一、疲劳损伤系统裂尖粒子运动随机分叉理论研究(论文文献综述)
辛承祖[1](2021)在《基于分布式光纤的海洋平台结构裂纹监测研究》文中认为海洋平台结构作为海洋资源开发利用的重要装备,长期工作于高温、高盐度、高湿度的海洋环境中,且受到风浪流等荷载的持续作用,导致平台不同位置结构出现各种形式的损伤。生活楼作为海洋平台的主甲板的主要设施,虽然没有直接作为整体平台的承载结构,但对于其出现的裂纹等损伤仍要加以关注。本文以某型号的平台生活楼为分析对象,由于生活楼跨度较大,横跨平台两侧参与到了整体结构强度中,在生活楼四个角处产生不同程度的裂纹。因此设计了几种针对该生活楼裂纹的加固方案。提取生存工况下的运动参数,同时考虑风荷载,对加固方案进行校核。有限元结果表明加固方案可以有效降低四个角隅处的应力集中。利用扩展有限单元法,对包含初始裂纹时的裂纹扩展过程进行模拟,增加相应位置肘板可以有效抑制初始裂纹的扩展。但肘板尺寸会受到多方面因素制约,根据裂纹扩展过程中的应变呈梯度分布的特点,提出了利用分布式光纤传感器进行多尺度应变监测方案。通过设计梁变形试验得出了梁的连续位移结果,对分布式光纤进行一维应变监测的性能进行验证。并根据有限元裂纹扩展结果中应变分布,确定了基于分布式光纤的多尺度应变的提取方案。将模拟结果中的20维多尺度应变作为样本特征,对应的裂纹长度作为样本标签。分别以多尺度应变和裂纹长度作为特征输入和输出,建立SVR裂纹长度预测模型。通过三折交叉验证结合粒子群算法得出SVR模型参数C和g,模型预测误差在2%左右。将模型随机分为训练集与测试集,分别对模型进行训练和验证,当测试集和训练集各占比50%时,模型有较好的预测结果。在模型中加入1~10%的噪声对其进行抗噪分析表明模型对5%以内噪声有良好的抑制能力。
张嘉芮[2](2021)在《T型管道热疲劳隐裂建模及实验研究》文中指出带有微小裂纹(或称隐裂)的金属管道广泛存在于工业换热过程中,多数情形下可正常使用,但若服役期间继续发展成贯穿性断裂,则会造成严重的安全事故。热疲劳引起的隐裂扩展多为热-流-固等多因素协同作用下长期演化的结果,近年来从理论模型出发,综合分析热-流-固各方面因素,结合数值建模仿真技术和实验研究,已成为深入探索此类问题的重要途径。因此,本文开展考虑管材力学性能的T型管道热疲劳隐裂扩展模型研究,以数值模型为理论支撑,试制热疲劳隐裂扩展实验装置,对于促进相关机理研究和监测技术发展具有重要的理论价值和实际意义。在分析金属管道热疲劳作用过程及流体、传热、应力等理论模型基础上,综合考虑热应力场、能量场及管道结构等因素,给出确定管道隐裂初始萌生区及其应力数据的方法,以该处为研究对象,结合管材力学性能,针对现有模型未充分考虑管道裂纹/裂尖面奇异性的问题,引入扩展有限元法,利用增强函数描述微观层面中隐裂的奇异性,建立了T型管道热疲劳隐裂扩展理论模型,给出了算法流程,获得理论解。综合上述各参量的理论模型,开发了热疲劳隐裂扩展实验装置,通过实验装置取得的金属热疲劳数据与理论解相吻合。首先基于Ansys Fluent软件构建了T型管道物理模型和内部流场模型,设定了4种典型工况和边界条件,获得了在热-流-固综合作用下管道温度、热应力、能量等分布状态,结果表明:各场分布规律一致,应力场、能量场最大值均出现于流体交混下游区,此处即为管道隐裂初始萌生区。其次,根据隐裂初始萌生区热应力数据,利用Abaqus软件开展了基于扩展有限元法的T型管隐裂扩展数值仿真研究。在隐裂初始萌生区预设初始裂纹长度L0为150μm,设置裂纹类型为XFEM表征裂纹/裂尖面奇异场,设定泊松比为0.3、弹性模量为212表征Q235不锈钢材质管道力学特性。最后,开发热疲劳隐裂扩展实验装置,试件、加热温度及冷却温度的选择均以仿真研究作为参考,电磁感应加热系统以及实时监控系统作为主要实验装置组件,设置装置加热-冷却循环方式,获得Q235金属管道在实验条件下的热疲劳表现数据。结果表明:四种工况下随着加热温度的升高,管道开裂现象出现得逐步变早,裂纹扩展速度也变快;以裂纹长度从200μm扩展至500μm为例,热疲劳试验中ΔT为400-20℃工况下的裂纹扩展速度是ΔT为250-20℃工况下裂纹扩展速度的2.73倍;数值模拟中ΔT为400-20℃工况的裂纹扩展速率是ΔT为250-20℃工况的2.79倍;实验结果与数值模拟结果相吻合,验证了数值模型与热疲劳隐裂实验装置的有效性,对于促进理论研究和设备开发具有指导性意义。
张成[3](2021)在《基于内聚力模型的双相TiAl合金裂纹扩展的多尺度模拟》文中研究表明TiAl合金由于具有高比强度、耐高温和低密度等优点,使其在航空航天,医疗器械以及汽车部件等领域具有广阔的发展前景。裂纹是导致TiAl合金失效的重要因素,涉及到人们的生命和财产安全,因此揭示裂纹扩展规律对于有效抑制裂纹和预测疲劳寿命都具有重要意义。在微观尺度中,其缺陷在外界条件的作用下会使得介观组织产生损伤,并进一步演化为宏观裂纹,导致材料的失效和破坏并影响其使役性能。为此,需要通过一种方法将微观缺陷、介观晶体损伤和宏观断裂有机的结合在一起,进而从定量与定性两方面解释其中的断裂机制,以更有效的进行微观属性和宏观性能之间的预测。因此,本文建立了TiAl合金的两两尺度间耦合的多尺度模型,分析了微观尺度到介观尺度和宏观尺度下的裂纹扩展行为,并通过宏观尺度的应力强度因子与实验结果进行比较,具体工作如下:1.从实验中统计了TiAl合金的晶粒分布状况,采用Voronoi镶嵌方法生成了多晶TiAl合金介观模型。利用代表性体积单元理论设定了有限元模型中的周期性边界条件,并通过Python二次开发将该理论成功的施加在Voronoi镶嵌模型中;讨论了三种不同断裂形式之间的区别,选定了研究所需要的张开型(I型)裂纹扩展类型,并以此建立了紧凑拉伸试样(CT)标定模型。此外,基于内聚力理论实现了有限元模型中的内聚力区域断裂模拟。2.研究了TiAl合金中两相晶胞的原子堆积和排列方式的影响,确定了两个界面的晶向排布。利用分子动力学(MD)建立了真孪晶(TT)γ/γ界面和α2/γ界面的模型。在两个模型中都施加了张开型裂纹加载方式,并分别对相同温度(300K)下γ/γ界面在无初始缺陷、含钝裂纹和钝裂纹+中心孔洞条件以及不含初始缺陷的α2/γ和γ/γ界面在1K,300K和500K温度下进行模拟,得到相应的裂纹扩展行为并分析了其断裂机制。根据内聚力理论中的牵引-分离(T-S)关系提取了界面上的内聚力本构参数,并讨论了本构参数之间的差异。3.通过几何相似性得到了介观多晶有限元模型,并将不同条件下的内聚力本构参数耦合到该模型中,得到了其不同缺陷和不同温度下的临界应力断裂云图以及拉伸断裂关系曲线;阐述了不同条件下的界面参数对单相多晶和双相多晶的沿晶断裂影响,并分析了单/双相多晶的断裂行为之间的区别;根据连续介质力学建立了宏观有限元模型(FEM),通过对紧凑拉伸试样的模拟给出了力-位移响应曲线并得到了材料的断裂韧性,用以验证该模型的有效性,并阐明了不同缺陷和温度对裂纹断裂韧性的影响。
杨会超[4](2021)在《基于近场动力学的起重机主梁损伤机理及识别方法研究》文中研究表明作为现代工业的重要设备之一,起重机的运行吨位及速度不断提升,显着地提高了企业的生产能力及生产效率。同时,起重机经常在重载、高使用频率的工作环境下运行,发生事故往往会造成恶劣的影响,其安全性受到越来越多的重视。主梁作为起重机机械结构的关键部件之一,结构复杂且制造工艺繁琐,在运行中长期承受重载和循环冲击载荷的作用,容易产生损伤,甚至引发安全事故。然而,现有的超声波、涡流探伤等局部无损检测方法,不能全面反映起重机械结构及主梁的健康状况,且不具有预先性,难以满足有效识别起重机主梁损伤的需要。因此,迫切需要研究起重机主梁的损伤机理,并结合损伤识别方法,对主梁的损伤进行识别。本论文针对起重机主梁损伤机理复杂,以及现有主梁损伤识别方法存在的不足,通过近场动力学理论建立起重机主梁模型,研究起重机主梁以弹塑性变形、裂纹萌生和扩展为形式的损伤机理,以及在损伤演化过程中出现的应变、应力波等工程可测信号的产生机理与传播特性。并在此基础上,结合信号分析与处理方法,对损伤进行识别,为起重机主梁的结构安全性评估提供依据。论文主要工作如下:(1)对近场动力学的理论及三种数值模型的发展进行对比分析,分别从本构模型、数值计算方法、耦合方法等方面评述了近场动力学理论的研究现状;详细讨论了近场动力学理论在损伤与破坏和弹性波传播方面的应用研究。通过对损伤识别理论与近场动力学理论的系统综述,突出其在损伤识别方面应用的优势。(2)通过构建弹塑性本构关系,提出适用于研究金属材料弹塑性变形的改进近场动力学微极模型,分析金属材料的弹塑性变形及损伤演化;并提出异种材料交界面的近场动力学微极模型,研究焊接结构的弹塑性变形及损伤演化。针对近场动力学微极模型可变泊松比的特点,结合弹塑性力学理论,通过物质点位移计算应变数值,并采用米塞斯屈服理论判断弹塑性变形状态,针对物质点的应变数值采用不同的本构方程来数值模拟金属材料的弹塑性变形,以及损伤演化;同时,通过交界面的等截面复合梁模型,将不同材质的复合键组成“微极梁”,建立异种材料交界面近场动力学微极模型,分析异种材料交界面的弹塑性变形及损伤演化。(3)根据疲劳理论及断裂力学,在近场动力学普通态基模型的基础上提出了基于虚拟裂纹闭合法的近场动力学疲劳模型。在疲劳裂纹萌生阶段,根据疲劳理论的局部应变法,结合Manson-Coffin公式及疲劳元模型,通过分析初始核心键在循环载荷下的循环伸长率提出了疲劳核心键的剩余寿命公式,得到主梁裂纹萌生阶段的疲劳寿命及损伤位置。在疲劳裂纹扩展阶段,根据疲劳裂纹扩展过程中物质点的键平均伸长率,提出哑点模型定量描述疲劳裂纹扩展路径。针对单裂纹或对称裂纹的简单疲劳损伤形式,提出近场动力学全域虚拟裂纹闭合法,分析疲劳裂纹扩展过程中结构体的应变能释放率及应力强度因子;针对复杂/多疲劳裂纹的损伤形式,提出近场动力学局域虚拟裂纹闭合法来计算裂尖虚拟裂纹闭合区域键的闭合功,从而得到损伤过程中应变能释放率及应力强度因子的变化情况。并针对复合型疲劳裂纹,将应变能释放率与最大周向应力理论相结合,提出疲劳裂纹模式分解方法。(4)采用所提出的近场动力学方法,分析起重机主梁的损伤机理。针对起重机主梁的弹塑性变形及损伤,采用改进后的近场动力学微极模型,分析主梁模型在损伤过程中的应变分布、裂纹长度以及承载力,并模拟含止裂孔工艺的主梁损伤演化,发现存在的初始裂纹容易导致主梁的损伤;针对起重机主梁的焊接结构,采用提出的异种材料交界面微极模型,数值计算主梁焊接结构的损伤演化,分析不同缺陷对焊缝的影响,得到了焊接结构的损伤机理;针对起重机主梁的疲劳损伤,采用基于虚拟裂纹闭合法的近场动力学疲劳模型,分析主梁模型的疲劳裂纹萌生位置及寿命,分析了不同循环载荷最大值、不同应力比下主梁模型的疲劳裂纹扩展长度与寿命的关系,得到起重机主梁的疲劳损伤机理。(5)以起重机主梁在工作中承受冲击载荷时产生的应变信号为研究对象,提出一种基于近场动力学普通态基模型的主梁应变模态损伤识别方法。根据近场动力学普通态基模型,建立了起重机主梁的三维模型,模拟主梁在工作冲击载荷下的应变信号,并结合机械振动理论,得到主梁模型的应变模态;计算应变模态得到主梁上均布节点的差分曲线,并通过构建损伤位置敏感系数,实现损伤位置的识别;同时,利用损伤位置局部的应变模态差分数据建立ARMA模型,通过模型的预测功能得到主梁损伤节点在未损伤情况下的应变差分数据,从而通过构建的损伤程度系数来定量识别主梁结构的损伤程度。最后,通过起重机主梁模型的应变模态测试实验,对所提出的主梁损伤识别方法进行验证。
王彬文,陈先民,苏运来,孙汉斌,杨宇,樊俊铃[5](2021)在《中国航空工业疲劳与结构完整性研究进展与展望》文中指出随着中国航空事业的发展,航空疲劳与结构完整性成为影响飞机结构寿命、安全性、可靠性的关键问题之一。经过多年来的努力,飞机结构从最初的静强度、安全寿命设计理念逐渐发展成以疲劳与结构完整性为指导的研制理念和方法,并在型号中取得了成功应用,使得新一代飞机结构的使用寿命、可靠性和经济性得到很大的提升。随着技术的发展和新型号的研制需求,这一领域又出现了许多亟待解决的新问题。本文从航空工业角度梳理了自2000年以来中国航空结构疲劳研究的进展和主要成果,重点介绍了在航空材料/结构/工艺、分析评估理论研究、疲劳试验技术以及飞机寿命管理等方面的研究进展和应用概况,在此基础上从型号研制及工程发展角度提出了对中国航空疲劳需要重点关注的研究方向的建议,以期为中国航空结构技术发展提供借鉴。
王琳琳[6](2020)在《基于红外热像技术的风力发电机缺陷叶片疲劳损伤研究》文中指出风能是可再生能源。叶片为大型风力发电机的重要部件之一,受人为和制造工艺技术等因素影响,叶片容易带有纤维断裂、分层、气孔、微裂纹等原生缺陷。在风力发电机叶片服役过程中,原生缺陷不断长大和串接,导致风力发电机叶片宏观力学性能劣化,甚至导致风力发电机叶片疲劳断裂,使整个风力发电机组无法正常运行。因此对大型风力发电机原生缺陷叶片的疲劳损伤演化研究是至关重要的,有利于提前预测风力发电机叶片故障,保证风力发电机的安全性和使用性,减少巨大的经济损失。风力发电机叶片疲劳损伤演化过程是一种不可逆的热力学非线性过程,结合材料学、疲劳学、热力学及先进的红外热像检测技术,横跨微观、细观、宏观的不同尺度层次,研究多种原生缺陷风力发电机叶片的疲劳损伤机制,为实现风力发电机叶片的在线、实时的健康监测提供理论支撑,本文从试验、理论方面对原生缺陷叶片的疲劳损伤过程分析研究。利用红外热像仪研究分层、气孔缺陷对叶片疲劳损伤的影响,通过监测疲劳过程中分层、气孔缺陷叶片试件表面温度和红外热像序图变化,发现缺陷对叶片疲劳损伤与缺陷深度、缺陷类型有关。分层和气孔缺陷对叶片疲劳损伤程度随疲劳时间逐渐增加,表面温度逐渐升高。相同缺陷类型时,深度浅的缺陷对叶片疲劳损伤程度影响大;相同缺陷深度时,分层缺陷比气孔缺陷对叶片疲劳损伤影响大。疲劳极限是抗疲劳断裂重要参数,与疲劳损伤有密切关系,利用红外热像仪的双线式法预测疲劳极限是最常见方法。由于疲劳过程的稳定状态表面温度不精确影响双线式法预测疲劳极限精度,故提出角归一化双线式法预测缺陷叶片疲劳极限。分别对分层和气孔缺陷叶片进行阶段式疲劳试验,利用双线式法、角归一化双线式法预测疲劳极限,与升降法预测疲劳极限结果对比。试验结果发现,提出角归一化双线式方法预测结果与升降法试验结果最吻合,误差率小于双线式法。原生缺陷在疲劳载荷作用下会演化成微裂纹的形成、扩展,裂尖温度场能够反映裂纹扩展过程的热耗散现象。红外热像仪为疲劳损伤过程温度监测提供有利的技术支持,但是受试验条件影响红外热像仪测量温度精度不准确,直接影响叶片疲劳损伤的准确评估。因此,先重点探究疲劳过程微裂纹缺陷叶片温度场计算模型;再利用试验结果验证温度场计算模型的准确性和可行性;最后基于温度场计算的数值解和试验值分析影响红外热像仪温度测量精度的因素,提出调整红外热像仪测量方法。采用红外热像仪监测边界微裂纹缺陷叶片疲劳试验,通过ANSYS有限元的数值解和试验结果对比发现,建立的风力发电机叶片微裂纹温度场模型是准确和可行的。在提出的疲劳试验条件下,数据处理方法无法提高红外热像仪测量温度精度不高;在发射率、试验距离、环境温度、环境辐射几个方面对疲劳试验进行调整,发现使红外热像仪测量温度精度提高到4%。疲劳损伤伴随着不可逆的能量耗散,一部分转化为热耗散,另一部转化为内储能,内储能主要改变材料内部微观形貌。以微裂纹、分层缺陷叶片不同疲劳试验为例,分析疲劳过程中内储能变化规律,并利用宏观和微观形貌分析原生缺陷对叶片的疲劳损伤机制。试验结果发现,叶片的内储能随疲劳时间增长而逐渐增加,达到某一程度时出现转折点,内储能缓慢增加。利用微裂纹和分层叶片不同时刻的微观形貌图发现,不同时刻的内储能产生不同的疲劳损伤形式。深层次分析原生缺陷叶片疲劳损伤方式的萌生、衍变机理,为叶片疲劳损伤机理提供理论支撑。疲劳损伤临界点是疲劳断裂的重要判据,临界点的准确评估有利于预防风力发电机叶片的疲劳断裂。以温度和耗散能为辅助量,参考熵增原理构建法则,建立以熵为疲劳损伤参量的风力发电机叶片疲劳损伤模型,分析原生缺陷叶片的累积熵产变化规律,确定疲劳损伤的临界点。试验研究发现,纤维断裂和气孔缺陷叶片在恒载荷、变载荷疲劳试验下,叶片的累积熵产曲线有三个阶段变化。累积熵产曲线的第三阶段起始点确定为疲劳损伤临界点,并通过疲劳试验验证了临界点确定的准确性和可行性。临界点的累积熵产和疲劳断裂点的累积熵产均为恒定值,不受任何试验参数的影响,并且它们比值约为0.5,在疲劳试验临界点的疲劳寿命约占80%整个疲劳寿命。由于累积熵产具有恒定不变特点,不因风力机叶片的不同工况和叶片材料性质等因素受到影响,能够作为疲劳损伤能力的表征,对评估叶片疲劳损伤有重要优势。
徐超[7](2020)在《镍基高温合金服役温度范围高温区裂纹急速扩展的现象和本质研究》文中研究表明对航空发动机、重型燃机等热端部件高温合金的性能要求日益提高,意味着热端部件需要在越来越高的温度下服役,这对高温合金的疲劳性能提出了更高的要求。因此充分认识高温合金在服役温度范围温度对疲劳裂纹扩展行为的影响规律呈现何种方式,以及导致此规律的主导机制,是一个急需关注的问题。为此,本文系统研究了高温合金疲劳裂纹扩展行为的温度影响规律和本质原因,并由此就长期服役的累积损伤进行了研究,为合金在高温下的损伤容限设计提供了重要的实验和理论依据。通过对粉末高温合金(FGH4097、FGH4098和FGH4096)及变形高温合金(GH4738、GH4720Li)在宽温度范围(室温~800℃)内的大量疲劳裂纹扩展实验数据的分析,表明了随温度增加疲劳寿命并非呈线性下降。明确了镍基高温合金在服役温度范围的高温段都存在一个拐点温度,在各自的拐点温度附近,表现出疲劳裂纹急速扩展、疲劳寿命快速下降的共性现象。通过断口特征、裂纹扩展方式和裂纹尖端损伤区特征的观察分析,阐述了拐点温度时疲劳裂纹急速扩展的主要原因,表观表现为断口特征从穿晶向沿晶断裂转变,实质为明显呈现沿晶断裂特征的转折点对应的应力强度因子ΔKT的快速下降所致,即高温加剧了晶界氧化损伤,使得晶界强度急速下降。同时给出了保载时间、应力和晶粒取向差、晶界处析出相特征等对晶界氧化的影响规律。借助第一性原理,从理论上计算分析了氧致晶界脆化的作用机理。进而定量表征了疲劳力学损伤分量和晶界损伤相关分量对疲劳裂纹扩展的贡献,提出了两损伤分量相交点——等损伤载荷ΔKe的表征方法,给出了纯疲劳条件裂纹扩展过程的等损伤载荷ΔKe(F-O)和疲劳-保载条件下的ΔKe(F-GB)表达式。进一步揭示了导致裂纹急速扩展的出现和存在从根本上是由于等损伤载荷点快速下降至起裂点所致。结合GH4738合金长期时效及采集不同服役年限的烟气轮机GH4738动叶片,室温测试的疲劳裂纹扩展结果表明,沿晶断裂转折点ΔKT能够表征高温合金长期时效和长期服役合金的损伤累积程度。进而提出长时服役累积损伤导致寿命折损的评估方法。经长时时效和实际服役烟气轮机动叶片的评估分析,提出的寿命折损评估方法具有理论依据和实际可操作性,尤其对烟气轮机动叶片服役寿命损伤评估具有可行性。综上,本文采用多种实验和理论计算的方法,明确了镍基高温合金服役温度范围高温段存在疲劳裂纹急速扩展的共性,揭示了现象存在的本质原因和主导机制的贡献,并在此基础上提出了长期服役损伤累积和寿命折损的评估方法,为镍基高温合金热端部件的安全服役和寿命评估提供了依据及可行的分析方法。
杨川[8](2019)在《金属管件微裂纹的电涡流修复方法及机理研究》文中指出结构材料失效往往造成灾难事故和重大经济损失。如果在材料失效前,以裂纹等形式存在的损伤能被修复,将会大幅延长结构材料的寿命,并减少经济损失。因此,材料损伤的修复研究具有重要的经济意义与社会意义。本文针对金属管件中微裂纹修复的难题,提出了一种针对不同磁性金属管件微裂纹的电涡流修复方法,通过电涡流处理试验研究了其对微裂纹修复规律及性能的影响,并采用ANSYS与MAXWELL有限元仿真软件模拟分析了电涡流处理过程中微裂纹附近的物理场变化,揭示了金属管件微裂纹的电涡流修复机制。采用中频感应加热电源作为放电装置,对铁磁性1045钢管件疲劳裂纹开展了谐波电涡流修复试验。试验结果表明轴向裂纹最容易被修复,环向裂纹的修复最困难,而倾斜裂纹介于二者之间。延长处理时间,增加处理次数或者提高处理功率都可以提高疲劳裂纹的愈合程度。谐波电涡流处理可以延缓疲劳裂纹的萌生及扩展:在裂纹萌生前对轴向裂纹试样进行60 k W谐波电涡流处理1s,疲劳裂纹的萌生从5×104次疲劳延缓至6.5×104次;在裂纹萌生后的处理使得裂纹扩展速率从10.3μm/104次疲劳降低至4.1μm/104次。开展了1045钢管件疲劳裂纹谐波电涡流处理过程的有限元仿真,揭示了疲劳裂纹的修复机理。仿真结果表明轴向裂纹的存在导致电涡流在裂纹尖端汇聚,进而在裂纹尖端产生了较高的温度及环向热压应力,使得疲劳裂纹宽度变窄,裂纹尖端闭合。在后续处理过程中,电涡流将绕流新的裂纹尖端,使得裂纹可以继续愈合。经过多次处理后,疲劳裂纹逐步完全修复。环向裂纹对电涡流分布影响较小,几乎不会产生温度梯度,不容易被修复。而倾斜裂纹的情况则介于轴向与环向裂纹之间。采用高电压脉冲电源作为放电装置,对非铁磁性稀土镁合金旋压管件微裂纹开展了脉冲电涡流修复试验。试验结果表明随着脉冲电涡流处理次数的增加,微裂纹逐渐愈合,且在一定范围内提高放电电压有利于微裂纹的修复。与外放电方案相比,内放电方案中微裂纹的愈合程度更为显着。有限元仿真显示在脉冲电涡流处理过程中,管件内部产生高密度电涡流与较大洛伦兹力。镁合金管件的受力状态表明无论在内放电方案还是外放电方案中,径向裂纹与切向裂纹在电涡流引起的局部热效应和洛伦兹力的联合作用下都可能被修复。研究了脉冲电涡流处理对镁合金旋压管件力学性能的影响。在外放电方案中,随着处理次数的增加,试样的强度与延伸率都有所提高,在放电电压6k V下处理15次后,试样的屈服强度提高了16.56%,抗拉强度提高了12.76%,延伸率提高了53.04%。在内放电方案中,试样强度与塑性同样随着处理次数的增加而提高,并且对旋压件力学性能提升更明显。连续脉冲电涡流处理有利于微裂纹的愈合,但热量累积过高有可能烧坏管件。针对脉冲电涡流处理后的旋压试样进一步开展了热处理实验,发现固溶处理降低了试样强度而提高了延伸率;时效处理提高了试样强度但降低了试样塑性;固溶时效试样的强度与延伸率则位于时效试样与固溶试样之间。在时效析出过程中,析出相容易在裂纹表面偏聚,从而有利于裂纹的修复,所以脉冲电涡流处理再时效处理试样的性能提升幅度要略大于直接热处理试样。通过1045钢管件与稀土镁合金旋压件的电涡流处理实验与仿真研究可知,铁磁性材料管件内微裂纹可以利用感应加热电源进行谐波电涡流处理来修复,非铁磁性材料管件可以利用脉冲电源进行脉冲电涡流处理来修复。两类材料管件内微裂纹的修复都与电涡流绕流微裂纹产生的局部热效应有关,而非铁磁性材料管件内微裂纹的修复还受到脉冲电涡流处理诱发的洛伦兹力的影响。
刘文飞[9](2019)在《铁路重载通用敞车车体疲劳强度评估及结构优化研究》文中指出随着我国铁路重载运输的不断发展,铁路货车在运用过程中出现的结构疲劳强度问题日益突出。目前我国各型铁路通用敞车数量共计约为43.6万辆,占铁路货车总保有量46%以上。受集载工况与运营条件的限制,各型铁路通用敞车车体具有局部结构不对称的特点,导致车体局部结构产生不同程度的刚度突变。在运用过程中,部分车体上刚度突变部位的焊缝连接处出现了疲劳裂纹,且其寿命远低于车体的设计寿命。因此,有必要对铁路通用敞车车体的疲劳强度与结构优化设计进行深入研究,确立较为合理的车体疲劳强度评价方法与结构优化设计方法,为车体抗疲劳设计提供理论支持,从设计源头,提高通用敞车车体疲劳可靠性,降低检修成本。目前,我国铁路货车车体疲劳强度评价采用的载荷谱主要参照美国AAR标准载荷谱与大秦线实测载荷谱,焊接接头的疲劳性能参数主要参照AAR标准、英国BS标准、国际焊接学会IIW标准,但采用传统方法对C80E型敞车车体疲劳强度评估的仿真结果与实际运用情况相差较大。基于此,本文在中国铁路总公司科技研究开发计划项目“27t轴重通用货车关键技术研究”支持下,以C80E型通用敞车车体为研究对象,对车体上典型焊接接头的样件进行了疲劳试验,并进行了车体动应力测试,研究了车体结构疲劳强度的评估方法与车体结构优化设计方法,并采用所得方法对车体进行了结构强度评价与结构优化。主要研究内容如下:(1)根据铁路通用敞车车体上的主要焊接接头形式,选用材料为Q450NQR1的钢板制作T型接头与搭接接头试样进行疲劳试验。针对试样数量较少的情形,提出了基于样本信息重构并符合疲劳寿命等效原理的极大似然法,并采用该方法分别对两种典型焊接接头的P-S-N曲线进行了拟合及延拓,最终得到了中寿命区的P-S-N曲线斜率与疲劳寿命为2× 106时的疲劳强度。(2)通过分析我国各型铁路通用敞车的结构特征,结合在实际运用过程中车体出现疲劳裂纹的部位,确定在有限元仿真过程中需重点关注的部位,并建立C80E车体有限元模型。由于采用均值修匀方法提取刚度突变处的结点应力偏小,提出了基于均方差加权应力修匀方法,采用该方法对关键焊缝上的结点应力进行修匀,并对关键焊缝的应力均值、最大值、修匀值进行对比分析。为了进一步分析车体局部结构不对称对大横梁焊缝应力分布的影响,采用皮尔逊相关系数与复相关系数的度量方法分别对内补强座处的大横梁焊缝应力与侧柱位置进行相关性研究。(3)从车体结构设计策略与结构优化方法两方面开展研究,系统的给出了铁路货车车体结构优化方法及优化流程。通过分析传统车体结构设计策略优缺点,以关键部位的应力极大值与应力变化趋势同时作为优化依据,对车体结构设计策略进行优化。通过对现代智能算法的深入研究,给出了适用于车体优化的基于正交试验设计的MPSO-BP优化方法。采用本文提出的两级优化方法,首先对车体主要部件间的相对位置进行优化,保证车体整体结构较合理;然后采用MPSO-BP方法对零部件尺寸进行优化,进一步降低应力集中部位的应力,并改善其应力分布趋势,最终达到了结构设计合理的目标。(4)提出了基于结构刚度突变应力梯度的车体疲劳强度评价方法,应用该方法计算了关键测点的疲劳损伤,并与传统方法获得的疲劳损伤进行了对比分析,由结果可知,经均方差应力修匀与结构刚度突变的应力梯度方法所得的损伤与实测应力谱损伤相差最小。结合实测应力谱损伤,对大秦线实测载荷谱进行了损伤一致性校验,最后利用修正载荷谱估算了优化前后车体关键测点疲劳寿命,结果表明,经优化后的车体关键测点的疲劳寿命完全满足设计寿命的要求。(5)采用线弹性断裂力学理论对车体关键部位应力强度因子与疲劳裂纹扩展速率进行研究。为了研究车体地板沿大横梁焊缝上的应力强度因子分布规律,建立含表面斜裂纹的车体有限元模型,研究了裂纹角度与裂纹深度对地板沿大横梁焊缝上的应力强度因子的影响。最后对与大横梁焊缝相连的地板裂纹进行了仿真,研究不同载重对地板裂纹扩展速率的影响。
倪晨[10](2019)在《退役发动机曲轴缺陷涡流/磁记忆检测与寿命预测研究》文中研究说明为了解决近年来环境污染和资源消耗对制造业发展的制约问题,通过再制造将现有资源最大化利用,是实现资源节约和环境友好的有效途径。我国的再制造事业相对国外起步较晚但发展很快,重大机械装备关键零部件的再制造具有广阔的应用前景。对再制造毛坯的质量控制是保障再制造产品可靠性的关键。再制造质量控制包括失效分析、无损检测和寿命评估三个方面。因此,以明确零部件宏观失效形式和服役条件下缺陷演化规律的失效分析为基础,以先进的无损检测技术为手段,来发展面向再制造的高效、准确的寿命评估方法,是值得深入研究的重要课题。本文以大型柴油机曲轴为研究对象,分析其不同服役工况下的疲劳失效缺陷形式,采用涡流检测方法和金属磁记忆检测方法,分别对曲轴表面裂纹和应力集中疲劳损伤进行无损检测;在此基础上,研究基于疲劳缺陷和无损检测结果的寿命预测方法,用于退役曲轴剩余寿命评估。主要研究工作包括:(1)运用发动机原理、多刚体动力学、刚柔耦合系统分析方法,在动力学分析软件ADAMS中建立了曲轴系刚柔耦合动力学模型并进行仿真,得到曲轴每个连杆轴颈的工作载荷曲线,为疲劳分析提供载荷数据。根据曲轴服役条件,利用有限元软件ABAQUS建立了12个工况下曲轴静力学有限元模型并分析,得到曲轴应力分布和变形情况,主轴颈和连杆轴颈的圆角部位应力较大,为检测工艺设计提供依据。(2)基于材料学、电磁学和涡流检测原理,利用多物理场仿真软件COMSOL Multiphysics建立了涡流检测的有限元模型并进行仿真,研究了激励频率、探头提离距离等检测参数对检测信号的影响规律,为检测工艺参数的选择提供了依据。对含裂纹构件的涡流检测进行了建模与仿真,探索了裂纹深度与涡流检测信号的关系,为涡流检测判别疲劳裂纹提供了依据。在设计曲轴涡流检测方案的基础上,对某型号退役曲轴进行了涡流检测和信号分析,提出判别曲轴表面裂纹的方法并以磁粉检测的结果进行验证。(3)基于材料学、断裂力学、电磁学和金属磁记忆检测原理,对标准式样进行了疲劳试验过程中的磁记忆检测,在研究疲劳过程中磁记忆信号变化规律的基础上提取了漏磁场强度法向分量的梯度作为磁记忆特征信号,并进一步分析了磁记忆特征信号与应力分布、裂纹萌生和裂纹扩展的关系,总结了磁记忆特征信号与疲劳阶段和裂纹状态的相关规律,为磁记忆检测判别应力集中区域和表征损伤状态提供了基础和依据。在设计曲轴磁记忆检测方案的基础上,对某型号退役曲轴进行了磁记忆检测和信号分析,提出了判别曲轴应力集中区域的方法,证明了与涡流检测结果的一致性及磁记忆检测结果的可靠性。(4)在对曲轴进行失效分析和涡流、磁记忆检测的基础上,利用疲劳分析软件nCode DesignLife建立曲轴疲劳分析模型并计算初始寿命,为剩余寿命评估提供参照。基于涡流检测结果,提出了一种与裂纹深度相关的裂纹扩展寿命预测方法并进行了试验验证;基于磁记忆检测结果,提出了一种利用磁记忆特征信号表征的损伤模型与归一化寿命之间关系的剩余寿命预测方法并进行了试验验证。所提出的基于涡流检测和磁记忆检测结果的寿命预测方法为曲轴再制造提供了依据和指导。本文将无损检测与寿命评估结合,研究了大型曲轴宏微观缺陷、电磁检测信号特征和剩余寿命三者之间的关联关系,建立了退役发动机曲轴缺陷无损检测方法及其剩余寿命预测方法,在此基础上搭建了大型曲轴涡流和磁记忆检测的无损检测平台,用于面向再制造的退役曲轴无损检测和基于检测结果的寿命预测。研究结果对于发展机械装备再制造工程中的无损检测和寿命评估理论和技术具有重要的学术意义和实用价值。
二、疲劳损伤系统裂尖粒子运动随机分叉理论研究(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、疲劳损伤系统裂尖粒子运动随机分叉理论研究(论文提纲范文)
(1)基于分布式光纤的海洋平台结构裂纹监测研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
1 绪论 |
1.1 海洋平台结构监测 |
1.1.1 海洋平台监测的必要性 |
1.1.2 海洋平台监测研究现状 |
1.2 光纤传感技术 |
1.2.1 光纤传感技术的基础 |
1.2.2 分布式光纤在裂纹监测中的应用 |
1.2.3 基于分布式光纤的多尺度应变监测研究进展 |
1.3 机器学习算法在裂纹监测中的应用 |
1.4 本文的主要研究内容 |
2 海洋平台结构裂纹扩展过程模拟 |
2.1 引言 |
2.2 扩展有限单元法的基本理论 |
2.2.1 节点增强函数 |
2.2.2 定位裂纹的水平集法 |
2.2.3 裂纹扩展准则 |
2.3 海洋平台有限元分析 |
2.3.1 海洋平台裂纹分析 |
2.3.2 加固方案分析 |
2.3.3 有限元裂纹扩展过程模拟 |
2.4 本章小结 |
3 分布式光纤应用于裂纹监测 |
3.1 OFDR的基本原理 |
3.2 单根分布式光纤的实际应用 |
3.2.1 基于OFDR的传感监测系统 |
3.2.2 共轭梁法的基本理论 |
3.2.3 根据OFDR的共轭梁法拓展 |
3.2.4 OFDR变形监测的实验设计及结果 |
3.3 基于分布式光纤的裂纹监测试验设计 |
3.4 本章小结 |
4 基于多尺度应变的裂纹扩展长度识别研究 |
4.1 引言 |
4.2 基于粒子群寻优的支持向量回归算法 |
4.2.1 支持向量回归算法的基本思想 |
4.2.2 粒子群寻优算法 |
4.3 多尺度应变特征提取 |
4.4 基于多尺度应变数据的SVR模型 |
4.4.1 粒子群优化算法寻找最优参数 |
4.4.2 裂纹长度预测试验 |
4.4.3 噪声对SVR模型的影响 |
4.5 本章小结 |
5 结论与展望 |
5.1 本文主要结论 |
5.2 展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
致谢 |
(2)T型管道热疲劳隐裂建模及实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究背景及研究意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 管道热疲劳数值模拟国内外发展现状 |
1.2.2 热疲劳实验国内外发展现状 |
1.2.3 扩展有限元法国内外发展现状 |
1.3 国内外文献简析 |
1.4 本文研究内容 |
第2章 金属管道热疲劳机理模型 |
2.1 热疲劳失效原理 |
2.2 基本数学模型 |
2.2.1 基础定律 |
2.2.2 流体模型 |
2.2.3 固体模型 |
2.3 基于扩展有限元法的管道隐裂生长模型 |
2.3.1 结合管材力学特性的扩展有限元基本原理 |
2.3.2 单位分解 |
2.3.3 水平集函数 |
2.4 金属管道热疲劳隐裂扩展算法过程 |
2.5 小结 |
第3章 T型管道热疲劳隐裂扩展数值算法研究 |
3.1 物理模型建立 |
3.2 冷热交混流体管道输出物理场 |
3.3 T型管隐裂初始萌生区域分析 |
3.4 基于扩展有限元法建模与作业过程 |
3.5 热应力循环作用下隐裂扩展、网格状态及受力情况的分析 |
3.5.1 不同工况下隐裂扩展情况 |
3.5.2 裂纹扩展过程中单元格的状态 |
3.5.3 单个单元格的应力值分析 |
3.6 小结 |
第4章 管道热疲劳隐裂扩展实验装置的开发设计 |
4.1 电磁感应加热系统的设计 |
4.2 实时监控模块的设计 |
4.2.1 硬件部分 |
4.2.2 软件部分 |
4.3 试件的制作 |
4.4 实验结果分析 |
4.4.1 不同的温度上限对裂纹生长行为的影响 |
4.4.2 实验结果与数值模拟结果对比 |
4.5 小结 |
结论 |
参考文献 |
致谢 |
(3)基于内聚力模型的双相TiAl合金裂纹扩展的多尺度模拟(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景与意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 TiAl合金变形与破坏的实验研究 |
1.2.2 变形与断裂的模拟研究 |
1.2.3 金属材料裂纹扩展问题的多尺度方法研究 |
1.3 本文的研究目标与内容 |
1.3.1 研究目标 |
1.3.2 研究内容 |
1.4 本文的组织安排 |
第2章 基本计算理论与多尺度分析方法 |
2.1 引言 |
2.2 分子动力学模拟方法 |
2.2.1 基本思想 |
2.2.2 边界条件的选择 |
2.2.3 系综的选择 |
2.2.4 势函数的选择 |
2.3 多尺度分析方法 |
2.3.1 多尺度连接方法 |
2.3.2 内聚力本构模型 |
2.3.3 应力强度因子的计算方法 |
2.3.4 模拟结果的分析 |
2.4 本章小结 |
第3章 介观与宏观尺度下TiAl合金模型的建立 |
3.1 引言 |
3.2 介观尺度下的TiAl合金多晶模型 |
3.2.1 代表性单元体积基本理论 |
3.2.2 代表性体积单元与周期性边界条件的实现 |
3.2.3 多晶模型的建立 |
3.3 宏观尺度下的TiAl合金内聚力模型 |
3.3.1 断裂形式与裂纹类型 |
3.3.2 内聚力本构的实现 |
3.3.3 紧凑拉伸试样模型的建立 |
3.4 本章小结 |
第4章 TiAl合金界面裂纹扩展行为的研究 |
4.1 引言 |
4.2 TiAl合金中两相晶胞的晶体学分析 |
4.3 不同缺陷下TiAl合金界面的分子动力学模拟 |
4.3.1 γ/γ 界面模型的建立 |
4.3.2 模拟参数的设置 |
4.3.3 裂纹扩展行为的分析 |
4.4 不同温度下TiAl合金界面的分子动力学模拟 |
4.4.1 α2/γ 界面模型的构建 |
4.4.2 模拟参数的设置 |
4.4.3 裂纹扩展行为的分析 |
4.5 本章小结 |
第5章 TiAl合金裂纹扩展行为的串行式多尺度模拟 |
5.1 引言 |
5.2 介观尺度有限元模拟 |
5.2.1 参数的设置 |
5.2.2 模拟结果分析 |
5.3 宏观尺度有限元模拟 |
5.3.1 参数的设置 |
5.3.2 模拟结果分析 |
5.3.3 断裂韧性计算 |
5.4 本章小结 |
总结与展望 |
本文总结 |
后期展望 |
参考文献 |
致谢 |
附录A 攻读学位期间的研究成果及发表的学术论文 |
(4)基于近场动力学的起重机主梁损伤机理及识别方法研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 课题研究背景及意义 |
1.2 近场动力学理论的国内外研究现状 |
1.2.1 近场动力学理论的发展与特点 |
1.2.2 近场动力学理论的研究现状 |
1.2.3 近场动力学理论的应用研究 |
1.3 结构损伤识别的国内外研究现状 |
1.4 论文主要研究内容 |
第二章 近场动力学理论及其数值算法 |
2.1 近场动力学键基模型 |
2.1.1 基本概念 |
2.1.2 PMB本构模型 |
2.1.3 损伤及断裂描述 |
2.2 近场动力学态基模型 |
2.2.1 态的定义及运动控制方程 |
2.2.2 普通态基模型的建模方法 |
2.2.3 线弹性及弹塑性本构模型 |
2.2.4 近场动力学非普通态基模型 |
2.3 近场动力学的数值计算方法 |
2.3.1 物质的离散与积分 |
2.3.2 边界条件及载荷的施加 |
2.3.3 显式积分法及数值收敛算法 |
2.3.4 算法流程图 |
2.4 近场动力学三种模型的对比分析 |
2.5 本章小结 |
第三章 改进的近场动力学微极模型及其弹塑性分析 |
3.1 近场动力学微极模型及其改进模型 |
3.1.1 近场动力学微极模型 |
3.1.2 改进的近场动力学微极模型及其弹塑性分析 |
3.1.3 数值计算方法 |
3.2 金属块损伤演化数值计算及实验分析 |
3.3 异种材料交界面的近场动力学微极模型 |
3.4 本章小结 |
第四章 基于虚拟裂纹闭合法的近场动力学疲劳模型 |
4.1 疲劳损伤过程 |
4.2 基于Manson-Coffin公式的近场动力学疲劳萌生模型 |
4.3 哑点模型及其疲劳裂纹扩展路径预测 |
4.4 基于虚拟裂纹闭合法的近场动力学疲劳模型 |
4.4.1 近场动力学全域虚拟裂纹闭合法及疲劳裂纹扩展分析 |
4.4.2 近场动力学局域虚拟裂纹闭合法及疲劳裂纹扩展分析 |
4.5 近场动力学疲劳模型的计算流程 |
4.6 CT试样的疲劳损伤数值计算及实验分析 |
4.6.1 CT试样疲劳损伤数值分析及试验 |
4.6.2 多孔板疲劳损伤数值分析及疲劳试验 |
4.7 本章小结 |
第五章 基于近场动力学的起重机主梁损伤机理分析 |
5.1 起重机主梁弹塑性变形及损伤演化 |
5.1.1 起重机主梁模型的弹塑性变形 |
5.1.2 起重机主梁模型的损伤演化 |
5.2 含焊接结构起重机主梁模型的变形及损伤演化 |
5.3 起重机主梁的疲劳损伤机理及疲劳试验 |
5.4 本章小结 |
第六章 基于近场动力学应变模态的起重机主梁损伤识别研究 |
6.1 基于近场动力学模型的应变模态分析 |
6.1.1 应变模态 |
6.1.2 基于近场动力学的应变模态分析 |
6.2 损伤位置识别 |
6.2.1 应变模态差分曲线 |
6.2.2 损伤位置识别 |
6.3 损伤程度识别 |
6.3.1 应变模态差分值预测 |
6.3.2 损伤程度识别 |
6.4 主梁模型应变模态实验及损伤识别 |
6.5 本章小结 |
第七章 总结与展望 |
7.1 全文工作总结 |
7.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读博士学位期间取得的科研成果 |
(5)中国航空工业疲劳与结构完整性研究进展与展望(论文提纲范文)
1 中国航空疲劳研究历程 |
1.1 中国航空结构设计思想发展 |
1.2 中国航空疲劳研究主要成果 |
2 中国航空工业结构疲劳研究现状和进展 |
2.1 材料/结构/工艺疲劳研究现状和进展 |
2.1.1 先进材料疲劳研究现状 |
2.1.2 先进结构疲劳研究现状 |
2.1.3 先进工艺疲劳研究现状 |
2.2 疲劳分析评估研究现状 |
2.2.1 耐久性分析评估方法 |
2.2.2 损伤容限分析评估方法 |
2.2.3 腐蚀疲劳分析方法 |
2.2.4 多尺度疲劳分析方法 |
2.3 疲劳试验技术研究现状 |
2.3.1 积木式验证思想及发展 |
2.3.2 壁板类疲劳损伤容限试验 |
2.3.3 结构机构疲劳可靠性试验 |
2.3.4 水陆两栖飞机试验 |
2.3.5 全机疲劳试验及加速技术 |
2.3.6 损伤识别及测量技术 |
2.4 飞机服役寿命管理研究现状 |
2.4.1 单机监控 |
2.4.2 飞机定/延寿 |
3 展望 |
(6)基于红外热像技术的风力发电机缺陷叶片疲劳损伤研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 疲劳损伤的能量耗散理论研究进展 |
1.2.2 风力发电机叶片疲劳损伤无损检测技术研究进展 |
1.2.3 基于热力熵的疲劳损伤研究进展 |
1.3 存在的主要问题 |
1.4 课题研究目标和研究内容 |
1.4.1 研究目标 |
1.4.2 研究内容 |
第2章 缺陷叶片疲劳损伤的红外热像试验研究 |
2.1 引言 |
2.2 基本理论 |
2.2.1 红外热像的基础定律 |
2.2.2 疲劳损伤的热力耦合方程 |
2.2.3 疲劳极限方法概述 |
2.3 试验研究 |
2.3.1 材料及试件制备 |
2.3.2 试验平台 |
2.3.3 试件发射率测定 |
2.3.4 试验过程 |
2.4 试验结果与分析 |
2.4.1 分层缺陷叶片疲劳损伤的红外热像图分析 |
2.4.2 气孔缺陷叶片疲劳损伤的红外热像图分析 |
2.4.3 疲劳损伤的表面温度分析 |
2.4.4 疲劳极限结果与分析 |
2.5 本章小结 |
第3章 疲劳损伤的热耗散温度测量方法研究 |
3.1 引言 |
3.2 缺陷叶片热耗散温度场模型 |
3.2.1 叶片复合材料的应力场 |
3.2.2 叶片复合材料的屈服准则 |
3.2.3 温度场模型 |
3.3 验证模型的试验研究 |
3.3.1 材料和试件制备 |
3.3.2 试验平台和试验过程 |
3.4 试验结果与分析 |
3.4.1 疲劳损伤的红外热像图分析 |
3.4.2 热耗散温度场分析 |
3.5 红外热像仪检测温度的调整方法 |
3.5.1 数据处理方法 |
3.5.2 试验方法 |
3.6 本章小结 |
第4章 缺陷叶片的疲劳内储能分析与损伤机理探究 |
4.1 引言 |
4.2 疲劳损伤内储能的理论计算 |
4.3 缺陷叶片的疲劳内储能研究 |
4.3.1 试件方案 |
4.3.2 微裂纹缺陷的结果与分析 |
4.3.3 分层缺陷的结果与分析 |
4.4 缺陷叶片的疲劳损伤机理研究 |
4.4.1 叶片复合材料疲劳损伤类型 |
4.4.2 试验原理及平台 |
4.4.3 试验过程 |
4.5 试验结果与分析 |
4.5.1 宏观疲劳损伤机理分析 |
4.5.2 微裂纹缺陷的微观疲劳损伤机理分析 |
4.5.3 分层缺陷的微观疲劳损伤机理分析 |
4.6 本章小结 |
第5章 缺陷叶片的临界疲劳损伤研究 |
5.1 引言 |
5.2 热力熵的基本理论 |
5.3 基于热力熵的疲劳损伤模型 |
5.4 临界疲劳损伤的试验研究 |
5.4.1 试件制备 |
5.4.2 试验平台 |
5.4.3 试验过程 |
5.4.4 试验结果与分析 |
5.5 本章小结 |
第6章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 创新点 |
6.3 展望 |
参考文献 |
在学研究成果 |
致谢 |
(7)镍基高温合金服役温度范围高温区裂纹急速扩展的现象和本质研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
引言 |
1 文献综述 |
1.1 高温合金疲劳裂纹扩展 |
1.1.1 疲劳裂纹扩展的一般规律 |
1.1.2 疲劳裂纹扩展的影响因素 |
1.2 高温对疲劳裂纹扩展的影响规律 |
1.3 高温影响裂纹扩展机制和表征 |
1.3.1 高温疲劳性能下降 |
1.3.2 高温疲劳中的氧相关损伤 |
1.3.3 高温裂纹扩展机制的表征 |
1.4 高温服役累积损伤的影响和机制 |
1.4.1 高温服役的组织损伤 |
1.4.2 高温服役的性能退化 |
1.4.3 服役后累积损伤评估 |
1.5 课题研究内容与思路 |
2 研究材料及方法 |
2.1 研究材料 |
2.2 研究方法 |
2.2.1 疲劳裂纹扩展试验 |
2.2.2 疲劳裂纹中断实验 |
2.2.3 光滑持久和冲击试验 |
2.2.4 长期时效试验 |
2.2.5 合金组织观察及断口分析 |
3 疲劳裂纹急速扩展的拐点温度 |
3.1 粉末高温合金裂纹扩展 |
3.2 变形高温合金裂纹扩展 |
3.3 本章小结 |
4 高温段疲劳裂纹急速扩展的原因 |
4.1 疲劳断裂断口特征的变化 |
4.1.1 疲劳断裂模式的变化 |
4.1.2 强化相和力学强度的变化 |
4.2 裂纹扩展方式的变化 |
4.2.1 宏观裂纹扩展方式 |
4.2.2 微观裂纹扩展路径 |
4.3 裂纹尖端损伤区特征 |
4.4 高温氧化损伤 |
4.4.1 高温氧化损伤具体机制 |
4.4.2 高温氧化损伤主导机制的演变 |
4.5 本章小结 |
5 促进高温段裂纹急速扩展的影响因素 |
5.1 保载时间和疲劳载荷的贡献 |
5.1.1 保载时间的影响 |
5.1.2 疲劳载荷的影响 |
5.2 晶界组织特征的影响 |
5.2.1 晶界大γ'相 |
5.2.2 晶界处夹杂物 |
5.2.3 晶粒取向 |
5.2.4 晶界M_(23)C_6碳化物 |
5.3 本章小结 |
6 晶界损伤对裂纹扩展的贡献 |
6.1 疲劳裂纹扩展的晶界氧化损伤 |
6.1.1 疲劳裂纹扩展的疲劳力学损伤分量 |
6.1.2 疲劳裂纹扩展的氧化损伤分量 |
6.1.3 疲劳裂纹扩展的等损伤载荷 |
6.2 疲劳-保载裂纹扩展的晶界损伤 |
6.2.1 疲劳-保载裂纹扩展的各机制分量 |
6.2.2 疲劳-保载裂纹扩展的晶界损伤分量 |
6.2.3 疲劳-保载裂纹扩展的等损伤载荷 |
6.3 本章小结 |
7 晶界累积损伤对寿命折损的影响及评估 |
7.1 长时热暴露晶界累积损伤 |
7.1.1 高温时效后室温疲劳裂纹扩展行为 |
7.1.2 晶界累积损伤 |
7.2 长时服役晶界累积损伤 |
7.2.1 微观组织和力学性能变化 |
7.2.2 晶界累积损伤 |
7.3 寿命折损评估 |
7.3.1 寿命折损系数及评估 |
7.3.2 服役叶片寿命折损评价评估方法 |
7.4 本章小结 |
8 晶界氧化损伤的理论分析 |
8.1 第一性原理的晶界模型及拉伸测试计算方法 |
8.1.1 模型构建及计算设置 |
8.1.2 理想拉伸测试计算方法 |
8.2 理想拉伸测试计算 |
8.3 Ni-O键的键性分析 |
8.4 晶界吸附氧对晶界脆化能的影响 |
8.5 本章小结 |
9 结论 |
参考文献 |
作者简历及在学研究成果 |
学位论文数据集 |
(8)金属管件微裂纹的电涡流修复方法及机理研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景和意义 |
1.2 国内外材料修复技术研究现状 |
1.2.1 高分子材料修复技术研究现状 |
1.2.2 无机材料修复技术研究现状 |
1.2.3 金属材料修复技术研究现状 |
1.3 脉冲电流修复技术研究进展 |
1.3.1 脉冲电流修复机理的理论研究 |
1.3.2 脉冲电流修复技术的实验研究 |
1.4 材料加工领域电涡流现象及应用研究 |
1.4.1 电涡流加热的应用研究现状 |
1.4.2 电磁力的应用研究现状 |
1.5 主要研究内容 |
第2章 试验材料及研究方法 |
2.1 试验材料 |
2.2 试验方法 |
2.2.1 1045钢管件电涡流修复试验 |
2.2.2 稀土镁合金旋压管件脉冲电涡流修复试验 |
2.3 材料性能测试 |
2.3.1 疲劳实验 |
2.3.2 单向拉伸实验 |
2.4 材料微观组织分析 |
2.4.1 金相显微组织分析(OM) |
2.4.2 扫描电子显微观察(SEM) |
2.4.3 电子背散射衍射分析(EBSD) |
2.4.4 透射电子显微组织分析(TEM) |
第3章 1045钢管件疲劳裂纹的谐波电涡流修复研究 |
3.1 引言 |
3.2 试验方案 |
3.3 疲劳裂纹试样设计分析 |
3.4 不同走向疲劳裂纹的谐波电涡流修复规律 |
3.4.1 疲劳裂纹在电涡流处理过程中的温度分布 |
3.4.2 轴向疲劳裂纹的谐波电涡流处理试验 |
3.4.3 环向疲劳裂纹的谐波电涡流处理试验 |
3.4.4 倾斜疲劳裂纹的谐波电涡流处理试验 |
3.5 谐波电涡流处理功率对疲劳裂纹修复的影响 |
3.6 谐波电涡流处理对疲劳裂纹区域微观组织的影响 |
3.7 疲劳裂纹的谐波电涡流修复原因分析 |
3.8 本章小结 |
第4章 谐波电涡流处理对1045钢管件疲劳性能的影响及有限元分析 |
4.1 引言 |
4.2 谐波电涡流处理对1045钢管件疲劳性能的影响 |
4.2.1 试验方案 |
4.2.2 谐波电涡流处理对不同疲劳阶段试样的影响 |
4.2.3 谐波电涡流处理次数对疲劳裂纹扩展的影响 |
4.2.4 谐波电涡流处理延缓疲劳裂纹扩展的原因分析 |
4.3 谐波电涡流处理的有限元模拟及修复机理研究 |
4.3.1 有限元分析建模 |
4.3.2 谐波电涡流处理过程中物理场分布及修复机理 |
4.4 本章小结 |
第5章 镁合金管件微裂纹脉冲电涡流修复机理研究 |
5.1 引言 |
5.2 试验方案 |
5.3 外放电脉冲电涡流处理对旋压微裂纹的修复规律 |
5.3.1 脉冲电涡流处理次数的影响 |
5.3.2 脉冲电源放电电压的影响 |
5.4 内放电脉冲电涡流处理对旋压微裂纹的修复规律 |
5.4.1 脉冲电涡流处理次数的影响 |
5.4.2 脉冲电源放电电压的影响 |
5.5 镁合金旋压试样脉冲电涡流修复过程的有限元模拟 |
5.5.1 有限元模型建立 |
5.5.2 脉冲电涡流处理过程中的电磁场分布 |
5.5.3 脉冲电涡流处理过程中的温度场分布 |
5.5.4 脉冲电涡流处理过程中的应力场分布 |
5.6 镁合金旋压试样微裂纹的修复机理 |
5.7 本章小结 |
第6章 脉冲电涡流及热处理对镁合金管件组织性能的影响 |
6.1 引言 |
6.2 脉冲电涡流处理对镁合金旋压试样组织性能的影响 |
6.3 连续脉冲电涡流处理对镁合金旋压件性能的影响 |
6.3.1 连续脉冲电涡流处理对旋压微裂纹修复的影响 |
6.3.2 连续脉冲电涡流处理对旋压件性能的影响 |
6.4 热处理对经脉冲电涡流处理旋压件组织性能的影响 |
6.4.1 热处理试验方案 |
6.4.2 热处理对经脉冲电涡流处理旋压试样组织性能的影响 |
6.4.3 脉冲电涡流处理试样的热处理强化机制 |
6.5 电涡流修复方法对金属管件微裂纹的适应性分析 |
6.6 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
个人简历 |
(9)铁路重载通用敞车车体疲劳强度评估及结构优化研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 选题背景与工程意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 结构疲劳研究现状 |
1.2.2 车体疲劳强度评价研究现状 |
1.2.3 车体结构优化设计研究现状 |
1.3 本文主要研究内容 |
1.4 本文技术路线 |
2 车体用主型钢焊接接头疲劳性能研究 |
2.1 基于小子样的P-S-N曲线拟合方法研究 |
2.1.1 S-N曲线数学表达式及基本假设 |
2.1.2 疲劳寿命等效原理 |
2.1.3 样本信息重构方法 |
2.1.4 基于小子样的P-S-N曲线拟合方法 |
2.1.5 P-S-N曲线延拓方法 |
2.2 车体用主型钢焊接接头疲劳试验 |
2.2.1 车体用主型钢材料化学成分与力学性能 |
2.2.2 疲劳试验 |
2.2.3 疲劳试验结果分析 |
2.3 典型焊接接头的P-S-N曲线拟合及延拓 |
2.3.1 T型接头的P-S-N曲线拟合及延拓 |
2.3.2 搭接接头的P-S-N曲线拟合及延拓 |
2.4 本章小结 |
3 车体关键焊缝应力分布及其与结构的相关性研究 |
3.1 基于均方差加权应力修匀方法 |
3.1.1 单元的最佳应力点 |
3.1.2 单元应力修匀方法 |
3.1.3 加权应力修匀方法 |
3.1.4 基于均方差加权的应力修匀方法 |
3.2 C80E车体结构及性能参数 |
3.2.1 C80E型敞车用途及车体结构特点 |
3.2.2 车体关键焊缝定义 |
3.2.3 主要性能参数及材料特性 |
3.3 车体有限元模型及加载方式 |
3.3.1 车体有限元模型 |
3.3.2 载荷及加载方式 |
3.4 关键焊缝应力分布分析 |
3.4.1 大横梁焊缝应力分布 |
3.4.2 枕梁焊缝应力分布 |
3.5 局部不对称结构与关键焊缝应力相关性研究 |
3.5.1 两条大横梁焊缝应力分布曲线在各模型中的定义 |
3.5.2 车体局部模型选取 |
3.5.3 大横梁焊缝应力分布簇研究 |
3.5.4 大横梁焊缝关键部位应力研究 |
3.5.5 基于皮尔逊相关系数的相关性分析 |
3.5.6 基于复相关系数的相关性分析 |
3.6 本章小结 |
4 车体结构优化设计方法研究 |
4.1 结构优化设计的数学模型与寻优方法 |
4.1.1 结构优化设计的数学模型 |
4.1.2 结构优化设计的寻优方法 |
4.2 MPSO-BP优化算法 |
4.2.1 BP神经网络 |
4.2.2 MPSO优化算法 |
4.2.3 MPSO-BP优化算法 |
4.2.4 MPSO-BP优化算法性能测试 |
4.3 车体结构设计策略及优化方法研究 |
4.3.1 车体结构设计策略优化 |
4.3.2 车体结构优化设计方法 |
4.4 C80E型通用敞车车体结构优化 |
4.4.1 车体结构布局优化 |
4.4.2 内补强座结构优化 |
4.4.3 大横梁结构优化 |
4.5 本章小结 |
5 基于结构刚度突变应力梯度方法的车体疲劳强度评价 |
5.1 车体疲劳强度评价基本理论及方法 |
5.1.1 名义应力评定方法 |
5.1.2 疲劳累积损伤理论 |
5.1.3 车体疲劳评估方法 |
5.2 基于结构刚度突变的应力梯度方法 |
5.2.1 结构刚度突变应力梯度路径的定义 |
5.2.2 结构刚度突变的应力梯度方法 |
5.3 C80E车体裂纹统计分析 |
5.3.1 大横梁焊缝裂纹统计 |
5.3.2 车体裂纹概率分析 |
5.4 基于实测应力谱的车体疲劳强度评估 |
5.4.1 测试方案 |
5.4.2 测点布置 |
5.4.3 数据信号处理 |
5.4.4 动应力测试结果分析 |
5.5 车体疲劳强度评价 |
5.5.1 基于载荷谱的疲劳强度评价方法 |
5.5.2 疲劳损伤分析 |
5.6 载荷谱损伤一致性校准研究 |
5.6.1 载荷谱损伤一致性准则 |
5.6.2 载荷谱损伤一致性校验 |
5.6.3 载荷谱损伤一致性校准方法 |
5.6.4 结果分析 |
5.7 车体疲劳寿命评估 |
5.8 本章小结 |
6 车体关键部位应力强度因子与疲劳裂纹扩展速率研究 |
6.1 线弹性断裂力学基本理论 |
6.1.1 裂纹扩展类型 |
6.1.2 裂纹尖端区域的应力场和位移场 |
6.1.3 应力强度因子 |
6.1.4 基于能量法的应力强度因子有限元求解 |
6.2 车体裂纹应力强度因子研究 |
6.2.1 车体简化有限元模型的建立 |
6.2.2 计算结果分析 |
6.3 车体裂纹扩展速率研究 |
6.3.1 复合型裂纹的扩展准则 |
6.3.2 复合型疲劳裂纹扩展速率模型 |
6.3.3 有限元仿真分析 |
6.4 本章小结 |
7 结论与展望 |
7.1 论文的主要结论 |
7.2 论文的主要创新点 |
7.3 研究工作展望 |
参考文献 |
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
学位论文数据集 |
(10)退役发动机曲轴缺陷涡流/磁记忆检测与寿命预测研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景概述 |
1.2 课题国内外研究现状 |
1.2.1 曲轴的疲劳分析及寿命预测研究现状 |
1.2.2 涡流检测和磁记忆检测的研究现状 |
1.2.3 基于磁记忆检测的寿命评估研究现状 |
1.3 研究目的和意义 |
1.4 研究内容 |
第2章 曲轴受力状况与失效形式分析 |
2.1 曲轴失效形式与基础受力分析 |
2.1.1 曲轴失效形式概述 |
2.1.2 曲柄连杆机构受力分析 |
2.2 曲轴系多刚体动力学仿真 |
2.2.1 多刚体系统动力学仿真概述 |
2.2.2 基于ADAMS的曲轴系多刚体动力学模型建立 |
2.2.3 曲轴系多刚体动力学仿真与结果分析 |
2.3 曲轴模态分析 |
2.3.1 基于Hyperworks的曲轴模态分析方法与建模 |
2.3.2 曲轴模态分析结果 |
2.4 曲轴系刚柔耦合动力学仿真 |
2.4.1 柔体系统动力学仿真概述 |
2.4.2 基于ADAMS的曲轴系刚柔耦合动力学模型建立 |
2.4.3 曲轴系刚柔耦合动力学仿真与结果分析 |
2.5 曲轴静力学有限元分析 |
2.5.1 曲轴工作过程概述 |
2.5.2 基于ABAQUS的曲轴静力学有限元模型建立 |
2.5.3 曲轴应力分布有限元分析结果 |
2.5.4 曲轴变形有限元分析结果 |
2.6 本章小结 |
第3章 曲轴表面裂纹的涡流检测研究 |
3.1 涡流检测的理论基础 |
3.1.1 涡流检测技术的基本原理 |
3.1.2 趋肤效应与提离效应 |
3.1.3 阻抗分析法 |
3.2 涡流效应仿真分析 |
3.2.1 电磁场有限元法基本理论 |
3.2.2 基于COMSOL Multiphysics的涡流检测有限元建模 |
3.2.3 涡流检测仿真结果分析 |
3.3 含裂纹构件的涡流检测信号分析 |
3.3.1 含裂纹构件的涡流检测有限元建模与仿真分析 |
3.3.2 裂纹深度对涡流检测的影响 |
3.3.3 裂纹深度的涡流检测 |
3.4 曲轴的涡流检测实验 |
3.4.1 曲轴涡流检测方案设计 |
3.4.2 曲轴涡流检测装置和检测方法 |
3.4.3 曲轴涡流检测结果与分析 |
3.4.4 磁粉检测与涡流检测结果对比 |
3.5 本章小结 |
第4章 曲轴应力集中的磁记忆检测研究 |
4.1 金属磁记忆检测技术的原理 |
4.1.1 金属磁记忆效应物理机理 |
4.1.2 应力与磁场的耦合关系 |
4.1.3 磁记忆检测的基本判别依据 |
4.2 疲劳过程中的磁记忆信号分析 |
4.2.1 疲劳裂纹扩展试验与磁记忆检测方法 |
4.2.2 试验结果与磁记忆信号H_p(y)规律分析 |
4.3 磁记忆特征信号规律研究 |
4.3.1 磁记忆特征信号提取 |
4.3.2 磁记忆特征信号与应力的关系 |
4.3.3 磁记忆特征信号与裂纹萌生的关系 |
4.3.4 磁记忆特征信号与裂纹扩展的关系 |
4.4 曲轴的磁记忆检测实验 |
4.4.1 曲轴磁记忆检测方案设计 |
4.4.2 曲轴磁记忆检测装置和检测方法 |
4.4.3 曲轴磁记忆检测结果与分析 |
4.5 本章小结 |
第5章 基于检测结果的曲轴疲劳寿命预测研究 |
5.1 基于动力学和有限元的曲轴初始疲劳寿命分析 |
5.1.1 疲劳和寿命问题概述 |
5.1.2 曲轴疲劳寿命分析方法 |
5.1.3 基于nCode DesignLife的曲轴疲劳分析模型建立 |
5.1.4 曲轴疲劳寿命计算与结果分析 |
5.2 基于涡流检测的疲劳裂纹扩展寿命预测方法 |
5.2.1 疲劳裂纹扩展基本理论与提出方法概述 |
5.2.2 裂纹尖端应力强度因子的有限元模拟 |
5.2.3 曲轴材料疲劳裂纹扩展试验 |
5.2.4 试样裂纹扩展寿命计算与分析 |
5.3 基于磁记忆检测的剩余寿命预测方法 |
5.3.1 磁记忆特征信号表征的损伤模型建立 |
5.3.2 基于损伤模型的剩余寿命预测方法及验证 |
5.4 本章小结 |
第6章 总结与展望 |
6.1 主要结论 |
6.2 创新点 |
6.3 研究展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读学位期间获得与学位论文相关的科研成果 |
四、疲劳损伤系统裂尖粒子运动随机分叉理论研究(论文参考文献)
- [1]基于分布式光纤的海洋平台结构裂纹监测研究[D]. 辛承祖. 大连理工大学, 2021(01)
- [2]T型管道热疲劳隐裂建模及实验研究[D]. 张嘉芮. 东北电力大学, 2021(09)
- [3]基于内聚力模型的双相TiAl合金裂纹扩展的多尺度模拟[D]. 张成. 兰州理工大学, 2021
- [4]基于近场动力学的起重机主梁损伤机理及识别方法研究[D]. 杨会超. 东南大学, 2021
- [5]中国航空工业疲劳与结构完整性研究进展与展望[J]. 王彬文,陈先民,苏运来,孙汉斌,杨宇,樊俊铃. 航空学报, 2021(05)
- [6]基于红外热像技术的风力发电机缺陷叶片疲劳损伤研究[D]. 王琳琳. 沈阳工业大学, 2020
- [7]镍基高温合金服役温度范围高温区裂纹急速扩展的现象和本质研究[D]. 徐超. 北京科技大学, 2020(01)
- [8]金属管件微裂纹的电涡流修复方法及机理研究[D]. 杨川. 哈尔滨工业大学, 2019(01)
- [9]铁路重载通用敞车车体疲劳强度评估及结构优化研究[D]. 刘文飞. 北京交通大学, 2019(01)
- [10]退役发动机曲轴缺陷涡流/磁记忆检测与寿命预测研究[D]. 倪晨. 武汉理工大学, 2019(07)