幂硬化材料平面应力裂纹稳定扩展的有限元模拟

对幂硬化材料中平面应力Ⅰ型裂纹的稳定扩展进行了有限元模拟。计算中采用了逐步释放裂尖节点力法和子结构方法并配合裂尖附近高密度的网格划分,获得了有关裂尖应力变形场、塑性区尺寸、裂纹开口位移、裂纹扩展阻力等大量资料。计算结果还证实了部分已有的裂尖场渐近解。     

含环向裂纹厚壁圆筒电磁止裂的应力场分析

以具有轴对称性质、端部带有半埋藏环形裂纹的厚壁圆筒为研究对象,通过对长厚壁圆筒内外环面均匀通入超强脉冲电流进行电磁热止裂。采用复变函数方法求解了脉冲放电瞬间裂纹尖端的温度场和热应力场。在一定的超强脉冲电流作用下,由于环形裂纹尖端的电流绕流热集中效应,裂尖温升超过了金属熔点,使裂尖处金属熔化在内部形成堆焊,钝化了裂尖,并且在裂纹前缘形成了热压应力,阻止了裂纹的扩展。在此基础上还讨论了在电载荷和机械载荷共同作用下裂纹前缘的应力场。     

铝合金薄板中裂纹的电磁热效应局部跨越止裂

 讨论了电磁热裂纹止裂时脉冲放电瞬间的电流、温度和热应力的耦合关系。通过自制的 ZL-1型强脉冲放电止裂装置进行了模拟实验研究;理论分析中采用了复变函数的研究方法给出了跨越止裂后裂纹尖端附近的温度值和热应力值;通过热 -电耦合和热 -机械耦合 2个过程对脉冲放电瞬间的电流 -温度 -热应力的演变进行了数值模拟,数值模拟的结果与理论分析和实验研究有较好的吻合。三方面的研究结果均表明 :通过电磁热效应局部跨越止裂可以使铝合金薄板中裂纹在裂纹尖端处很小的范围内熔化形成微小焊口,减小了裂纹尖端的应力集中,并在裂尖处形成压应力区,从而遏制了裂纹的扩展。该方法可应用于飞机机翼疲劳裂纹的止裂中。     

广义有限元法计算飞机开口裂纹应力强度因子

机身开口圆角损伤可能逐渐形成裂纹从而严重影响飞机使用安全,为此对圆角裂纹进行剩余强度估算显得十分重要。使用Williams位移场广义有限元法进行裂尖单元加强,并对裂尖区域应用放射形网格划分技术,编写广义有限元法的MATLAB程序,研究并计算飞机舱门开口圆角裂纹的应力强度因子。结果表明：在裂纹分析上,广义有限元法较常规有限元法具有更好的适应性和更高的精度。     

数字图像相关方法测量芳纶纤维复合材料I型裂纹应力强度因子

将数字图像相关方法用于芳纶纤维复合材料单边裂纹在拉伸载荷作用下的断裂问题研究。介绍数字图像相关方法的基本原理,建立数字图像相关方法中位移场与裂纹尖端应力强度因子之间的关系。通过搭建数字图像相关方法光学非接触测量系统,试验表征含单边裂纹芳纶纤维复合材料试验件在拉伸载荷作用下的全场位移。由数字图像相关方法所得位移场提取不同载荷作用下裂纹尖端应力强度因子,并分析最小二乘拟合项数、数字图像相关计算子区域和步长大小对计算结果的影响。结果表明,增加最小二乘拟合项次和合理选择数字图像相关计算子区域和步长大小可以提高应力强度因子计算精度。     

Z-pins增强陶瓷基复合材料层间Ⅰ型开裂性能预测

基于Z-pins增强陶瓷基复合材料层间Ⅰ型断裂韧性的试验结果、Z-pins增强机理,提出了Z-pins拔出的单线性软化模型.重点考虑了Z-pins直径范围内拔出位移的不一致性,在简单双悬臂梁（DCB）理论的基础上,获得了Z-pins增强陶瓷基复合材料层间Ⅰ型开裂性能的分析预测模型,预测结果与试验结果吻合较好.在此基础上,采用预测模型获得了不同Z-pins直径、裂纹长度下的裂尖能量释放率,并与理想弹簧元法进行了比较.结果表明:当裂尖靠近Z-pins时,随着Z-pins直径增大,两种方法所得的裂尖能释放率的差异逐渐增大,但总体来说差异的量级很小;随着裂纹长度的增加,裂尖逐渐远离Z-pins,两种方法所得的裂尖能释放率的存在较大的差异,不能忽略Z-pins直径范围内拔出位移不一的影响.      

基于子结构法与损伤识别的周期性结构脆性断裂相场模拟

相场断裂模型将裂纹近似描述为全局弥散标量场，通过求解偏微分方程模拟裂纹的成核与扩展，避免了不连续位移场中对裂纹几何形状描述和裂纹尖端追踪的难题；在处理裂纹分叉、多裂纹、非均质材料和三维等复杂断裂模拟问题时具有显著的优势。然而，相场断裂模型需要在裂纹附近进行精细化的有限元网格剖分，计算规模庞大，因此，对计算能力提出了极高的挑战。基于子结构法和损伤识别，发展了一种适用于周期性结构脆性断裂的高效相场模拟方法。首先，根据周期性特征对结构进行分区并对子域内部节点进行子结构静态凝聚，降低有限元模型位移响应的维数；然后，根据离线(Off-line)子域典型测试工况标定弹性应变能阈值，在线(On-line)断裂模拟过程中仅对阈值以上子域的内部位移和断裂相场进行解耦分析。一方面，利用结构的周期性特征，通过子结构静态凝聚降低计算规模；另一方面，根据能量阈值损伤识别，避免非裂纹扩展子域的重复计算消耗。     

基于三维裂纹尖端应力场的应力强度因子计算方法

提出一种基于无限大体裂纹尖端弹性应力场理论解的前几项多项式函数,对实际裂纹体弹性应力场有限元解进行拟合来计算应力强度因子的方法.该方法在计算应力强度因子时不需要预先假设裂纹尖端的应力应变状态,应力强度因子计算结果更符合三维裂纹体裂纹尖端实际的应力应变状态.首先基于二维无限大板中心穿透裂纹应力场理论解验证了方法的有效性,探讨了拟合确定应力强度因子需要的多项式应力函数的项数.然后分别以二维大板中心穿透裂纹、三维大体内埋圆裂纹和三维有限厚板中心穿透裂纹的应力强度因子计算为例,通过与无限大板和无限大体应力强度因子理论解以及基于位移外推法和1/4节点张开位移法的应力强度因子有限元解的对比分析,验证了该方法的有效性和合理性.研究表明该方法能够合理反映三维裂纹体裂纹尖端的实际应力应变状态,计算得到的应力强度因子数值更合理.      

双材料界面裂纹应力强度因子的无网格分析

应用改进的无网格方法对双材料界面裂纹进行了分析,积分区域采用基于节点的Voronoi图,通过在裂纹尖端加密节点提高位移场的计算精度,采用位移外插法确定出应力强度因子,避免了应力场的奇异性和振荡性。本文对由环氧树脂和铝 环氧树脂组成的双材料进行分析,对比了均匀离散、均匀细化和局部细化三种不同模型,通过与光弹性实验结果比较可知,采用裂纹尖端局部细化的模型计算量低并且计算效果好,其计算结果与实验结果基本吻合。     

超声疲劳裂纹扩展性能的计算与分析

简述了超声疲劳试验机的工作原理以及应用超声疲劳试验技术研究工程结构材料疲劳裂纹扩展性能的实验方法。通过三维有限元计算及动态模态分析,研究了包括整体裂纹扩展试件及聚能器在内的振动体的应力、应变场和位移场,导出了确定裂纹尖端应力强度因子的位移法和能量法,并对这两种计算分析方法的特点以及所得到的结果进行了分析对比。计算与分析结果表明,应用能量法研究超声疲劳载荷下的裂纹尖端应力强度因子及疲劳裂纹扩展性能,具有简明和计算精度高等突出优点。      

基于迭代算法的复杂曲面零件三坐标测量快速精确定位方法

针对复杂曲面零件在三坐标测量过程中存在着定位难、定位精度低的问题,基于改进的迭代最近点算法,提出了考虑半径补偿的预定位与精定位的多级定位算法;并通过建立定位点几何误差与叶片定位精度的数学关系模型,结合贪婪算法与六点原则,给出了近优的定位点序列生成方法。结合定位算法与定位点序列,给出了复杂曲面零件定位迭代流程,并开发了三坐标测量定位系统。以涡轮叶片为例,通过的定位仿真和定位实验,结果表明:该系统只需测量12～18个点即可使得叶片定位误差在0.1mm以内,证明该系统能有效的提高复杂曲面零件的定位精度和效率。      

短裂纹疲劳扩展的试验方法

近十年来,人们发现短裂纹具有一系列不同于普通长裂纹的特异扩展规律,它对耐久性损伤容限分析具有重要的意义。短裂纹扩展率试验是短裂纹研究中一项迫切而重要的,同时也是较为困难的工作。     

基于叶端定时的转子叶片裂纹监测与诊断

为了实现转子叶片裂纹非接触式监测，提出基于??0范数的叶端定时欠采样信号稀疏重构算法。针对叶端定时信号欠采样问题，建立欠采样信号稀疏表示模型，利用分块正交匹配追踪算法对叶端定时欠采样信号进行分段重构，进而监测在变转速非稳态工况下转子叶片动频的变化情况，据此判断转子叶片是否产生裂纹。针对应变片信号间隔采样的特点，研究基于同步提取变换的时频分析方法，以提高时频图的时频聚集性。开展旋转叶片裂纹扩展试验，同时采用叶端定时和应变片系统测量叶片振动。对比叶端定时和应变片的分析结果，二者均可在裂纹叶片断裂之前至少20min，监测到裂纹叶片和正常叶片的动频发生分离的现象，即裂纹萌生致使叶片动频发生偏移，表明所提出的叶端定时欠采样信号重构方法能够实现转子叶片裂纹的监测与诊断。     

基于UKF的双机协同纯角度目标定位路径规划

针对三维空间双机协同定位问题,在无迹卡尔曼滤波的基础上,提出一种规划双机路径的方法。首先,利用双机探测得到的方位角和俯仰角信息,并结合无迹卡尔曼滤波算法估计目标的状态;在此基础上根据交互信息理论提出指标函数的概念,以指标函数最大为轨迹优化的最优性能指标,将问题转化为求双机控制量的最优解;最后,采用遗传算法求解双机的控制量,得到比较合理的双机飞行路径。仿真结果表明,通过最大化指标函数可以有效地规划双机路径,且具有更高的精度和速度。     

涡轮3 维叶尖间隙对典型故障特征的响应特性分析

为了有效地克服传统叶尖间隙在航空发动机涡轮叶盘的健康监测中传递信息能力有限的不足,充分考虑了在航空发动机运行过程中涡轮叶片叶尖的3维特征,提出包含径向间隙、叶片叶尖端面轴向偏转角和周向偏转角在内的涡轮3维叶尖间隙的概念,并将3维叶尖间隙特征参量作为叶片故障信号载体,通过有限元方法分析了3维叶尖间隙特征参量对高压涡轮叶片典型裂纹故障的响应特性。结果表明:3维叶尖间隙特征参量对高压涡轮叶片尾缘裂纹的故障特征信息有良好的反映效果。     

变化姿态角下的相位变化率无源定位方法研究

无源定位技术有着广阔的应用前景。在现有单站无源定位方法的基础上 ,介绍了相位变化率定位法。该方法利用观测平台上两个相互正交的相位干涉仪接收目标辐射电磁波的相位获取目标的方向信息 ,利用对应的相位变化率获取目标的径向距离信息 ,从而实现对目标的实时高精度定位。提出了在空中观测平台发生飞行姿态变化情况下的定位求解思路 ,即利用姿态变化条件下的测量数据直接求出目标在姿态变化前的原始载机坐标系中的位置。文中给出了这一思路下相应的定位表达式并引入修正增益扩展卡尔曼 (MGEKF)算法对原始定位结果进行滤波处理。仿真结果表明 ,该方法是一种发展前途较好的单站无源定位方法     

凡士林油膜对疲劳裂纹扩展的影响

 最近国外发展了用粘接修补裂纹的新方法并已获得一些成功的应用。本文通过试验研究,提出了一条维修裂纹的新途径。很可能由此发展出一种与现有维修方法不同,简单且有效地裂纹现场维修的新方法。 2.疲劳裂纹扩展对比试验 对比试验分两组在室温、空气中,MTS810电液伺服材料试验机上进行。 第一组用由20mm工业16Mn钢板制成的中心裂纹试样（图1（a））,应力比0.05。     

裂纹参数和筋条布局对共振九宫板动态应力强度因子的影响

由于裂纹的出现会改变振动结构的断裂行为,本文建立了含中心裂纹九宫板结构的有限元模型并采用模态叠加原理快速求解出该结构在共振条件下的裂纹尖端应力强度因子（SIF）,然后分析并讨论了裂纹参数（偏转角度和裂纹长度）及筋条布局对应力强度因子的影响。结果表明：随着裂纹偏转角度的增加,Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型应力强度因子最大值分别表现出不同的变化趋势（单调增加、无显著变化、先增加后减小）;裂纹长度同时影响应力强度因子最大值和裂纹类型;对于裂纹参数相同的九宫板,筋条布局改变了结构的模态振型,从而导致不同裂纹类型出现;特别地,当九宫板中央区域为正方形时,应力强度因子最大值和裂纹类型对裂纹偏转角度不敏感。     

涡轮叶片早期裂纹的三维叶尖间隙EEMD能量熵融合诊断方法

为了解决航空发动机涡轮叶片早期裂纹故障信号微弱、难以识别的问题,提出一种基于三维叶尖间隙集成经验模态分解（EEMD）能量熵融合的涡轮叶片早期裂纹诊断方法。采集涡轮叶片三维叶尖间隙信息,利用EEMD分别对三维叶尖间隙各维信号进行处理,得到相应的固有模态函数(IMF),以此计算每一维信号分量EEMD能量熵,构建能表征叶片裂纹状态的不同EEMD能量熵高维矢量集。建立多个堆叠自动编码器(SAE)分别对各高维矢量集进行特征学习并提取所学习的深层特征表达。利用支持向量机算法(SVM)和遗传算法(GA)融合各维深层特征以综合不同维度信息进而充分判定叶片裂纹状态。通过涡轮叶片裂纹诊断试验,结果表明:所提方法能有效提高叶片早期裂纹诊断精度,其平均准确率达到98.415%,标准差仅为0.697%,具有很好的稳定性、泛化性和自适应性。