Flume testing of passively adaptive composite tidal turbine blades under combined wave and current loading

The tidal energy industry is progressing rapidly, but there are still barriers to overcome to realise the commercial potential of this sector. Large magnitude and highly variable loads caused by waves acting on the turbine are of particular concern. Composite blades with in-built bend-twist elastic response may reduce these peak loads, by passively feathering with increasing thrust. This could decrease capital costs by lowering the design loads, and improve robustness through the mitigation of pitch mechanisms. In this study, the previous research is extended to examine the performance of bend-twist blades in combined wave–current flow, which will frequently be encountered in the field. A scaled 3 bladed turbine was tested in the flume at IFREMER with bend-twist composite blades and equivalent rigid blades, sequentially under current and co-directional wave–current cases. In agreement with previous research, when the turbine was operating in current alone at higher tip speed ratios the bend-twist blades reduced the mean thrust and power compared to the rigid blades. Under the specific wave–current condition tested the average loads were similar on both blade sets. Nevertheless, the bend-twist blades substantially reduced the magnitudes of the average thrust and torque fluctuations per wave cycle, by up to 10% and 14% respectively.     

率相关非比例循环塑性内时本构模型

将材料响应的总应力表示为平衡态应力和非平衡成过应力的和，分别定义描述率无关和率相关变形过程的内时，在平衡态响应的描写中，假定反映非比例加载效应的附加等等向强化和异向强化函数与沿应力迹法向的塑性应变分量的累积量相关，并在其中考虑加载路径几何性质变化的影响，建立一组率相关非比例循环塑性内时本构方程，对ＸＣｒＮｉ１８．９不锈钢在不同加载率下的单轴比例和多轴非比例响应进行预测，与Ｈａｕｐｔ和Ｌｉｏｎ的实验     

循环载荷下砂质土的本构模型

提出了一个描述砂质土循环载荷条件下主要特性的本构模型，并且采用不同围压下多种加载途径的土力学实验确定了模型中的待定材料常数，由本构模型的增量工数值积分计算所得到的理论曲线与不同应力路径下实验曲线十分接近，经实验验证这种本构模型能广泛地应用土工问题的弹－塑性有限元分析中。     

二级加载下疲劳可靠性分析

基于二维概率Miner准则,建立了在二级变幅加载下进行疲劳可靠性分析的系统方法并采用八组较大子样的二级低高和高低加载下的试验数据进行了验证、结果表明;本文方法初步实现了对第一级加载后的剩余疲劳寿命和二级加载下的疲劳总寿命进行较为准确的可靠性预测,预测值与试验值吻合良好     

考虑路径相关性的非比例循环塑性本构模型

根据非比例加载下金属材料响应的延迟特性及加载路径相关性,选取沿应力迹法向的塑性应变的累积量作为非比例加载影响的度量,相应给出反映非比例附加强化的变量,并假设其模量和强化率与加载路径的几何参数相关．为反映由于非比例加载而引起的材料强化的异向效应,在Valanis的塑性内时响应方程中引入与加载路径几何性质有关的应力项,构成非比例循环塑性本构关系．对316和304不锈钢材料在一些典型非比例循环加载路径下的应力响应进行了理论预测,与Benallal等及McDowell的实验结果取得了良好的一致．     

多轴非线性连续疲劳损伤累积模型的研究

根据所建立的单轴非线性疲劳损伤累积模型,在多轴疲劳损伤临界面原理研究的基础上,针对多轴比轴比例加载,建立了多轴非线性连续疲劳损伤累积模型,该模型可以考虑多轴疲劳极限、平均静水应力以及损伤参量与加载参数的不可分离的特点,并且能够反映出多轴加载顺序的影响,最后讨论了该多轴疲劳损伤累积模型在多级加载下的递推形式,经多轴二级及块载疲劳试验数据验证表明,用该模型预测多轴疲劳寿命,其结果令人满意。     

实现应变率为105~106 s-1的阻抗梯度飞片复杂加载波形计算分析

为了在气炮上实现应变率为105~106 s-1的复杂加载技术研究,采用自行研制的拉格朗日程序MLEP(multi-material Lagrangian elastic-plastic)对Al-Cu-W材料体系的阻抗梯度飞片复杂加载不锈钢靶板进行数值模拟,计算设计并分析了阻抗梯度飞片的厚度和密度分布指数对靶板压力、速度和应变率峰值等波形的影响。结果表明:密度指数分布越大,加载时间越短,加载后期的压力、速度和应变率峰值曲线更陡峭;同时, 为了避免靶板/LiF窗口界面反射的稀疏波早于阻抗梯度飞片后界面反射的稀疏波达到碰撞面位置,计算设计中还考虑了飞片厚度的影响。此外,对基于理论设计的阻抗梯度飞片进行了动态考核实验,实验结果基本反映了预期的设计,为材料强度的测量奠定了基础。     

内部爆炸作用下多层钢筒的动态响应

为评估内部爆炸作用下多层钢筒结构的防护效果,考察多层钢筒结构动态响应和变形吸能特征,采用两端开口、总厚度为50 mm的4层圆柱形Q345钢筒,在8.90~18.18 kg TNT药量下进行爆炸实验,并在容器外壁进行应变电测。实验后钢筒结构爆心局部发生塑性变形,内层钢筒变形最大,但未发生破坏。根据研究得到初步认识：采用爆心单位环面变形吸能的设计方法,可以较好地预估给定药量下所需钢筒的厚度;不同药量下,轴向距离超过多层钢筒结构的1/4内径后,其外壁环向变形峰值约减小为爆心截面环向应变峰值的1/2。

     

THE SHEAR LAG EFFECT OF BOX BEAMS WITH VARYING LATERAL LOADING LOCATIONS 1)

对箱梁各翼板(顶板、悬臂板、底板)分设不同剪力滞广义纵向位移,其横向分布均取二次抛物线形式,并引入载荷横向位置参数η,以分析载荷横向变位对剪力滞效应的影响.运用能量变分原理,建立剪力滞控制微分方程,求解了简支梁和悬臂梁在均布载荷作用下的控制微分方程的解.算例分析表明:载荷横向变位改变直接承受载荷的翼板的正负剪力滞特性,对非直接承载翼板只改变其应力幅度;箱梁横向框架效应对直接承载翼板纵向应力的贡献远远大于剪切变形.与块体有限元分析结果较吻合,表明该算法能较准确分析载荷横向变位作用下箱梁剪力滞的变化规律.     

金属材料多轴非比例低周疲劳寿命预测概述

工程中的大多数构件承受着比例或非比例多轴疲劳荷载作用,而非比例强化效应会大大影响其多轴疲劳寿命。精确预测金属材料在多轴非比例荷载下的低周疲劳寿命需要同时考虑等向强化、随动强化及非比例强化效应下的材料本构关系,并在临界面上计算出相应应力应变值,根据不同疲劳失效形式选取不同类型的失效模型来确定疲劳寿命．本文针对这一过程中重要知识点进行阐述,并介绍了相关模型与理论．