螺栓连接件微动疲劳特性分析

工程中钢结构构件经常采用螺栓连接,被连接部位多处于复杂受力状态,单轴疲劳理论已无法满足该形式下构件的寿命评估需求.针对现有理论不足,本文建立了螺栓连接件有限元模型,研究了不同工况下被连接件微动疲劳裂纹萌生位置,并基于临界平面的多轴疲劳理论,比较了四种常用模型的适用性以及预测了连接件的疲劳寿命.结果表明:(1)裂纹萌生位置位于受拉端螺栓孔附近的滑移粘着区,在相同螺栓预紧力下,该位置与施加的疲劳载荷大小无关;(2)基于临界平面方法的四种模型均可以较好判断裂纹萌生位置,其中SWT(Smith-Watson-Topper)模型对不同载荷水平下的螺栓连接件微动疲劳寿命预测效果较好,大部分预测结果位于±2倍分散带之内,预测结果优于其他三种模型;(3)在规范规定的螺栓预紧力范围内,被连接件裂纹萌生区域距孔边的距离与预紧力大小无关,可能是由于预紧力变化范围内的粘着滑移区未发生明显变化所致,并且随着预紧力减小,被连接件的寿命预测值反而增大.     

纤维增强树脂基复合材料多轴疲劳研究进展

纤维增强树脂基复合材料结构在工程应用中常常承受复杂载荷的作用, 从而使材料处于多轴循环应力条件下. 为了更加合理地进行复合材料结构设计, 必须对复合材料多轴疲劳行为进行深入的研究, 建立比较理想的复合材料疲劳寿命预测模型. 首先简单回顾了复合材料单轴疲劳损伤判据及其寿命预测模型, 然后结合作者的研究结果, 总结了近年来国内外纤维增强树脂基复合材料多轴疲劳理论的研究成果, 对各种失效准则、疲劳寿命预测模型进行了较为深入的分析, 指出了它们各自的特点及其存在的问题, 并对复合材料多轴疲劳理论的研究趋势作出了展望. 最后, 对目前常用的复合材料多轴疲劳实验方法进行了总结, 并指出了各种方法的优缺点及其实验中存在的困难.      

TATB基非均质炸药预冲击减敏的数值模拟

为了对一种TATB基非均质炸药的预冲击起爆现象展开数值模拟研究,将基于冲击温度及压力的AWSD反应率模型耦合进二维结构网格拉氏弹塑性流体力学程序。利用炸药及其产物的冲击雨贡纽实验数据校验了未反应炸药及产物的状态方程参数,通过一维冲击起爆的模拟,标定了反应速率模型参数。模拟了炸药在弱冲击0.45 μs后跟随的强冲击波的二次冲击实验,结果表明,受预压缩区域的炸药反应变慢,到爆轰距离增长了约1 mm,与该炸药二次冲击实验减敏现象相符。模拟拐角效应时,爆轰波经过拐角后,在拐角附近形成稳定的不起爆区域,与主要成分相同的LX-17炸药的拐角效应实验的死区特征相符。数值模拟结果表明,基于冲击温度及压力的AWSD反应率模型可以较好地模拟非均质炸药预冲击减敏问题。     

Gigacycle fatigue behaviors of two SNCM439 steels with different tensile strengths

Gigacycle fatigue behaviors of two SNCM439 steels with different tensile strengthes were experimentally studied by rotating bending tests,to investigate the effects of the tensile strength obtained by different heat treatment processes on very high cycle fatigue failure mechanisms.The material with higher tensile strength of 1 710 MPa exhibited typical gigacycle fatigue failure characteristics,whereas one with lower tensile strength of 1 010 MPa showed only traditional fatigue limit during the tests and no gigacycle failure could be found even when the specimen ran up to more than 10 8 cycles.Metallographic and fractographic analysis were carried out by an optical microscope (OM) and scanning electron microscope (SEM).It showed two different crack initiation mechanisms that for the specimen with lower tensile strength the crack prefers surface initiation and for that with higher strength the crack initiates from subsurface inclusions revealed by a fish-eye like microstructure.     

任意分布参数疲劳裂纹扩展寿命的可靠性分析

针对工程中疲劳裂纹扩展过程带有很大的随机性,采用Paris-Erdogan公式计算了两端承受均布拉伸载荷的边缘斜裂纹板的疲劳裂纹扩展寿命.裂纹扩展方向采用最大周向应力准则.在此基础上,以材料属性和载荷为随机变量,用随机有限元法结合计算可靠度的四阶矩法,分析了分布参数为任意分布时的疲劳裂纹扩展寿命可靠度对极限寿命的变化规律.通过算例说明本文方法的结果与Monte-Carlo Simulation的结果误差很小,对疲劳设计有一定的指导意义.     

疲劳荷载下混凝土梁弯曲损伤指标的探究

混凝土疲劳损伤的计算方法比较复杂,本文经推导及实验验证得出了混凝土的割线模量损伤与塑性应变呈直线关系,同时证明了使用切线模量与割线模量计算得到的损伤是相同的,由此定义了随塑性应变而变化的混凝土弹性模量的疲劳损伤指标为简单的直线方程.将此损伤指标应用于混凝土梁,推导了疲劳荷载下弯曲损伤指标.     

基于非线性优化的单目视觉/惯性组合导航算法

针对自主移动机器人在GPS拒止环境下准确实时定位的问题,提出一种单目视觉/惯性组合导航算法。为解决视觉/惯导工作频率不一致问题,利用预积分技术预先处理惯性测量值;引入了一种快速高精度线性初始化方法,分步估计初始系统尺度、重力方向、速度及零偏;结合全局地图三维点约束削弱累积误差,基于是否更新地图点,构建了两种基于非线性优化的单目视觉/惯性紧耦合模型,以保证导航的局部精度及全局一致性。实验结果表明:初始化方法可快速(15 s内)实现高精度状态初始化;与单目视觉导航算法相比,提出的算法不仅可获取绝对尺度信息,且导航精度更高;与传统滑动窗口非线性优化方法相比,提出的算法在窗口优化过程中加入全局地图三维点约束,可有效削弱累积误差,验证了算法的正确性和可行性。     

W/RAFM 钢偏滤器靶板的结构分析与寿命预测

探究RAFM 钢作为偏滤器靶板热沉的替换材料,验证其在3 种不同工况下的结构强度并预测其在交变载荷下的疲劳寿命。得出3S_m 法则下W/RAFM 钢偏滤器靶板最大可承受热负荷为8MW·m⁻²。结合中国聚变工程实验堆(CFETR)的设计目标,如果以ITER 偏滤器两年运行周期为设计准则,最大承受热负荷为7MW·m⁻²。考虑到偏滤器靶板区域呈现高热负荷低中子辐照、挡板和DOME板区域低热负荷高中子辐照特性,可以采用W/Cu 和W/RAFM 双路偏滤器靶板的结构设计。     

含铈压铸AZ91D镁合金高周疲劳行为

研究了不同Ce添加量对压铸AZ91D合金高周疲劳性能的影响。在应力比R=0.1条件下对不同Ce含量的镁合金进行高周疲劳试验,利用升降法计算合金的疲劳强度。结果表明:随着Ce的添加,AZ91D合金的组织细化,合金中孔隙的数量降低,分布趋于均匀;在循环基数Nf=1×107条件下,合金的室温疲劳强度从96.7 MPa分别提高到106.3 MPa(1%Ce)和105.5 MPa(2%Ce);疲劳裂纹萌生于合金内部的孔隙和夹杂位置,并沿着晶粒边界扩展;合金中添加Ce后,疲劳裂纹扩展区出现疲劳条纹,疲劳断口呈现出准解理和韧窝断裂的混合特征。     

60CrMnMo钢热疲劳裂纹生成与长大及稀土的作用

采用金相和扫描电镜等手段对６０ＣｒＭｎＭｏ钢热疲劳裂纹的萌生和长大规律进行了分析，并考查了稀土在钢中的作用。结果表明：热疲劳裂纹萌生于钢中夹杂物处，热疲劳裂纹的生长，不仅是裂纹自身发展的结果，更主要的是裂纹的相互联接。钢中加入稀土后，可以变质钢中夹杂物，从而抑制了热疲劳裂纹的生成与长大。