基于GABP的压力容器表面裂纹断裂研究

压力容器在长期运行过程中表面裂纹问题难以避免，进行基于断裂分析的安全评估对压力容器的稳定运行具有较强的现实意义.针对二维J-积分理论难以应用于表面半椭圆裂纹，数值模拟耗时冗长的问题，论文提出一种采用三维J-积分量化压力容器表面裂纹尖端应力强度，再结合神经网络进行预测的安全评估方法.通过有限元方法计算了1200例不同几何尺寸、裂纹尺寸和内压载荷的含表面裂纹的压力容器问题，分析了半椭圆裂纹尖端三维J-积分结果，构建修正系数F表征材料性能、裂纹尖端奇异性以及容器几何特征对三维J-积分的影响.基于生成的机器学习数据集，搭建反向传播神经网络(BPNN)模型，采用遗传算法优化，形成GABPNN预测模型.结果表明：BPNN和GABPNN模型预测精度高达96%以上，在未知数据上亦可以取得较为准确的结果，可以高效地预测裂纹尖端三维J-积分，对于实现计算机辅助压力容器安全性现场快速评定提供新的思路和方法.     

扭力轴三维裂纹扩展寿命仿真研究

对疲劳载荷谱作用下三维表面裂纹,采用双重边界元理论求解裂纹前沿的应力应变场,运用Forman理论、最小应变能密度法和Elber模型,计算裂纹前沿各点的扩展长度、扩展方向和应力强度因子等特征量.根据增量步下裂纹几何形状的改变,对裂纹面进行网格重划分和迭代计算,模拟三维裂纹的扩展,预测裂纹扩展寿命.扭力轴表面裂纹扩展的仿真结果表明该方法合理可行.     

封面故事

<正>图片为Trefftz基本解有限元法分析轴对称热传导问题的应用实例。带孔圆环内壁恒温外壁绝热,其几何参数如图Ⅰ所示。分析中采用8节点8源点Trefftz基本解环单元(图Ⅱa)进行网格划分,ABAQUS温度云图如图Ⅱb所示。同时,图Ⅲ给出了Trefftz有限元与ABAQUS的等温线对比,     

仿生棱纹几何结构表面的土壤磨料磨损

利用逆向工程技术,对栉孔扇贝壳外表面几何结构进行扫描测量和处理并获得数据点云,采用最小二乘法拟合数据而设计了3种分布的棱纹型仿生几何结构表面,与相同材料和基本尺寸平板试样对比,在转盘式土壤磨料磨损试验机上进行磨料磨损试验.结果表明:栉孔扇贝壳外棱纹轮廓几何结构表面具正弦函数特征;棱纹轮廓方程为f(x)=3sin(0.4x),棱纹高度为3mm,棱纹底宽为7.854mm.棱纹间距分别为15.71mm、12.56mm和9.42mm的3种仿生棱纹型几何结构表面的耐磨性能均优于平板;相对于平板试样,在相对滑动速度为1.68m/s时,棱纹型仿生几何结构表面的磨损质量损失减少29.84%～43.28%;在相对滑动速度为2.35m/s时,棱纹型仿生几何结构表面的磨损质量损失减少16.23%～21.91%.这是由于仿生棱纹结构能够改变磨料在磨损表面流场的接触和运动状态,增加剪切层厚度,减小剪切层内的磨料密度,改变磨粒的运动轨迹,从而提高其耐磨性.     

Bezier曲面拟合方法在影像云纹测量三维物体形状中的应用

本文提出了在最小二乘意义下应用Ｂｅｚｉｅｒ曲面片拟合大范围内三维曲面的方法。开发了影像云纹图像数据采集与处理软件系统，能够获得曲面上任意点的三维坐标，绘制曲面的立体图及平面展开图样，对曲面进行几何特性分析，从而实现了影像云纹测量三维物体曲面全过程的自动化     

表面裂纹准静态扩展的有限元模拟计算

由于现有断裂准则未能考虑表面裂纹前沿各点实际断裂阻力的变化，所作的表面裂纹准静态扩展模拟计算不能委好地预测几何形貌的真实变化规律。本文提出了一个考虑应力状态不同对实际断裂阻力影响的变阻力断裂准则；并以该准则作为表面裂纹前沿局部断裂扩展的判据，通过三维有限元法进行表面裂纹准静态扩展的模拟计算。     

水动力学问题的弱可压缩模型求解方法研究

从弱可压缩水动力学方程出发，采用坐标变换的方法处理自由表面，建立了能够模拟有自由表面流动问题的定常、非定常的三维水动力学模型和对流扩散模型，模型采用浮湍流模型进行封闭，并对模型求解的数值方法进行了研究。     

水下爆炸柱形高压气泡膨胀过程的RGFM和高精度格式数值模拟

为了对柱形装药水下爆炸高压气泡膨胀过程进行三维数值模拟,用level set方法追踪气水界面,详细描述了精确对柱形气泡进行level set建模;对于流场,使用Euler方程描述,并用高精度格式(五阶WENO和四阶R-K法)离散空间项和时间项;对于level set方程,使用五阶HJ-WENO离散;用RGFM处理气水界面附近网格节点。给出了水下流场不同时刻的压力云图、柱形高压气泡的形状演变以及流场中几个指定点的压力峰值。通过三维建模和计算验证,用RGFM结合高精度格式可以很好地对柱形高压气泡膨胀问题进行三维数值模拟,同时也可以较精确地追踪高密度比、高压力比的三维气水界面。计算结果表明,柱形高压气泡在膨胀过程中,形状逐渐向椭球形变化;位于固壁附近的柱形高压气泡受固壁反射波的影响,在固壁法线方向上的膨胀会受到抑制;双圆柱形高压气泡膨胀产生的冲击波,可以彼此抑制对方的膨胀。     

表面裂纹准静态扩展的有限元模拟计算

由于现有断裂准则未能考虑表面裂纹前沿各点实际断裂阻力的变化，所作的表面裂纹准静态扩展模拟计算不能很好地预测几何形貌的真实变化规律。本文提出了一个考虑应力状态不同对实际断裂阻力影响的变阻力断裂准则；并以该准则作为表面裂纹前沿局部断裂扩展的判据，通过三维有限元法进行了表面裂纹准静态扩展的模拟计算；还将模拟预测值与用多试件法测得的实验值进行比较，验证了变阻力断裂准则作为裂纹稳态扩展判据的有效性     

扫描电镜下断口表面的三维重建及分形维数的测量

基于数字散斑相关方法,利用扫描电镜立体对技术和计算机视觉方法实现了物体表面的三维重建,讨论了影响其精度的原因,并且利用分形理论对表面的三维形貌进行了定量分析,由立方体覆盖法得到了三维形貌的分形维数.作为应用的实例,将该方法应用到岩石断口的三维重建中,得到了重建后的高度云图和分形维数.结果表明,利用扫描电镜立体对技术对断口表面进行三维重构并进行分形维数的计算是一种行之有效的断口定量分析方法.这为研究材料断裂的微观机理、断裂过程和断裂性质等问题提供了一种途径.     

涡壳流动的三维数学模型

本文论述一个模拟涡壳流动的三维数学模型。由于运用了坐标变换这一工具,使该模型能用有限差分法求解,并使建立起来的数学模型更加通用化。按此模型对三种不同型式的涡壳进行了计算。从比较它们的计算结果,可以看出几何形状对涡壳内流场的影响.     

区域无线电定位系统基站的最优几何布局

地面基站的几何布局方式是影响区域无线电定位系统定位精度的重要因素,水平几何精度递变因子（HDOP）是衡量地面基站几何布局对系统定位精度影响的基本指标。为求解区域无线电定位系统基站的最优几何布局,给出了区域无线电定位系统HDOP的计算方法,建立了求解区域无线电定位系统地面基站最优几何布局的数学模型;提出了应用惩罚函数对数学模型进行求解的方法,将约束优化问题转化为无约束优化问题;并针对求解过程中目标函数难于求导的问题,提出了采用模拟退火算法进行全局寻优,使求得的结果逼近全局最优解。仿真结果表明,这种结合惩罚函数法和模拟退火算法进行全局寻优的方法,对于区域无线电定位系统求解地面基站的最优布局方案具有工程实用价值。     

A GENERAL ALGORITHM FOR CALCULATING NEARLY SINGULAR INTEGRALS OVER HIGH-ORDER ELEMENTS IN 3D BEM

三维边界元分析中,高阶几何单元上的几乎奇异积分计算是一个重要而且困难的问题,该文对此进行了研究。使用8节点四边形和6节点三角形曲面单元来描述几何边界;构造了新的距离函数;拓展原有的指数函数非线性变换到三维边界元法中,利用拓展的变换来消除被积函数的几乎奇异性。数值算例表明,该算法稳定,效率高,即使计算点到实际边界的距离很小,依然可获得令人满意的数值解。     

边界面法分析三维实体线弹性问题

本文利用以边界积分方程为理论基础的边界面法分析三维实体的线弹性问题。在该方法中,边界积分和场变量插值都是在实体边界曲面的参数空间里进行。积分点的几何数据,如坐标、雅可比、外法向量都是直接由曲面算得,而不是通过单元插值近似,从而避免了几何误差。另外,该方法的实现是直接基于CAD模型中的边界表征数据结构,可以做到与CAD系统无缝集成。在分析中,避免对结构作几何上的简化,结构的所有局部细节都按照实际形状尺寸作为三维实体处理。应用实例表明,本文方法可以简单有效地模拟具有细小特征的复杂结构,可以直接基于三维弹性理论求解薄型壳体结构,可以获得比有限元法更精确的计算结果。     

铜单晶拉伸试样表面滑移带痕迹的晶体塑性分析

采用建立在晶体塑性理论基础上的晶体塑性有限变形计算方法,针对铜单晶试样单轴拉伸过程中晶体滑移在试样表面留下的滑移带痕迹进行了数值研究.作者利用三维有限元模拟不同取向铜单晶试样的拉伸变形,通过晶体塑性滑移面与试样表面交线的几何分析,得到了试样在不同晶向拉伸下不同滑移系启动造成的试样表面滑移痕迹,并对数值计算的试样表面滑移...     

带凸缘弯曲梁应力集中区内表面裂纹应力强度因子的研究

用三维光弹性冻结应力实验技术与修正的多点超定法相结合研究了带凸缘弯曲梁应力集中区内表面裂纹的应力强度因子。分析了不同过渡圆弧的应力集中对两种表面裂纹(半圆形表面裂纹与前缘直线表面裂纹)的影响。用实验方法得到了应力强度因子放大系数的数值.结果表明,应力集中对浅裂纹的影响是更大的,是不可忽视的,但放大系数随表面裂纹的几何形状变化很小。这些对管节点的断裂力学评估提供了有价值的实验依据.     

土水特征曲线的通用数学模型研究

土水特征曲线对于研究非饱和土的物理力学特性至关重要。根据土水特征曲线可以确定非饱和土的强度、体应变和渗透系数 ,甚至可以确定地下水面以上水份分布。由于土体物理力学特性的差异 ,导致描述其土水特征曲线的数学模型也各不相同。因此 ,建立土水特征曲线的通用数学表达式 ,显得尤为必要。本文对土水特征曲线数学模型进行了研究 ,依据这些模型的数学表达式形式 ,将其划分为 4种类型。分别由这 4种类型的数学模型推导出具有统一表达式形式的土水特征曲线通用数学模型 ,并运用陕北高原黄土土水特征曲线试验数据对通用数学模型进行了研究     

滚动轮胎表面红外成像测温的偏差及其修正

使用红外热像仪从三个方向测量了滚动轮胎的表面温度,结果表明从不同方向对同一表面的测温结果不相同。根据几何光学和热辐射原理,造成这一偏差有两个原因:一是轮胎表面点的像面照度按其辐射入射角α的余弦四次方定律变化;二是轮胎表面点的发射率与β(该点入射方向与其法向之间的夹角)有关。本文首先采用余弦四次方定律对三个方向下的轮胎表面红外测试结果进行了与α相关的修正,然后依据轮胎表面任意点温度的同一性(即与测量方向无关)进行了与β相关的进一步修正,并给出了一个轮胎表面发射率与β的经验关系。具体表现为发射率在法向上最大,当β在60°以内时其变化相对平缓,超过60°则急剧下降,最终得到了一个表征轮胎表面点红外像面照度下降的双角度(α和β)修正函数以及相应的温度修正公式。 修正后不同方向下的温度分布趋于一致,其平均结果即可视为轮胎表面真实的温度分布。     

三维等离子喷涂的涂层生长过程温度场数值模拟

提出了一种基于法矢量的涂层单元生成生长算法,可以在通用CAE软件划分喷涂基体四面体单元基础上,在三维曲面的待喷涂表面生成涂层三棱柱单元．利用基体四面体单元和生成的涂层三棱柱单元,采用基于匀质化宏细观连成理论的温度场计算数学模型,模拟得到三维等离子喷涂涂层生长过程的温度场．     

变幅载荷下三维裂纹体的疲劳寿命估算方法探讨

1.引言变幅载荷下三维裂纹扩展的疲劳寿命估算是十分麻烦的.而三维裂纹体的应力强度因子计算的复杂性,使估算工作更加困难.为了适应三维裂纹体的工程分析,本文采用了权函数.G.C.Sih;J R.Rice.P.M.Besuner和,T.A.Cruse等把权函数用于工程断裂分析中.由于他们采用的权函数只能对内埋或半椭圆表面裂纹的长、短轴方向进行分析,不能求解三维裂纹前沿任意点处的应力强度因子,故无法对三维裂纹进行较合理的疲劳分析.本文采用文[9]形式的权函数求解应力强度因子,并引入当量裂纹长度的概念,导出裂纹扩展过程中△K_I～△c的近似关系,进而采用广义Willenborg模型估算工程构件中表面裂纹在变幅载荷下的剩余疲劳寿命. 2.基本原理和方法