X80管道单腐蚀缺陷失效研究

腐蚀是造成管道失效的重要原因之一。为了深入了解现有X80管道的单腐蚀缺陷,本文针对X80管道单腐蚀缺陷失效机理进行了研究。首先建立并验证了有限元模型,通过大量的有限元模拟计算,建立了单腐蚀X80管道失效分析数据库;其次根据计算结果对腐蚀管道的失效机理进行了研究,包括单腐蚀X80管道的破坏模式、破坏过程以及应力分析;同时对影响X80腐蚀管道失效表现的各项参数进行了分析,如深度、长度、宽度、缺陷位置及管道径厚比等;最后利用有限元计算结果,拟合了单腐蚀X80管道的失效压力预测公式,并通过对比爆破实验数据验证了回归公式的适用性。     

含不同尺寸双腐蚀缺陷L245NCS钢管剩余强度计算

基于非线性有限元方法，建立含腐蚀缺陷管道的剩余强度计算模型，采用实验数据验证模型的准确性。在此基础上，以L245NCS管道为对象，研究了管道内腐蚀缺陷间轴向和环向的距离对剩余强度的影响。通过多因素影响分析，修正了ASME B31G标准中含双点腐蚀缺陷管道剩余强度的公式。结果表明：缺陷间在一定距离内会存在相互作用且发生相互作用的极限距离随缺陷深度的增加而增加；采用DNV-RP-F101标准计算的双缺陷相互影响的极限轴向间距和极限环向角度偏大，标准计算值与有限元计算值的最大相对误差达41%;修正后的剩余强度计算公式可用于计算含不同尺寸双腐蚀缺陷的中低强度管道的剩余强度，且计算结果相比于ASME B31G公式更接近实验值，平均相对误差为1.80%,较ASME B31G下降了9.86%。     

含腐蚀缺陷的管道静力性能试验测试研究

为研究腐蚀缺陷对管道承载力的影响,本文分别进行了含腐蚀缺陷管道在轴压载荷、弯曲载荷以及轴压和弯曲复合载荷作用下的静力失效过程测试。通过不同载荷作用下管道的荷载-位移曲线以及荷载-应变曲线来分析管道的失效模式和失效机理;通过有限元分析结果与试验测试结果验证其准确性。结果表明:腐蚀缺陷使管道在三种不同荷载作用下的极限承载力均有所下降;针对文中所研究的管道及其腐蚀缺陷,在轴压载荷作用下管道承载力下降了18.4%,在弯曲载荷作用下管道承载力下降了20.96%,在轴压和弯曲复合载荷作用下管道承载力下降了13.3%;管道中腐蚀缺陷位置的管壁厚度减小,该位置应变发展迅速,首先进入塑性屈服状态,最终导致该腐蚀位置发生弹塑性屈曲失效。     

基于高斯过程回归的有限元应力解的改善研究

本文应用高斯过程回归方法对有限元应力解进行了改善研究．考题是一简化为平面应力问题的各向同性且受均布载荷的等截面悬臂深梁，应力考察量取Mises 应力，高斯积分点为样本点，单元角结点为改善点．4结点单元有限元模型和8 结点单元有限元模型的计算结果表明：(1)改善点的总体误差比样本点的总体误差都小，且4 结点明显、8 结点不明显；(2)边界结点的改善效果均较传统整体应力修匀的效果显著；(3)改善点应力具有置信区间；(4)较传统分片应力修匀方法，高斯过程回归方法可将所选取区域内的所有角结点的应力同时给予改善，且边界角结点改善效果好．     

GNSS 失锁下基于混合预测模型的 POS 误差估计方法

针对GNSS信号受遮挡或干扰导致的位姿测量系统（POS）量测信息失锁问题,提出一种基于多元线性回归（MLR）和径向基函数神经网络（RBFNN）的混合预测方法,用于GNSS失锁期间的POS导航误差预测。该方法利用Hodrick-Prescott(HP)滤波将POS导航误差样本数据分解成趋势性成分序列与波动性成分序列,分别采用MLR和RBFNN对其进行预测建模,充分表征POS导航误差数据的线性与非线性特征。车载实验结果表明,所提出的基于MLR/RBFNN混合预测方法与标准Kalman滤波方法相比,位置误差精度提高72.9%～89.1%,速度误差精度提高50.1%～60.8%,其位置和速度误差统计结果均优于单一的MLR预测模型和RBFNN预测模型。     

某型飞机关键部位结构应变预测

基于飞行参数预测飞机的结构应变对飞机结构强度试飞非常重要。因此,建立高精度的结构应变预测模型是保证飞机结构安全的关键。首先,对飞行实测数据进行机动识别,建立数据库;其次,考虑飞行参数的物理意义、机动类型等因素对飞行参数进行初选;然后,采用偏相关系数法对飞行参数进行优选;最后,利用多元线性回归法建立了飞机结构应变预测模型。本文以某型飞机关键部位结构应变为样本数据,采用三种飞控模式下的飞机实测数据对建模方法进行了验证,结果表明应变预测误差均小于5%,说明本文的预测方法具有可行性和较高的准确性。     

基于WOA-BP神经网络的超低温冻土抗压强度预测模型研究

为获得超低温冻土抗压强度预测模型, 探究超低温状态下冻土的物理性质及力学性质的变化, 对含水率19%, 22%, 25%和28%的低液限黏土土样进行?180 °C ~ ?10 °C的单轴压缩强度试验, 并测量?80 °C ~ ?10 °C土样的未冻水含量, 建立基于WOA-BP神经网络和BP神经网络的预测模型, 探究含水率、温度、未冻水含量与超低温冻土抗压强度关系. 预测结果表明: 含水率、温度、未冻水含量与超低温冻土抗压强度存在复杂的非线性关系, 特别是在?180 °C ~ ?80 °C区间内, 现有的线性拟合公式已无法准确预测该区间内冻土抗压强度; 基于WOA-BP神经网络预测模型的整体预测效果较好, 其绝对误差平均值为1.167 MPa, 相对误差平均值为7.62%, BP神经网络预测模型的绝对误差平均值为8.462 MPa, 相对误差平均值为47.99%. 基于鲸鱼优化算法的BP神经网络预测模型预测误差明显小于BP神经网络预测模型及线性拟合值, 更接近实测值. 该预测模型具有较高精确度, 能有效解决超低温冻土抗压强度与其影响因素间复杂的非线性关系, 可为人工冻结技术在地层应急工程中的应用提供参考.      

基于随机森林回归的智能手机用步长估计模型

行人航位推算是智能手机室内定位与导航系统中最常用的方法,步长估计是重要组成部分。针对现有步长估计模型精度不够高、多数模型无法用于智能手机的问题,提出了一种面向智能手机基于随机森林回归的高精度步长估计模型。利用线性回归和相关分析方法对测试数据进行特征分析,以身高、步频及其算术平方根为训练特征构建随机森林回归模型,采用十折交叉验证法的误差评定结果(相关系数和均方根误差)对随机森林回归模型进行改进。利用提出步长估计模型在4段走廊内开展实验,步行211 m的距离误差为2.582 m,相对误差约为1.22%;与常用三种模型相比,相对误差减小了2.18%～5.82%,且具有更高轨迹重合度。实验结果表明,提出模型比常用三种模型具有更高估计精度。     

基于卡方检测和相关向量机的DVL异常信息处理机制

多普勒计程仪（DVL）工作在未知、复杂的水下环境中时,各个波束的有效性不是都能保证,偶尔会不可避免地产生异常信息,导致水下组合导航系统的定位精度下降。针对水下航行器长航时定位中可能出现的DVL野值和短时失效,提出一种用于SINS/DVL组合导航系统的DVL异常信息处理机制,一方面采用滑动窗卡方检测方法,消除野值对导航精度的影响;另一方面采用基于稀疏贝叶斯理论的相关向量机算法建立DVL速度回归预测模型,在DVL短时失效时输出速度信息避免SINS误差积累。基于长江试验的实测数据,对比了所提方法与DVL失效时仅隔离DVL、采用相关向量机模型预测但未处理野值以及采用支持向量机模型预测并处理野值三种方法,所提方法分别提升了68.8%、67.3%和22.6%的定位精度,可以更准确预测DVL速度输出并且避免野值导致的滤波精度下降问题,验证了该DVL异常信息处理机制的有效性和鲁棒性。     

热力耦合作用下碳质千枚岩强度演化规律分析

温度场与应力场是影响碳质千枚岩地层引水隧洞围岩强度的重要因素。设定2因素4水平16组试验，依据单轴与三轴试验结果，探讨热力耦合作用下碳质千枚岩应力-应变曲线性态与破坏模式，得到了峰值强度变化规律；基于Mohr–Coulomb强度准则(M–C)与Heok–Brown强度准则(H–B)，分别建立了热力耦合作用下Mohr–Coulomb–Thermal法(M–C–T)和Heok–Brown–Thermal法(H–B–T)两种破坏强度计算方法。试验结果与理论分析表明，随围压增大与温度升高，碳质千枚岩从脆性破坏逐渐转为延性破坏，黏聚力、单轴抗压强度和参数n随温度升高呈线性增大，内摩擦角受温度影响不显著。通过试验值与计算对比分析，M–C–T法和H–B–T法均能较好地量化热力耦合作用下碳质千枚岩强度演化规律；误差分析表明，前者计算误差为-28.5%～7.7%，后者为-8.9%～5.6%,H–B–T法计算结果离散程度较小，稳定性更高，且更偏向于安全。     

含局部减薄弯头塑性极限载荷的数值分析

局部减薄是一种压力管道表面常见的体积型缺陷，它不仅会降低管道的承载能力，而且还可能引起管道破坏，导致严重的事故．采用数值分析方法，对内压和面内弯矩作用下含局部减薄弯头的极限载荷进行了研究，分析了载荷组合、缺陷形状、位置、尺寸对弯头极限承载能力的影响，讨论了导致弯头破坏的典型失效模式．提出了含局部减薄缺陷弯头的塑性极限载荷工程估算式．计算结果为含缺陷弯头的安全评定提供了理论依据．     

约束修正失效评定曲线及内压管道失效分析

用A2参数描述裂纹尖端约束效应,考虑裂纹尖端约束水平对断裂阻力的影响,对R6失效评定曲线进行修正。以X80钢为例,根据不同约束水平试件测试得到的JR–△a曲线,给出了与裂纹尖端约束相关的失效评定曲线。在使用有限元对带裂纹内压管道进行弹塑性分析的基础上,利用失效评定曲线对失效载荷进行预测;与试验结果比较表明:采用约束修正失效评定曲线,在对存在缺陷的构件进行安全性评定、寿命评估、失效概率计算时,考虑约束效应对断裂韧度的影响可以更充分地发挥构件的强度潜力。     

一种基于混合策略的自适应多输出高斯过程响应面法

针对工程结构数值模拟常常是矢量与函数(矢量函数)混合输出的特点,提出一种基于混合策略的含索引变量的矢量高斯过程响应面法,同时提出一种设计点自适应加密方法进一步提高效率。算例显示:本文方法能够优先拾取预测误差最大的点作为加密点;真实误差全部都落在最大可能误差范围之内,最大误差1.4%~1.6%远小于预设误差限5%,验证了本文方法的有效性。     

基于统一相场理论的锂电池电极颗粒断裂模拟研究

锂电池充放电过程中, 锂离子的脱出和嵌入会引发电极颗粒的不均匀体积变化和机械应力. 上述锂离子扩散过程诱发的应力与电极颗粒的尺寸大小、截面形状和冲放电速率有关, 可能会导致电极颗粒出现裂缝起裂、扩展甚至断裂等力学失效, 对锂离子电池的容量和循环寿命等性能产生不利影响. 为准确模拟并预测电极颗粒的力学失效过程, 在笔者前期提出的统一相场理论框架内进一步考虑化学扩散、力学变形和裂缝演化等耦合过程, 建立化学–力学耦合相场内聚裂缝模型, 发展相应的多场有限元数值实现算法, 并应用于二维柱状和三维球体锂电池电极颗粒的力学失效分析. 由于同时涵括了基于强度的起裂准则、基于能量的扩展准则以及基于变分原理的裂缝路径判据, 这一模型不仅适用于带初始缺陷电极颗粒的开裂行为模拟, 而且适用于无初始缺陷电极颗粒的损伤破坏全过程分析. 数值计算结果表明, 相场内聚裂缝模型能够模拟锂离子扩散引发的电极颗粒裂缝起裂、扩展、汇聚等复杂演化过程, 可为锂离子电池电极颗粒的力学失效预测和优化设计提供有益的参考.      

基于分段Knothe函数的采空区埋地管道动态力学特性研究

针对穿越采空区埋地管道的动态力学预测问题,本文在概率积分法基础上将煤矿开采距离定义为开采时间与开采速度的乘积,采用分段Knothe函数模型并使用叠加原理,建立了在管-土协同变形期间水平煤层及缓倾斜煤层下埋地管道的动态下沉模型;在此基础上,运用弹性地基梁模型求解管道的挠度并结合分段Knothe函数建立了管道动态力学预测模型。结果表明:通过对比理论计算数据与实测数据可知,基于分段Knothe函数的预测方法能够比较真实地反映埋地管道的动态下沉位移及不断开采对埋地管道下沉变化的客观规律,且通过管道挠度方程能准确预测管道的动态力学行为。     

基于加权应变因子的叶片振动疲劳寿命预测

通过循环应力-应变方程和应变-寿命方程推导了可预测材料高、低周疲劳寿命的非线性疲劳损伤累积模型。模型中引入弹性、塑性加权应变因子对疲劳延性指数和疲劳强度指数进行修正,以考虑疲劳过程中弹塑性应变共同作用对疲劳损伤累积速率的影响。以某型航空发动机压气机叶片为研究对象,利用所建立的模型预测其疲劳寿命,并与试验结果、Basquin方程、改进的Basquin方程的预测结果进行对比分析。结果发现:在低应力水平(≤700MPa)下,三种预测模型给出的高周疲劳寿命误差小于30%;但是当应力水平达到770MPa时,所建立模型的预测精度比Basquin方程和改进的Basquin方程分别提高89.14%和22.73%。     

基于改进高斯和粒子滤波的海底地形辅助导航

为了提升低分辨率海底地形图下的导航定位精度,提出一种基于改进高斯和粒子滤波的海底地形辅助导航方法。以高斯和粒子滤波为基础,通过高斯过程回归建立海底地形模型以获得有效粒子观测值。在量测更新阶段引入最小均方误差约束从而提升高斯和粒子滤波的估计效率,再进行滤波并最终获得导航输出。该方法能够解决低分辨率海图下数字地形模型不准确问题并提升高斯和粒子滤波在实时计算过程中的运算效率。在某低分辨率海图下进行仿真实验,结果表明:所提出的算法与采用基本粒子滤波和基本高斯和粒子滤波的海底地形辅助导航方法相比,导航定位精度提升了20%～40%,算法耗时降低了30%～40%。     

弹丸侵彻混凝土加速度信号测试及分析

针对弹丸侵彻混凝土加速度信息获取及实测信号失效问题,采用弹载存储测试系统进行了实验,并基于LS-DYNA进行了高速碰撞过程的数值模拟,经处理后的数据曲线与实测侵深符合较好,数值模拟计算结果与实验结果较吻合。通过实验分析与理论推导相结合的方式对应力波、测试装置的基础运动和安装结构刚度、加速度计安装方式等部分影响因素进行了实测加速度信号的影响分析,分析结果对高g值冲击测试问题具有一定的参考价值。     

螺旋压缩弹簧应力松弛特性试验分析及其应用

本文通过应力松弛试验、理论推导及数值模拟研究了高温下螺旋压缩弹簧的应力松弛规律,并利用加速模型对工况下弹簧应力松弛服役寿命做出预测。首先,根据螺旋压缩弹簧的结构特点搭建了弹簧应力松弛连续动态测试装置,该装置不仅避免了传统测试方法存在的缺陷,而且能够保证试验过程中位移载荷恒定,并实时监测载荷变化。本文以某飞机舱门单锁机构中的螺旋压缩弹簧为试验对象进行了不同温度条件下的应力松弛试验,得到其松弛动力学曲线,并基于Arrhenius模型建立了弹簧在工况下的应力松弛服役寿命预测模型;其次,基于应力松弛和蠕变在本质上的一致性,结合金属材料蠕变规律并根据试验弹簧的受力特点,推导出用于描述试验材料松弛行为的蠕变本构方程,由试验结果获得该本构方程的材料常数;最后,通过该本构方程及材料常数,在ANSYS软件中对试验弹簧的松弛过程进行模拟,结果表明,模拟结果与试验结果误差不大于4%。因此,通过本文方法所建立的蠕变方程对弹簧在不同载荷条件下的应力松弛规律进行仿真分析具有一定的可行性与准确性。     

考虑晶粒度的GH4169高温合金微铣削残余应力仿真与实验研究

微细铣削中,由于受加工余量限制,铣刀每齿进给量非常小甚至小于材料内部晶粒尺寸。当切削在晶粒间进行时会造成切削不连续,从而使铣削过程颤振急剧增大,引起加工表面质量下降,严重影响微型零件的疲劳寿命和使用性能。本研究基于Voronoi图建立多晶体几何模型,通过仿真与实验验证的方法对刀具刃口圆弧半径、切削深度和晶粒尺寸对已加工表面残余应力的影响规律进行详细研究,建立多元线性回归模型并进行显著性检验。对经热处理后具备不同晶粒尺寸的高温合金GH4169进行微铣削实验,通过X射线衍射法测量工件进给方向已加工表面的残余应力值,将实验值与预测值进行对比,从而验证残余应力预测模型的准确性。结果表明,其误差分布在2.18%～7.35%,不超过10%,说明残余应力的预测模型准确性较高。