失效准则

摘要： 现行管道设计标准大多遵循传统的基于应力的设计准则,当管材出现屈服和应变强化时,基于应力的设计准则便不再适用。为了有效开展基于应变的高钢级管道环焊缝适用性评价,需要解决驱动力的应变表征和失效准则确定两个关键问题。通过对含环焊缝根部裂纹的高钢级管道进行有限元分析,得到基于应变的裂纹扩展驱动力,研究了缺陷尺寸、强度匹配及压力等因素对环焊缝应变能力的影响;对比分析了两种管道环焊缝断裂失效准则并明确其适用性。分析结果表明:缺陷尺寸不仅影响裂纹扩展阻力,而且影响裂纹扩展的驱动力,裂纹深度较长度对基于应变裂纹驱动力的影响更为明显;高匹配焊接的环焊缝具备更强的应变能力,承载能力也相应增强;错边和变壁厚等根部不连续会削弱环焊缝的承载能力;基于裂纹失稳扩展失效准则评价的是极限应变能力,对环焊缝的断裂韧度要求很高,建议选择基于断裂韧度准则的评价方法。所得结论可为高钢级管道环焊缝应变能力评估提供技术参考。

摘要： 作为复合材料结构制造与使用过程中常见的缺陷损伤之一,分层会引起材料压缩强度的降低。在ABAQUS中建立含分层复合材料层板的有限元模型,编写了相关Umat子程序,将仿真结果与试验数据进行了对比,验证了模型的精度与有效性。同时对比了Hashin与Puck两种失效准则对仿真结果的影响,结果表明,使用Puck准则与试验结果吻合更好。利用已验证的有限元建模方法,研究了分层面积、厚度位置以及分层形状对剩余强度的影响。研究表明:分层面积越大、分层厚度位置越靠近中央,层合板的剩余强度越低;分层面积相同时,圆、正方形、椭圆(长短轴比为2:1)三种分层形状对剩余强度的影响没有显著差别。

摘要： 为了更有效地模拟强冲击荷载作用下混凝土材料的失效行为,采用LS-DYNA软件,基于HJC模型,建立弹体冲击钢筋混凝土(RC)板有限元模型,研究失效类型、主应变、剪应变和应力等参数对弹体侵彻混凝土并贯穿RC板的影响规律。结果表明:当失效控制参数FS值取0或1.0~1.5时,部分模型的弹体未能贯穿RC板,与试验现象不符;当FS值为0.1~0.9时,弹体侵彻贯穿RC板后的残余速度随FS值的增大而减小,其中FS值为0.3~0.8时,模拟得到的残余速度与试验值吻合较好;在模型中添加失效准则,当主应变取0.225~0.275或剪应变取0.4~0.5时,弹体以606、746、1058 m·s^(-1)的速度冲击贯穿RC板的残余速度计算值与试验值更接近;在考虑主应变失效、剪应变失效或二者共同作用时,FS值为0.8时的模拟结果与试验结果的吻合程度较好;拉伸应力失效准则不适用于较薄RC板遭受强冲击荷载作用的情况。

摘要： 目的研究零部件在成形与碰撞过程中,6016铝合金在不同应力状态下的断裂行为。方法通过准静态拉伸实验,获得了6016铝合金的基本力学性能。利用Nakajima成形极限实验,获得了6016铝合金材料的断裂成形极限曲线。设计了7种涵盖成形及碰撞过程中应力状态的断裂极限测试试样,采用数字图像相关技术(DIC)记录了试样在变形过程中的全场应变。利用实验-有限元反求方法标定了6016铝合金的GISSMO断裂准则的参数,并用帽形件三点弯曲实验验证了模型的合理性。结果相比于传统断裂成形极限图的预测结果,基于GISSMO断裂准则的仿真结果与实验具有更好的一致性。结论所建立的GISSMO模型可以用于预测6016铝合金在复杂应力状态下的断裂行为。

摘要： 直升机机身蒙皮为薄面板蜂窝夹层结构,蜂窝夹层结构在较低能量的冲击下就会产生损伤,给飞行带来风险。本文采用有限元方法,对直升机机身蒙皮的冲击进行了仿真模拟。基于ABAQUS建立薄面板蜂窝夹层结构的有限元仿真模型,由于复合材料面板冲击过程中发生渐进失效,因此开发VUMAT用户子程序,自定义其本构关系,采用Yen失效准则模拟双向编织复合材料面板损伤起始和损伤扩展方式,并根据损伤形式对损伤单元进行刚度折减,以实现材料性能的退化,同时蜂窝芯体采用等效弹塑性模型,并引入Cohesive单元模拟胶层。冲击能量较低时,冲击损伤表现为面板凹坑、少量纤维断裂、基体损伤及分层。对比仿真与试验,两者具有较好的一致性,由此表明有限元仿真能够有效分析蜂窝的冲击损伤,为直升机机身蒙皮的抗冲击设计提供参考。

摘要： 大口径复合管端部连接接头在高内压作用下可能出现接头拔脱现象,有必要针对内压作用下的复合管和端部接头进行失效分析。采用有限元软件ABAQUS建立复合管和扣压式接头的数值模型,通过UVERM子程序定义多种复合材料失效准则对复合管失效压力进行预测,并开展内压失效实验进行验证。结果表明,不同失效准则对爆破压力预测结果影响很大;扣压量是影响复合管接头结构强度的重要因素;复合管扣压式接头的结构强度符合设计要求,可为热塑性复合材料管的接头选配和工程应用提供参考。

摘要： 针对复合材料多钉连接结构在拉伸载荷作用下的失效和损伤进行数值分析和试验研究。首先,针对纤维、基体和分层三种不同形式的损伤建立不同的失效判据并基于断裂力学推导出考虑原位效应的单层板强度参数,结合刚度幂指数衰减方法,使用有限元子程序编写复合材料单层板的连续损伤力学本构模型。在计算Puck准则中的基体失效断裂面角度时,为了提高计算效率,提出使用区别于传统的Puck遍历法和分区黄金分割法的分区牛顿法进行计算。其次利用上述力学模型对复合材料层合板平板和开孔板进行拉伸性能分析并对比试验结果,验证模型可行性。最后对复合材料多钉连接结构的失效和损伤演化过程进行有限元分析,对比计算结果与试验结果表明:提出的连续损伤力学模型,能够较好的预测碳纤维复合材料多钉连接结构在拉伸载荷作用下的强度和损伤。

摘要： 为研究下击暴流特异风作用下超大型冷却塔响应特征与倒塌机制,以中国西北地区某在建228 m世界最高冷却塔为对象,采用分层壳单元法建立结构多尺度有限元模型,基于LES方法获得超大型冷却塔在下击暴流作用下三种典型工况处的内外面脉动风压,再结合增量动力分析法分析超大型冷却塔风致倒塌全过程变化规律,提炼超大型冷却塔在下击暴流作用下的倒塌机制,最后构建下击暴流风驱下超大型冷却塔倒塌失效准则。研究表明:下击暴流下塔筒表面风压分布模式与良态风差异显著,超大型冷却塔倒塌机制随下击暴流中心距离增大由内凹机制转换为外掀机制,且当能量失效指标K≥2时,超大型冷却塔倒塌破坏。

摘要： 油气管道失效准则有很多,但是这些准则的适用性、准确性和保守性还有待验证。以常用的ASME B31G-2012、PCORRC、DNV-RP-F101、SHELL92、BS7910、SY/T 6151-2009、C-Fer失效压力判断准则为研究对象,首先判断缺陷几何形状和物性参数如缺陷长度、缺陷深度、材料强度对失效压力的影响。其次,通过引入压力比和误差,考察不同评价准则的适用性和准确性。结果表明:失效压力随缺陷长度和缺陷深度的增加而减小,随材料强度的增加而增大;从保守性出发,对于低中钢级管道,保守性最为理想的是DNV-RP-F101评价准则,对于高钢级管道,保守性最为理想的是DNV-RP-F101和PCORRC评价准则;从误差和集中性出发,对于所有钢级管道,最理想的评价准则是DNV-RP-F101。

摘要： 结合Hashin失效准则并利用cohesive界面单元模拟分层,建立层合壳有限元模型,对复合材料薄壁圆柱壳结构在准静态轴压作用下的吸能性能进行研究。结果表明:本文建立的渐进损伤模型,能够较好的预测复合材料薄壁圆柱壳在准静态轴压作用下的失效模式,载荷-位移曲线和试验吻合度较好。

摘要： 在船舶碰撞与搁浅场景的有限元模拟中,如何合理定义钢板材料的断裂失效是一个越来越重要的问题.本文利用LS-DYNA程序提供的材料二次开发功能,将基于BWH失效准则理论假设推导出的材料失效准则进行编程,并嵌入LS-DYNA程序中.之后,利用更新的LS-DYNA程序,以一组船舶搁浅模型试验为例,进行有限元数值仿真计算,通过与实验结果对比,验证所提出的钢板材料失效准则的适用性.

摘要： 针刺C/SiC复合材料是一类碳纤维增强的陶瓷基复合材料，本文通过材料主轴方向的拉伸强度试验、45度偏轴拉伸强度试验以及面内剪切强度试验确定了YehStratton失效准则以及Tsai-Hill失效准则中待定项的具体值.分别使用这两种失效准则对针刺C/SiC带孔板试样进行了拉伸强度预测,分析了Yeh-Stratton失效准则以及Tsai-Hill失效准则对针刺C/SiC复合材料失效预测的适用性.

摘要： 随着电动汽车的推广与普及,车用动力电池的安全性已经成为焦点之一.电池整体机械性能与电池内部电化学之间的内在耦合已经成为锂离子电池耐撞性研究的重要障碍.本文建立了锂电池的有限元模型,对锂离子电池的径向压力实验、三点弯曲实验和压痕实验进行了数值计算.同时,将锂离子的性能失效转化为力学失效,最终通过统一强度理论建立了锂电池的力学失效准则,为锂离子电池的失效判定与研究提供了理论依据.

摘要： 聚合物基复合材料的黏弹性导致其力学性能随着服役时间的增加而下降,为了合理设计聚合物基复合材料结构,需要建立时间相关的失效准则.将幂律模型与波尔兹曼叠加原理相结合,以最大应变理论为基础建立了一种时间相关的聚合物基复合材料失效准则,并采用双移位因子法来考虑不同服役条件的影响.根据该失效准则,可以获得聚合物基复合材料结构在服役条件下的失效时间或满足设计使用年限要求的最小初始性能参数.

摘要： 本文介绍了国内外核反应堆压力容器严重事故方面的研究现状,包括压力容器蠕变失效的研究成果,相关研究提供大量的试验结果、蠕变本构模型和损伤理论,失效准则、有限元分析方法以及与材料高温相关的参数,对于开展严重事故下压力容器蠕变分析及试验研究具有重要的参考价值.

摘要： 气枕式膜结构就是通过将空间钢构架划分为一个个独立的网格单元，并在网格内安装ETFE气枕形成的结构体系。本文将气枕内充气体假定为势流,以小幅波动方程为基础推导得到了内充气体的有限元动力学方程;引入界面协调条件使得气体动力学方程与薄膜动力方程联立得到了气枕系统的共同作用方程;使用ADINA程序实现了气枕共同作用有限元模型的形态分析和荷载分析,并进行了验证;在此基础上建立了一个真实尺寸的正六边形ETFE气枕,定义了气枕在强风作用下的失效准则;给出了不同尺寸气枕的抗风承载力随内压的变化规律,为气枕抗风设计提供依据.

摘要： 研究复合材料料T 型接头胶铆连接的破坏过程以及破坏形式。借助铆钉单胞计算给出铆钉的载荷-位移曲线，在复合材料T 型接头胶铆连接结构分析模型的基础上引入失效准则和非线性弹簧元，给出复合材料T 型接头胶铆连接的拉脱破坏过程和破坏形式；最后将分析结果与试验结果进行对比。从比对结果可看出，仿真分析结果与试验结果所得的破坏形式基本相同，载荷-位移曲线变化趋势一致。

摘要： 介绍橡胶材料的基础实验以及参数的拟合过程,同时对文中所用橡胶试件在美国AXEL实验室进行实验测试,获得一组能准确反映密封圈橡胶材料性能的实验数据.在此基础上介绍利用Ansys有限元软件对隔膜泵隔膜室橡胶密封圈进行有限元建模与计算的方法,同时对密封圈结构的基本几何尺寸进行优化,得到不同结构在不同工作状态下的变形、应力以及最大接触压应力,通过密封结构的最大接触应力失效准则,判断各种结构的密封性能,从而为设计提供参考依据,解决隔膜室密封结构的密闭性及失效问题.

摘要： 本文基于试验得到的数据建立了直升机桨叶复合材料的静载渐进损伤累积方法.首先,通过最初的试验原始数据,进行数据处理,得到静载渐进损伤累积模型.然后,选取修正后的Hashin 准则作为复合材料局部失效判定准则.最后,结合有限元软件ansys，加入损伤模型和失效准则,对试验结果来进行反验证.验证了本文方法的有效性.

摘要： 本文以一个大型机场航站楼为例,介绍了大型空间结构在局部火灾下的结构耐火性能的评估流程.为了计算局部火灾的热效应,本文中提出了一个圆柱型火焰模型,推导了圆柱型火焰对周边的钢构件的热辐射视角系数,并基于热辐射和对流的基本原理,计算了钢结构在火灾作用下的升温过程计算方法.为了综合评估结构在局部火灾作用下整体保持稳定但局部可能失效的情况,通过对当前结构体系的特点的分析,作者提出了对结构在局部火灾作用下的失效的判定标准.

摘要： 本发明公开了一种基于统一应力准则的粘接结构断裂失效分析方法，其特征在于，包括步骤1：对不同拉剪比的粘接接头进行准静态拉伸试验，获得不同拉剪比的粘接接头的初始失效载荷与初始失效区域；步骤2：建立与试验尺寸相同的不同拉剪比的粘接接头的有限元模型，将所述初始失效载荷施加到有限元模型中与所述初始失效区域对应的位置，获得初始失效点以及初始失效应力；步骤3：获取不同拉剪比的粘接接头在复杂应力状态下的等效应力；步骤4：建立需进行断裂失效分析的粘接接头的有限元模型，并施加单向应力，当应力大于或等于最大等效应力时，粘接接头的胶层开始失效，确定失效单元并被删除，记录对应失效应力。

摘要： 本发明涉及一种基于多点加点准则的多失效模式下系统失效概率计算方法，包括：设置系统的学习函数和需要更新的失效模式；根据初始训练样本集构建各失效模式的Kriging模型，并判断其收敛性；当满足第二收敛条件时，对样本集S进行分类对新的聚类质量评估函数J进行优化求解，获得k个最终的分类中心样本点；计算分类中心样本点对应的需要更新的失效模式并对相同的失效模式的点进行合并处理；更新各模式对应的训练样本集，并继续根据此时的训练样本集构建各失效模式的Kriging模型；直到满足第一收敛条件时计算系统的失效概率。本发明基于多点加点准则的改进复合准则方法计算系统失效概率时可在保证计算精度的同时，提高计算效率。

摘要： 本发明公开了一种各向同性材料拉压不对称失效准则的建立方法。涉及航空用树脂基复合材料领域，包括如下步骤：(1)、各向同性材料的单轴拉伸、压缩和纯剪切试验；(2)、压缩应力状态下失效准则的建立，基于应力不变量理论，考虑压缩应力状态对材料失效的抑制作用；(3)、拉伸应力状态下失效准则的建立，基于能量法理论，建立拉伸状态下的失效准则；(4)、模型验证，通过多种材料的双轴和三轴试验对拉压不对称失效准则描述的失效包络面进行试验验证。本发明的有益效果：本发明提出的失效准则物理意义明确，可以准确地预测拉压不对称各向同性材料的失效包络面，充分地反映了拉伸、压缩应力对材料失效的不同影响。

摘要： 本发明公开了一种基于管材塑性失效准则的油气井管柱强度设计方法，包括以下步骤：S1确定油气井井筒各工况下的温度分布；S2选取管材，开展不同温度下的力学实验，获取不同温度下的应力‑应变曲线和管材材料参数；S3拟合材料不同温度下的应变硬化模型参数；S4根据塑性失效准则，选取材料的最大均匀延伸率δ为设计判据；S5考虑安全余量，选取管柱的许用应变[ε]；S6计算管柱材料许用应变对应的许用应力[σ]；S7计算管柱全生命周期内所受外载，判断管柱强度是否满足要求，不满足要求时重复步骤S2‑S7，直到管柱强度满足要求；S8完成强度校核，得到满足需求的管柱。本发明提高了管柱选材经济性、保证了井下管柱安全性、计算简单精度高，具有较好的实用性和可操作性。

摘要： 一种基于多重失效准则的地下结构模糊地震易损性计算方法，包括：获取若干基于单一失效准则的地下结构的模糊地震易损性函数；获取基于多重失效准则的地下结构模糊地震易损性函数；获取最优隶属度函数组合；获取地下结构的基于多重失效准则的模糊地震易损性曲线，从而获得基于多重失效准则的地下结构失效概率，对地下结构的抗震性能进行评估。本发明在充分考虑地下结构极限状态模糊性对地震易损性影响的前提下，获取最优隶属度函数组合，使得本发明的评估结果能综合考虑多重失效准则及极限状态模糊性对地震易损性的影响，避免了传统地下结构地震易损性分析当中基于单一失效准则和确定性阈值带来的局限性，使评估结果更为可靠。

摘要： 本发明公开一种测试复合材料粘接结构失效准则的接头，包括：第一金属试棒；第二金属试棒；第一胶层，其用于粘接所述第一金属试棒和第一复合材料板；第一不粘胶层框架，其匹配粘接在所述第一复合材料板的外侧；第二胶层，其用于粘接在所述第二金属试棒和第二复合材料板；第二不粘胶层框架，其匹配粘接在所述第二复合材料板的外侧；第三胶层，其用于粘接所述第一复合材料板和所述第二复合材料板；第三不粘胶层框架，其匹配粘接在所述第三胶层的外侧。该复合材料粘接接头能够测试不同应力状态下的失效载荷，同时考虑两层复合材料板的撕裂影响，能够避免复合材料板边界区域纤维撕裂和分层的影响，提高失效准则的测试精度。

摘要： 本发明公开了一种基于胶粘剂化学特性分析的粘接结构失效准则的预测方法，本发明开发了一种基于胶粘剂化学特性分析的粘接结构失效准则的预测方法，通过对不同粘接角度的粘接试件进行人工加速老化处理，通过拉伸破坏试验得到不同老化周期的粘接结构的失效应力相关数据，通过有限元建模分析结合等效应力关系式建立失效准则，对不同老化周期的胶粘剂进行的化学特性分析得到化学特性变化规律，计算筛选出与粘接结构失效准则处于最佳重合状态的化学特性及其组合形式，应用典型相关分析方法，最终获得通过分析胶粘剂化学特性就能得到粘接结构失效准则的预测方法。

摘要： 本发明公开了一种各向同性材料拉压不对称失效准则的建立方法。涉及航空用树脂基复合材料领域，包括如下步骤：(1)、各向同性材料的单轴拉伸、压缩和纯剪切试验；(2)、压缩应力状态下失效准则的建立，基于应力不变量理论，考虑压缩应力状态对材料失效的抑制作用；(3)、拉伸应力状态下失效准则的建立，基于能量法理论，建立拉伸状态下的失效准则；(4)、模型验证，通过多种材料的双轴和三轴试验对拉压不对称失效准则描述的失效包络面进行试验验证。本发明的有益效果：本发明提出的失效准则物理意义明确，可以准确地预测拉压不对称各向同性材料的失效包络面，充分地反映了拉伸、压缩应力对材料失效的不同影响。

摘要： 本发明提供了一种纤维增强复合材料分层失效准则参数反演方法及装置，该方法包括：生成目标纤维增强复合材料的I型断裂韧性正态分布曲线和II型断裂韧性正态分布曲线；根据I型断裂韧性正态分布曲线和II型断裂韧性正态分布曲线生成I/II混合型分层有限元模型；获取I/II混合型分层有限元模型的分层失效点数据；依据分层失效点数据拟合计算分层失效准则参数。基于本发明公开的方法，利用正态分布曲线降低了I型断裂韧性值和II型断裂韧性值的分散性，从而相应提高了拟合计算得到的分层失效准则参数准确度，这也就避免了仅采用实验方法造成的成本高、耗时长的问题。

摘要： 本实用新型公开一种测试复合材料粘接结构失效准则的接头，包括：第一金属试棒；第二金属试棒；第一胶层，其用于粘接所述第一金属试棒和第一复合材料板；第一不粘胶层框架，其匹配粘接在所述第一复合材料板的外侧；第二胶层，其用于粘接在所述第二金属试棒和第二复合材料板；第二不粘胶层框架，其匹配粘接在所述第二复合材料板的外侧；第三胶层，其用于粘接所述第一复合材料板和所述第二复合材料板；第三不粘胶层框架，其匹配粘接在所述第三胶层的外侧。该复合材料粘接接头能够测试不同应力状态下的失效载荷，同时考虑两层复合材料板的撕裂影响，能够避免复合材料板边界区域纤维撕裂和分层的影响，提高失效准则的测试精度。