LOCATING BEAM DAMAGE BASED ON INITIAL FLEXURAL STIFFNESS DETECTION

应变模态变化率指标在服役梁结构的损伤定位方面已有应用,但现有研究大多忽视了梁上的初始局部抗弯刚度具有离散性的情况,因此难以区分真实损伤和初始离散性造成的局部刚度变化,对于实际梁结构的应用效果不佳. 先提出了一种通过求解线性方程组来得到梁上各区间真实初始抗弯刚度的方法,然后采用应变模态变化率指标来进行损伤定位. 研究结果表明,该方法可以处理梁上初始局部抗弯刚度具有离散性的情况,实现准确的损伤定位.     

Influence of environmental factors on corrosion damage of aircraft structure

Corrosion is one of the important structural integrity concerns of aging aircraft, and it is estimated that a significant portion of airframe maintenance budgets is directed towards corrosion-related problems for both military and commercial aircraft. In order to better understand how environmental factors influence the corrosion damage initiation and propagation on aircraft structure and to predict pre-corrosion test pieces of fatigue life and structural integrity of an effective approach, this paper uses the cellular automaton (CA) method to character the effect of electrolyte concentrations, dissolution probabilities, and temperature on the corrosion damage of a metal structure exposed to an aggressive environment, and the procedure for applying the local rules between the cells of the CA to simulate the corrosion damage evolution is formulated. The simulation results show that the different electrolyte concentrations, dissolution probabilities and temperature, the laws of the dissolution current with time are investigated and they obey the time power function.     

金属材料的强度与应力-应变关系的球压入测试方法

压入法获取材料单轴应力-应变关系和抗拉强度对服役结构完整性评价有重要的基础意义.假定材料均匀连续、各向同性、应力应变关系符合Hollomon律,基于能量等效假定,即代表性体积单元(representativevolume element, RVE)的vonMises等效和有效变形域内能量中值等效假定,本文提出了关联材料载荷、深度、球压头直径和Hollomon律的四参数半解析球压入(semi-analyticalspherical indentation,SSI)模型.通过球压入载荷-深度试验关系获得材料的应力-应变关系和抗拉强度.考虑压入过程中的损伤效应,针对金属材料提出了用于球压入测试的材料弹性模量修正模型.对11种延性金属材料完成了球压入试验,采用本文提出的球压入试验方法测到的弹性模量、应力-应变关系和抗拉强度与单轴拉伸试验结果吻合良好.      

线性疲劳累积损伤准则适用性评估

本文将线性疲劳累积损伤理论分为3类:(1)等损伤线性疲劳累积损伤理论;(2)变损伤线性疲劳累积理论;(3)等损伤线性分阶段疲劳累积损伤理论.对每类理论分别从理论基础、材料常数、引入的参量及工程应用等方面进行分析,归纳出典型模型,并利用金属材料的两级谱、多级谱和随机谱试验数据进行了评估.最后,从理论基础和数据评估两方面进行综合评述,得出了不同类型的模型的适用范围和计算效果,对工程实践具有参考价值.     

腐蚀损伤模型研究进展

腐蚀会导致材料表面附近产生机械损伤，降低材料强度。腐蚀损伤演化过程的理解和模拟，对工程结构的剩余服役寿命预测、可靠性分析、以及材料耐腐蚀设计等至关重要。现有的腐蚀数学模型大多旨在描述单个或少数几个腐蚀点的界面演化过程。这些模型通常都基于扩散理论和电化学动力学定律，用于预测腐蚀点的几何形状演化和溶液中离子的浓度分布演化。本文简述了腐蚀的电化学动力学基础，为力学工作者参与腐蚀损伤研究提供了简要的背景知识介绍。对目前发展比较完善的点腐蚀模型进行了总结分类。重点介绍了近十年来几种主要的新型腐蚀模拟方法：元胞自动机法、相场模型和近场动力学模型。并分析了各方法的优缺点。提出了电偶腐蚀和应力腐蚀开裂模型分析中亟待解决的一些问题。最后，论文总结了腐蚀模拟在实际工程应用中的难点，展望了未来研究发展方向。     

Progress in thermal-mechantical effects induced by laser

对激光辐照诱导的热与力学问题研究进展进行了综述,包括材料在高温、高升温速率下的本构关系,典型薄板和柱壳等结构在激光辐照下的热力破坏效应,多层材料体系的激光破坏行为等几个方面,并着重介绍了包含相变与烧蚀过程的激光破坏分析模型与机制研究,激光辐照效应的流-热-固耦合数值模拟方法,以及短脉冲激光引起的冲击与破坏机理等方面的研究新进展.     

ANALYSIS OF THE WELLBORE STABILITY BASED ON PLASTIC DAMAGE THEORY IN SOFT SHALE FORMATION

软泥页岩在地层高压、流体环境下独有的力学变形特性一直是井壁稳定性控制工程领域的研究热点。针对软泥页岩低强度、高塑性的特点,考虑孔隙渗流、塑性损伤引起的渗透率变化等因素,建立了渗流-- 应力耦合形式的井壁稳定性评价数值模型,研究了流体渗流、泥浆压力、水平应力差的影响。结果表明,对过平衡钻井,当泥浆压力超过地层孔隙压力10% 时,渗流-- 应力耦合效应导致井壁塑性损伤区扩大至少65%,需予以考虑。水平应力差的增大会促进井壁塑性损伤区向最小水平主应力方向集中,且损伤区深度增大。     

航空铝合金力学与电化学耦合点蚀损伤模型研究

点蚀是航空铝合金材料在服役环境下常见的损伤形式，点蚀损伤会导致材料性能的下降, 严重地威胁着结构的承载能力。作为承力构件，航空铝合金不仅承受环境腐蚀的作用，还承受应力作用。论文根据点蚀基本原理，引入细观损伤变量孔隙率，考虑力学化学效应，建立了点蚀损伤弹性模量计算模型。使用2219铝合金，进行加速腐蚀试验和单向拉伸试验，利用显微扫描技术研究了点蚀坑深度随时间和载荷的变化，并对腐蚀后试验件的损伤宏观形貌进行观察分析。根据拉伸实验结果，对模型的正确性进行验证。模型计算与实验结果的对比证明了本文方法的可行性与正确性。     

Review on underwater sound absorption materials and mechanisms

随着我国加速实施海洋强国战略,对先进水下吸声材料的需求日益迫切.与空气吸声不同,水下的高静水压力和复杂的海洋环境对水下吸声材料提出了更为苛刻的要求.吸声问题的本质是如何将弹性能高效地转化为热能或其他形式能量.本文综述了主要以聚合物分子内摩擦机制及界面耗能机制为基础的传统水下吸声材料.传统水下吸声材料面临的主要是其在低频及高静水压力下吸声性能差的问题.这是因为：一方面受质量密度定律的限制,有限厚度的水下吸声材料无法有效吸收水中传来的低频声波;另一方面,在高静水压力下,弹性材料如高分子聚合物会变“硬”,从而大大降低了声波弹性能的转换效率.随着局域共振理论及超材料概念的提出,发展出了一系列新型水下吸声材料,为解决水下吸声材料遇到的难题提供了新思路.局域共振理论的特点是可以用小尺度结构控制长波声波的传播,从而可以解决低频吸声问题.本文重点综述了局域共振理论,以及由此发展出的声子木堆、声子玻璃等新型水下吸声材料.声子玻璃材料在局域共振理论基础上,通过引入多孔金属骨架结构提高了材料的抗压性能,从而解决了高静水压力下材料吸声性能变差的问题.本文最后对水下吸声材料未来发展方向进行了展望.     

EXPERIMENTAL STUDY OF THE SEA FLOOR DAMAGE DUE TO GAS ESCAPE IN HYDRATE DISSOCIATION

海床下水合物分解可能造成大量的生成气体泄漏. 气体渗漏一方面造成海床表层的破坏;另一方面使得海水密度减小造成海上一些结构的安全隐患. 本文通过实验研究泄漏气体在水中上升过程中的扩散行为,以及渗漏对海底粉砂土海床的破坏规律. 考虑压力,盖层厚度在渗漏气体对盖层土体形态破坏的影响,获得了气体在水中上升过程中的扩散角的特点,以及气体泄漏导致的海床冲刷坑范围随气体压力、土层厚度的变化规律,可以为进一步的研究和工程应用提供参考.     

THE FATIGUE CONSTITUTIVE MODEL OF CONCRETE BASED ON MICRO-MESO MECHANICS

该文致力于混凝土疲劳损伤发展机理的微细观解释. 以速率过程理论为基础,通过考虑裂纹断裂过程区中的水分子动力作用,在细观尺度上建立了具有物理机理的疲劳损伤能量耗散表达式. 结合细观随机断裂模型,以宏观损伤力学为框架,建立了疲劳损伤演化方程. 通过数值模拟,计算了单轴受拉时的疲劳损伤演化以及不同加载幅度下的疲劳寿命. 与相关试验结果的对比显示出该文模型能够很好地表现混凝土材料的疲劳损伤演化过程.     

MECHANICAL MODEL OF COLUMN BASE CONNECTION IN ANCIENT TIMBER STRUCTURES1)

根据历年来的地震震害调查显示,四川地区古建筑木结构连接部分的典型震害为柱脚滑移。为预测古建筑木结构在地震作用下的柱脚滑移量,判定其震害的损伤度,以柱础连接为对象,将柱础连接简化为水平弹簧和转动弹簧,建立了柱础动力学方程;并在求解过程对不规则的地震激励进行简化,代以峰值激励进行作用,引入等效刚度和修正系数对方程进行修正,从而提出了不同激励下的最大柱脚滑移量和最大结构倾斜度解析表达式。     

THE DAMAGE LOCALIZATION FOR PLATE STRUCTURES BASED ON MODIFIED MODAL STRAIN ENERGY INDEX

为解决模态应变能方法识别中产生的"邻近效应"问题,提出基于修正模态应变能指标的板结构损伤定位方法.该方法首先利用邻近测点的应变能变化相对大小计算权重系数,再根据权重系数对测点相应区域的应变能进行重新分配.此外,通过定义的损伤辨识度指标研究噪声对损伤定位结果的影响.为验证本文所提方法的可行性和有效性,以一个四边简支板为数值算例.算例结果表明,本文方法对于点状、块状和带状损伤都可以实现准确定位,且具有良好的抗噪性.     

船舶与海洋平台撞击的荷载模拟

以某导管架结构的X斜撑在导管架安装阶段受到大吨位起重铺管船撞击后的损伤检测结果为依据。对碰撞过程进行了数值模拟，按照构件模型从简单到复杂的模拟思路得到了船舶对海洋平台结构的撞击力。建立了船舶与海洋平台碰撞系统的力学模型，对导管架平台受损构件进行了等效静力强度计算分析。为了考虑在船舶冲撞下的整体平台结构动力效应的影响，在分析时考虑了碰撞过程的水动力效应，桩-土-平台结构的相互作用，采用非线性弹簧来模拟受损构件局部凹陷损伤，在船舶以不同的速度与平台发生碰撞的情况下，模拟出平台受撞击构件的永久凹陷变形与碰撞接触时间的曲线．反演分析计算了船舶对平台结构碰撞的最大撞击力。为确定受到撞击后导管架平台结构构件和管节点的损伤程度，提出合理可行的修理加固方案提供了分析依据。     

局部径向载荷作用下外压薄壁圆筒稳定性分析

为简化真空塔器外挂件支撑区局部失稳分析,提炼出局部径向载荷作用下外压薄壁圆筒稳定性计算模型. 以易拉罐为薄壁圆筒试件,对不同外压下试件的局部径向临界载荷进行了测试. 利用有限元法对各实验模型进行了特征值屈曲分析,结果与实验数据能较好地吻合. 采用正交设计及参数化计算,得到了各结构参数及外压下的局部径向临界载荷经验公式. 实例计算表明,所得经验公式稍有保守,可用于真空塔器外挂件支撑件区的局部稳定性分析.     

Peridynamic modeling of pitting corrosion damage

In this paper we introduce a peridynamic model for the evolution of damage from pitting corrosion capable of capturing subsurface damage. We model the anodic reaction in corrosion processes (in which electroplating is negligible) as an effective peridynamic diffusion process in the electrolyte/solid system coupled with a phase-change mechanism that allows for autonomous evolution of the moving interface. In order to simulate creation of subsurface damage, we introduce a corrosion damage model based on a stochastic relationship that connects the concentration in the metal to the damage of peridynamic mechanical-bonds that are superposed onto diffusion-bonds. We study convergence of this formulation for diffusion-dominated stage. The model leads to formation of a subsurface damage layer, seen in experiments. We validate results against experiments on pit growth rate and polarization data for pitting corrosion. We extend the 1D model to the 2D and 3D, and introduce a new damage-dependent corrosion model to account for broken mechanical bonds that enhance the corrosion rate. This coupled model can predict the pit shape and damage profile in materials with microstructural heterogeneities, such as defects, interfaces, inclusions, and grain boundaries.     

Q420钢管大气腐蚀后的抗侧撞性能

为研究大气腐蚀对Q420钢管构件服役期内耐撞性的影响,提出了计及腐蚀损伤的材料模型。引入损伤因子（ω）修正Voce模型,推导随腐蚀程度变化的低合金钢材本构方程,并通过加速腐蚀试验结果回归相应参数。利用ABAQUS软件定义构件材料特性,建立起受腐蚀的Q420钢管仿真模型,采用显式动力算法分析多种初始状态下,撞击体与不同腐蚀程度钢管的冲击响应规律。开展预腐蚀Q420钢管的落锤试验,将试验结果与数值计算结果进行对比,验证所建模型的合理性。结果表明:大气腐蚀导致材料名义强度降低,对Q420钢管抗撞击能力影响显著;随着腐蚀程度增加,冲击力峰值减小,撞击时间和深度增加;Q420钢管受腐蚀后抗冲击刚度减小,构件整体变形耗能增加,表明大气腐蚀使其抗冲击性能下降;同等动能增量下,增大撞击体初速度比增加初始质量获得的冲击力峰值增幅更大,而所得到的接触时间增幅更小。     

Experimental validation of anisotropic ductile damage and failure of shock wave-loaded plates

A wide variety of ductile damage models is available in the literature for predicting damage growth and failure of structures. In the present study, circular metal plates are loaded alternately from both sides of their surfaces in shock tubes until a failure of the structures occurs. By means of these experiments reference deformations are obtained which are used to validate finite element simulations. The purpose is to determine how precise the damage growth and the failure of structures under shock wave loading conditions can be predicted.     

多工况线性结构稳健拓扑优化设计

针对实际工程中存在的多工况、载荷不确定的情况, 研究了概率方法表示载荷不确定性的多工况线性结构稳健拓扑优化设计方法. 基于线弹性位移叠加原理给出了多工况、不确定性条件下结构柔度均值与方差的计算方法, 并在此基础上推导了结构灵敏度公式. 对于承受M个工况的二维结构, 根据每个工况下的柔度均值和方差以及灵敏度信息求出其结构整体的均值、方差及灵敏度信息;而结构在单工况n个不确定载荷下的均值方差及灵敏度信息可以通过求解其在2n个确定性载荷工况下的位移求得. 提出了以结构整体柔度均值和标准差的加权和最小为目标、体积约束下的稳健拓扑优化设计方法. 数值算例验证了所提方法的正确性和有效性以及载荷不确定、多工况条件下优化设计结果的稳健性. 该设计方法可以很方便的推广到三维结构问题.      

箱型结构内部爆炸破坏研究进展

结构内部爆炸破坏机理和规律是常规武器毁伤效能预测与评估、建筑物和舰船抗爆防护设计的重要支撑。基于结构内爆炸载荷、内部爆炸作用下结构塑性响应、内部爆炸作用下箱壁结构破坏模式、内部爆炸作用下多箱型结构破坏模式和分布四个方面详细论述了箱型结构内部爆炸破坏的研究现状及存在的问题,并对内部爆炸后续研究给出了建议。建议研究并建立更加复杂的结构内部爆炸载荷和破坏效应描述模型、内部爆炸作用下箱壁的动力响应机理、多箱型结构与内部爆炸波产生的耦合效应、内部爆炸作用下结构的破坏模式和破坏范围的快速准确预测方法等。