多因素影响下埋地管道安全性能的数值模拟

地下管线系统是城市生命线的重要组成。城市化进程的加快带来的交通荷载增加、地下水位下降、地陷、地下空洞等问题,愈来愈成为影响地下埋地管道安全的重要因素。运用PLAXIS3D岩土有限元分析软件,构建了路基-管道-荷载三维有限元分析模型,分析了车辆超载、地下水位下降、地下空洞等多因素影响下埋地管道的有效应力和竖向位移的动态响应规律。结果表明:车辆超载和地下空洞对埋地管道的安全性能影响较大,主要体现在管道拉压往复应力和残余变形的增加。指出多种不利因素共同作用形成的组合叠加、耦合互馈的长期综合效应,是地下管道安全设计和运行保障中特别需要关注和深入研究的。     

基于PLAXIS软件对燃气管道回填施工方案的安全性评估

为研究燃气管道回填施工过程中管道的受力情况,利用岩土有限元分析软件PLAXIS 3D,构建了地基-管道-回填材料-施工荷载的动力响应数值模型,设计了多种工况情景以及对应的施工机械动力荷载的数学表达形式,并对燃气管道回填施工各结构层压实过程中多种不利工况下管道的动力响应进行了数值模拟计算与分析,提出了管道安全性的评价准则并对管道的安全性进行了评估。结果表明:按照该回填施工方案,施工过程中管道的应力范围在35 MPa以内,管道压应变竖向位移小于5mm,管道处于安全范围。通过分析不同地基土体参数以及管道参数下管道的动力响应,得到了各影响因素对管道应力和位移的影响规律,可为深入了解管道在不同荷载作用下的动力响应及回填施工方案设计提供依据。     

基于损伤检测的腐蚀疲劳寿命预测概率模型

建立了飞机结构腐蚀疲劳寿命预测的4阶段概率模型,结合腐蚀疲劳损伤检测结果,通过检测的灵敏度和准确度2个随机变量来描述检测技术的可靠性;建立了检测后的修正腐蚀疲劳寿命预测概率模型,通过对比分析修正前后的腐蚀疲劳寿命分布,得出腐蚀损伤尺寸的检测结果。对腐蚀疲劳寿命的评估影响很大,并且检测技术越可靠,寿命评估越准确。     

疲劳损伤等效在随机振动试验中的应用

以疲劳损伤等价为基础的随机振动试验是评价结构振动环境适应性能力的重要手段.将基于位移模态和应变模态的模态叠加方法分别应用于结构振动位移响应和应力响应的分析中,建立了随机振动试验不同激励条件下,结构振动响应的关系;将结构随机振动应力响应的峰值概率分布通用关系应用于疲劳损伤评估,导出了振动疲劳损伤等效关系.以一个试验为例介绍了疲劳损伤等效原则在随机振动试验中的应用.     

垃圾焚烧电厂反应塔损伤破坏分析

反应塔对电厂的烟气排放及安全运行至关重要,其锥体上端连接焊缝及其周边区域易腐蚀减薄,针对某拟建反应塔项目,基于弹塑性损伤力学建立了反应塔三维损伤模型,分析了反应塔在静力荷载及动力荷载作用下筒体变截面处焊缝的应力变化情况,模拟了直筒段与锥体连接处的损伤,提出了一种加固方法。结果表明:静力荷载作用下反应塔原结构腐蚀后焊缝最大等效应力为未腐蚀前的2.4倍;反应塔加固结构焊缝应力明显小于未加固结构,在加筋板处应力显著降低;灰块冲击载荷作用下,与原结构相比加固结构的损伤区域明显变小,最大损伤值亦变小,加固结构损伤主要在第2个加固筋板附近;由于加筋板的存在,焊缝变形小于原结构。     

油箱积水环境对油箱结构疲劳安全寿命的影响研究

目的 摸索飞机服役条件下油箱积水环境对油箱结构疲劳寿命的影响,评估基于常规疲劳寿命除以理论分散系数确定的安全寿命是否可以保证服役环境下的飞行安全.方法 首先通过试验确定加速腐蚀试验中飞机油箱积水介质浓度,并结合飞机使用特点,确定战斗机机翼梁结构腐蚀-腐蚀疲劳试验环境-载荷谱.以此环境-载荷谱为基础,试验模拟油箱结构在地面停放和空中飞行所经历的腐蚀和腐蚀疲劳过程.采用结构和载荷谱分离的可靠性分析方法,研究腐蚀-腐蚀疲劳作用下结构的疲劳寿命.结果 对常温疲劳试验结果与腐蚀-腐蚀疲劳试验结果的对比分析,表明腐蚀环境虽然降低了结构疲劳品质,导致疲劳中值寿命降低,但对结构寿命分散基本无影响.结论 严重谱下疲劳分散系数可保证油箱结构的安全.     

腐蚀损伤对典型铝合金结构疲劳寿命的影响研究

目的研究严酷服役条件下飞机结构的寿命衰减问题。方法以飞机关键结构模拟件为研究对象,基于编制的某机场环境加速试验谱进行当量加速腐蚀试验,采用MTS810材料试验系统进行预腐蚀后的疲劳试验。结果通过对试验结果的分析,确定了关键结构疲劳寿命腐蚀影响系数与腐蚀损伤尺寸之间的对应关系。结论关键结构腐蚀损伤宽度与疲劳寿命腐蚀影响系数相关性最好。     

预腐蚀铝合金材料裂纹萌生寿命评估

铝合金在航空工业中广泛应用,因此对于铝合金构件的寿命评估很重要。利用扫描电子显微镜(SEM)原位观测技术,研究了预腐蚀铝合金试件在循环应力作用下的疲劳裂纹萌生和扩展行为。结果表明腐蚀坑对于裂纹萌生扩展行为具有强烈的影响。基于局部应变法,提出了一种预测带有腐蚀损伤的铝合金疲劳裂纹萌生寿命的评估公式。     

基于瞬态分析的浮动核电站高能管路冲击疲劳寿命评估

目的合理评估浮动核电站高能管路在水下冲击载荷下的疲劳寿命。方法开展高能管路静载、模态和瞬态响应分析,得到管路在水下冲击作用下的应力时程曲线,为管路疲劳寿命估算提供基本应力谱输入。基于冲击疲劳损伤模型,运用nCode疲劳分析软件,估算管路的冲击疲劳寿命。结果管路在一次冲击载荷作用下会经历多次应力循环,最大应力值超过材料屈服极限的11%。管路在横向冲击作用下的冲击疲劳寿命为3.95×10~4次。结论管路在冲击载荷作用下的最大应力响应发生在冲击输入的正向三角波之后,反向三角波之内,是由于惯性效应造成的响应滞后现象。管路固定端、弯头和三通是应力集中区域,管路疲劳破坏一般发生在这些局部区域。     

基于局部腐蚀损伤的铝合金预腐蚀疲劳裂纹扩展模型

目的建立铝合金预腐蚀疲劳裂纹扩展模型。方法采用表征局部环境腐蚀损伤影响程度的参数孔蚀率对腐蚀疲劳裂纹扩展速率进行修正。结果修正后的腐蚀铝合金试件的疲劳裂纹扩展速率与试验结果吻合程度良好。结论修正后的铝合金预腐蚀疲劳裂纹扩展速率模型合理有效,试验数据和预测模型可为海军飞机结构的损伤容限设计提供参考。     

高强预腐蚀铝合金单轴拉-拉疲劳断口定量分析

目的通过断口定量分析获得7A09铝合金的疲劳裂纹扩展规律,为7A09铝合金结构的寿命评估提供依据。方法使用EXCO溶液对试验件进行预腐蚀,利用疲劳拉伸机进行疲劳加载直至断裂,使用扫描电镜对疲劳断口进行定量化分析。结果疲劳裂纹在试件的腐蚀坑处萌生,从自由界面附近向纵深发展导致试件的断裂。通过断口分析和Paris公式确定了裂纹的萌生寿命和扩展寿命。结论腐蚀之后的试件裂纹萌生寿命占总寿命的比例下降,当裂纹扩展程度较大之后,受腐蚀影响减轻,得出裂纹扩展速率和应力强度因子的关系。     

基于断裂力学的船型网箱疲劳损伤评估研究

目的 结合断裂力学,通过直接计算方法进行海洋结构物疲劳损伤评估研究。方法 运用有限元方法,并通过谱分析进行结构强度评估,找到结构热点应力。对热点进行局部精细建模,运用断裂力学方法进行疲劳裂纹扩展,进行海洋结构物疲劳损伤评估。结果 通过水动力分析表明,船型网箱在波浪入射角为0°及180°时,运动幅值最大。通过直接强度计算,验证了网箱满足强度要求,但存在明显的应力集中现象。选取3个疲劳热点进行裂纹扩展,得到其疲劳寿命分别为11.3、17.3、33.1 a。结论 实现了基于断裂力学的海洋结构物强度分析与寿命预测,解决了海洋结构物疲劳损伤评估中计算效率与精度的平衡、整体模型与局部裂纹的耦合等问题。     

卫星运输过程疲劳等效分析

利用当前广泛应用的雨流计数法原理结合Miner法则,在全程实测某卫星运输至发射场各路段载荷谱的基础上,利用雨流计数法对载荷谱进行预处理,然后给出基于Miner法则对运输过程产生疲劳进行分析和评判的应用实例。为基于加速度信号的路谱载荷提出了一种切实可行的疲劳等效分析方法,为在各种运输条件下,评估产品所经受的力学环境和可能产生的疲劳损伤提供依据。     

含腐蚀缺陷埋地管道悬空段力学作用与可靠性分析

根据X65管线钢的Ramberg-Osgood本构方程以及土体的摩尔库仑模型,采用有限元软件Abaqus分别对裸露和未裸露的埋地悬空管道受力情况进行数值模拟,模拟得到埋地悬空管道应力和应变与悬空长度之间的关系,以及不同埋深条件下基于最大Mises应力和最大应变的管道安全悬空长度和极限悬空长度;针对带腐蚀缺陷的埋地悬空管道,提出减薄管道壁厚的计算模型,建立了基于应力失效判据的管道失效功能函数和极限状态方程,并利用蒙特卡洛法对管道结构可靠度进行计算,得出管道腐蚀深度和悬空长度对其可靠度的影响程度。该研究结果可为带腐蚀缺陷的埋地管道悬空段的安全性评价提供理论支持,为管道公司抢维修作业提供指导。     

海洋环境下飞机结构腐蚀疲劳研究现状

介绍了海洋环境下飞机结构腐蚀及腐蚀疲劳的国内外研究现状,重点阐述了服役环境编谱技术、加速腐蚀试验研究、腐蚀防护体系有效性验证、腐蚀损伤评估及疲劳寿命预估技术等几个关键技术问题,并预测了发展趋势。     

腐蚀疲劳交替环境下0Cr16Ni5Mo1不锈钢的损伤行为研究

目的 研究腐蚀疲劳交替环境下0Cr16Ni5Mo1不锈钢的损伤行为。方法 通过开展0Cr16Ni5Mo1不锈钢在不同腐蚀疲劳交替次数下的试验,分析腐蚀疲劳交替频率对疲劳寿命、表面形貌等的影响规律,明确其腐蚀疲劳交替损伤机理。结果 腐蚀时间一定时,0Cr16Ni5Mo1不锈钢试验件的疲劳寿命随着腐蚀疲劳交替频率的增加而增加。交替频次较低时,疲劳断裂部位主要发生在试验件表面或侧面的腐蚀损伤处;交替频次较高时,疲劳断裂部位开始内部缺陷处出现。试验件表面附着的腐蚀产物随着交替周期的进行而减少,但随着交替次数的增加,基体截面深处出现腐蚀产物。结论 0Cr16Ni5Mo1不锈钢试验件的疲劳寿命随交替次数的增加呈现指数函数规律的增长趋势。腐蚀-疲劳交替作用下,0Cr16Ni5Mo1不锈钢的表面腐蚀损伤形式主要为点蚀,裂纹主要萌生于试件表面的缺陷处,腐蚀加速了裂纹萌生的进程。交替次数的增加促进了表面和缺陷处钝化膜的生成,以及腐蚀产物在缺陷内部的堆积,从而使试验件寿命增大。     

动态载荷作用下大型复杂结构的振动疲劳分析方法综述

首先从目前存在的疲劳损伤现象拓展到工程各行业中服役结构的疲劳损伤情况,分析了振动疲劳损伤作用机理,并论述了振动疲劳研究的意义,阐述了振动疲劳的定义,其次分析了振动疲劳分析方法的国内外发展情况及研究现状。此外,通过对振动疲劳研究相关文献的梳理,总结出一些振动疲劳时域与频域方面的研究方法,并分析了各方法的优缺点。最后,根据在振动疲劳研究目前存在的一些问题,归纳出未来的研究发展方向。     

成组法疲劳试件个数选取方法研究

目的 在成组法疲劳试验过程中,确定最少疲劳试件个数判据,获取有效可靠的疲劳试验结果。方法基于疲劳可靠性的基本原理,在疲劳寿命对数正态分布的假设下,根据t分布理论,结合船舶及海洋工程一般构件具有95%置信度和可靠度p=97.72%下的P-S-N曲线的基本要求,推算出相应置信度和可靠度下5%误差限度内的疲劳试件个数与允许的最大变异系数数值的对应关系,以此作为成组法疲劳试验最少试件个数的判据,开展典型节点的疲劳试验。结果 得到了具有95%置信度的百位估计值Np,并通过线性相关系数r,判断对数疲劳应力Y=lg S与X=lg Np之间线性相关的程度,采用最小二乘法对对数疲劳寿命lg Np和对数疲劳应力lg S进行线性拟合,得到了具有95%置信度的P-S-N曲线,与IIW规范中相应的曲线一致。结论 文中给出的成组法疲劳试验个数确定方法是合理、可靠的,为船舶与海洋工程结构物典型焊接接头成组法疲劳试验个数的确定提供了依据。     

腐蚀损伤对LY12CZ铝合金疲劳寿命的影响研究

对LY12CZ铝合金在EXCO溶液中进行了不同时间的加速腐蚀。通过扫描电镜研究不同腐蚀时间后LY12CZ铝合金的腐蚀损伤,腐蚀损伤的严重程度用腐蚀面积率和腐蚀深度描述。通过对比性疲劳试验获得了腐蚀损伤对LY12CZ铝合金疲劳寿命的影响,为飞机日历寿命评定和飞机结构腐蚀的研究提供了试验依据。     

波浪-地震对海底管道垂直弯曲段力学状态的影响研究

考虑波浪力和地震波载荷的影响,通过载荷和约束简化推导穿越强震区海底管道在波浪载荷和地震波载荷作用下的运动方程和状态方程,进而得到海底管道垂直弯曲段应力和轴向应变的影响因素;通过数值计算对海底管道垂直弯曲段强度随剪切波速、管径、壁厚、弯管角度及海底土体性质的变化规律进行研究。结果表明:在地震波和波浪力共同作用下,海底管道垂直弯曲段最大应力出现在弯管下部位置;同一工况下波浪载荷比震波荷载对管道垂直弯曲段最大轴向应力的影响更大;实际海底管道设计时应优先采用大直径、大壁厚管道,管道垂直弯曲段弯管设计角度不大于30°。研究结果为特定区域现场施工提供了技术支持,对海底管道设计中的选管、几何形状优化提供科学依据。