表明,在宏观层面,两尺度模型对裂纹萌生寿命与位置的预测较传统单尺度方法具有更高精度;细观层面则可以提供细观结构的演化情况以及晶粒优先启动的滑移系,揭示了材料损伤呈现非线性累积特征,且晶界区域因取向差异与形貌非均匀性成为耗散能集中区域.此外,将两尺度模型应用于摩擦型高强螺栓连接的微动疲劳分析,实现了从机理研究到工程应用的拓展.本研究提出的两尺度分析方法有望为工程结构构件的微动疲劳寿命评估提供理论框架和数值分析工具. 展开更多
关键词 微动疲劳 裂纹萌生 多尺度 晶体塑性有限元 连续损伤力学
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