树脂基复合材料裂尖损伤的直接观察与分析

用扫描电镜对ＥＮＦ试样在加载及保持过程中裂尖损伤的萌生、演化过程进行了原位观察研究．结果表明石墨／环氧复合材料ＡＳ４／３５０２裂尖损伤的微观机制是微裂纹的萌生、长大及合并．裂尖损伤区内经历的微损伤过程增加了材料的裂纹扩展抗力而使材料得到韧化．     

描述微裂纹成核与扩展的疲劳损伤多尺度模型及其应用

利用多尺度模拟的方法建立了针对疲劳损伤累积过程中微裂纹成核与扩展阶段的疲劳损伤多尺度模型,对模型的有效性进行了实验验证,并将其应用于变幅疲劳载荷下某装甲车传动轴的疲劳寿命评估中.研究结果表明,所提模型能同时预测宏观尺度疲劳损伤与细观尺度微裂纹的成核与扩展率,利用该模型所预测的宏观疲劳损伤值与实验所测值相符.该模型既能合理地描述宏观尺度下不同应力水平的疲劳损伤演化过程,又能综合反映细观尺度下微裂纹的成核与扩展行为.利用这种多尺度疲劳损伤模型可以预测结构在疲劳微裂纹成核与扩展阶段所消耗的疲劳寿命,为各类结构疲劳损伤累积过程评估和准确进行寿命预测提供了一种新途径.     

岩体蠕变裂纹起裂与扩展的损伤软科学分析方法

将损伤力学与断裂理论相结合，通过对近裂尖瞬态应力场近似表达的推导，提出了岩体蠕变裂纹起裂与扩展的损伤力学分析理论，建立了岩体蠕变裂纹扩展的损伤累积模型，这一分析理论和模型可用于蠕变主裂纹起裂时间的预测以及裂纹时效扩展特征的分析。     

基于扩展有限元法的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹扩展研究

基于扩展有限元法(XFEM)研究了Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹扩展问题. 对于裂纹面间的力学行为,用内聚力模型(CZM)进行了描述. 推导了引入内聚力模型后扩展有限元法的单元刚度矩阵,研究了加载方向对紧凑拉剪试件复合型裂纹扩展的影响. 研究结果表明:加载方向对裂纹起裂角影响较大,试件的最大承载力随着加载角度的增大近似线性增加;同时,在不同加载角度下数值模拟得到的裂纹起裂角和力-开口位移曲线与实验结果相吻合.      

岩体蠕变裂纹起裂与扩展的损伤力学分析方法

将损伤力学与断裂理论相结合，通过对近裂尖瞬态应力场近似表达的推导，提出了岩体蠕变裂纹起裂与扩展的损伤力学分析理论，建立了岩体蠕变裂纹扩展的损伤累积模型．这一分析理论和模型可用于蠕变主裂纹起裂时间的预测以及裂纹时效扩展特征的分析．     

损伤对复合材料层板层间裂纹奇异性的影响

基于连续损伤理论,采用非线性多标量连续损伤模型和有限元法对含Ⅰ型裂纹的纤维增强复合材料层板的裂尖应力奇异性进行了分析·在计算中,应用了损伤与位移同时迭代的全耦合法,并考虑了几何非线性的影响·结果表明:有限元法分析含损伤裂尖应力场奇异性是有效的;在材料硬化阶段,含层间裂纹的层板裂尖前缘应力奇异性总是存在的;损伤演化、材料常数影响裂尖应力奇异性,当材料常数的变化使损伤增大时,将导致应力奇异性程度下降·     

SiC颗粒增强铝基复合材料细观损伤的温度效应

SiC颗粒增强铝基复合材料的宏观力学行为与其微观损伤机理密切相关,随温度的升高,材料力学性能明显下降,SiCp/A356复合材料表现出不同的细观损伤机理.文中对真空双搅拌方法制备的质量分数为20%的SiC颗粒增强铝基复合材料在室温和高温下的细观损伤机制进行了研究,在试样断口上,通过扫描电镜观察到了不同的裂纹萌生和扩展机制,根据不同温度下表现出的不同失效方法,归纳出了复合材料细观损伤的温度效应曲线.研究表明,在室温下复合材料的裂纹萌生以基体撕裂和颗粒断裂为主,高温下其裂纹萌生机制以颗粒脱离和基体撕裂为主.     

一种改进的复合材料损伤塑性耦合模型

复合材料的损伤和破坏行为是相当复杂的,为了描述在复杂载荷条件下的材料的力学行为,可采用损伤与裂纹面间由摩擦诱导的塑性相结合的研究方法。在现有的复合材料摩擦塑性与损伤的耦合模型的基础上,在平面应力条件下,考虑了剪切应变对损伤能释放率的影响,适当地修正了损伤演化方程,从而建立了一种改进的复合材料损伤与摩擦塑性耦合模型。通过算例讨论了复合材料层板在复杂载荷作用下的力学行为,计算结果不仅反映了材料在加卸载过程中的剪切滞回现象,又反映了材料在一个加卸载循环内损伤值增加的实际情况,并且计算结果对应的理论曲线与试验曲线符合得很好。这种改进的模型除了可以解决复合材料的复杂加载问题,还可推广到材料的疲劳损伤的研究中。     

脆性材料斜裂纹断裂与损伤耦合分析

对单向拉伸的斜裂纹,应用西多霍夫损伤模型和断裂力学耦合分析方法,推导出脆性材料斜裂纹损伤区与断裂区的边界方程,确定了脆性材料斜裂纹初始损伤区和断裂区的径向尺寸.提出了裂尖断裂区内径向应变能的概念,并建立了基于此概念上的裂纹扩展准则,即裂尖断裂区内径向最小应变能(RMSE)判据,从而确定了脆性材料斜裂纹在断裂区边界上的开裂角.最后确定了不同裂纹倾角起裂点的坐标.     

基于XFEM的岩体卸荷过程裂纹起裂扩展规律研究

地下和边坡工程开挖常涉及岩体卸荷问题,采用ABAQUS软件中的扩展有限单元法(extended finite element method,XFEM)对开挖卸荷过程岩体内部裂纹的起裂扩展进行了模拟,通过计算裂纹尖端应力强度因子研究了其起裂特征,并探讨了起裂影响因素,通过记录裂纹扩展形态研究了其动态演化模式.结果表明,卸荷过程中卸荷速率越快,裂纹长度越长,倾角越大,其起裂越容易;并且裂纹面受到的正应力不断减小,剪应力不断增大,裂纹扩展主要由剪应力控制,这与理论分析结果一致.裂纹最终扩展演化形态也与物理试验相近,充分表明运用扩展有限单元法研究岩体裂纹问题的可靠性.     

冲击和非冲击疲劳载荷下过载对裂纹扩展的影响

对12CrNi3A 钢在冲击和非冲击疲劳栽荷下的过载裂纹扩展延迟效应研究表明:过载对随后裂纹扩展的影响不仅取决于过载力作用下的裂尖塑变,还取决于随后基载力作用下的裂尖塑变.过载对随后裂纹扩展的影响存在两个互为矛盾的方面:一是裂尖塑变损伤促进裂纹扩展;另一是产生残余压应力场和闭合效应延缓裂纹扩展,两方面共同作用结果才能最终决定对随后裂纹扩展的影响.实验结果还表明,冲击疲劳载荷下的过载延迟效应与过载力的冲击速度有关,相同条件下,冲击疲劳载荷下的延迟期 Nd 高于非冲击疲劳载荷;各种因素对过载延迟的影响程度在两种载荷制度下不相同.     

易损部位损伤导致的结构响应非线性效应

为探讨结构的失效机理,研究了结构中易损部位的损伤及其演化过程对结构局部和整体响应的非线性效应.对桥梁结构中典型的纵向加劲钢桁架的局部损伤破坏过程进行了模拟试验研究.通过在桁架的局部和整体分别设置力学响应的测试点,同步观测并分析了局部损伤区的应变分布以及桁架整体挠度的变化规律.研究结果表明:桁架易损部位的损伤演化导致局部应变与整体挠度响应产生了非线性效应;桁架焊接区域内的材料发生严重塑性损伤,大大加剧了局部应变分布的奇异性;在各级别损伤程度下,局部应变和整体挠度响应都与易损部位的损伤表现出弱非线性相关,而应变响应的非线性效应远比挠度响应明显.     

各向异性GTN损伤模型及其在板料成形中的应用

基于Hill的二次各向异性弹塑性屈服准则（Hill’48）,发展了可以用来描述各向异性多孔延性材料损伤演化发展的GTN（Gurson—Tvergaard—Needleman）弹塑性细观损伤本构模型,将材料的塑性各向异性行为和损伤发展有机地耦合起来．分别采用基于Mises的各向同性GTN弹塑性损伤模型、基于Hill’48的各向异性GTN弹塑性损伤模型和传统的Mises弹塑性模型,对NUMISHEET’2002中考题圆杯深拉深成形工艺进行了数值模拟,对板料成形过程中损伤的累积发展及其对材料性能的影响进行了分析．结果表明：延性板料的各向异性行为对其宏观力学性能和损伤演化都有影响;GTN模型中的损伤变量反映了成形历史的影响,为复杂加载路径下的成形极限判据的提出提供了理论依据．     

低合金钢—硝酸盐溶液体系的SCC图

研究了低合金钢-硝酸盐溶液体系的应力腐蚀行为。测定了温度,浓度和电极电位对各种腐蚀类型及腐蚀强度的影响。建立了相应的温度-浓度-电位SCC图。确定了该体系的下临界电位和SCC敏感电位范围。讨论了采用阴极保护的可能性。     

反平面剪切层间界面破坏的卸载行为研究

研究了由定常侧压力作用下,界面层上剪应力及位移场在卸载(反向加载)过程中的分布规律及演化规律·计算结果表明,由于裂纹前方损伤过程区的存在,卸载是非弹性的,伴随有损伤和摩擦两种耗散机制;另外,当卸载过程不能覆盖加载过程造成的损伤区时,会产生“应力锁死”现象,从而导致结构在以后的加载过程中可能产生冲击载荷·     

混凝土厚靶在弹体正侵彻下的响应研究

在内爆理论及考虑弹体体积变形和侵蚀效应的运动方程基础上,考虑质量守恒、动量守恒及能量转换关系,建立了描述混凝土厚靶在高速弹体正侵彻下的响应区理论模型.理论模型的数值解表明,混凝土和弹体的动力学特性对正侵彻作用下混凝土的响应有显著影响.在侵彻速度较高时,有些响应区消失,而破碎区和破裂区随侵彻速度增加而迅速增大.     

水力压裂的几个新进展

综述了水力压裂机理的最新研究成果和缝端脱砂压裂的原理及其应用．压裂机理是水力压裂的重要组成部分,包括裂缝起裂和裂缝延伸机制．不同注入排量和不同完井方式下直井、斜井和水平井的裂缝起裂机制不尽相同,取决于时间效应,规模效应和应力状态,而流体滞后,端部膨胀,过程区和连续伤害机理则从不同方面考虑了裂缝延伸的一些重要影响因素．八十年代提出的缝端脱砂压裂则拓宽了常规水力压裂的应用范围．在介绍缝端脱砂压裂原理和设计方法的基础上,说明了缝端脱砂压裂在解堵、增产和油藏管理上的应用,重点阐述了缝端脱砂压裂和砾石充填相结合,用于高渗透或疏松地层的防砂．     

土壤覆层对混凝土中爆炸毁伤破坏的影响

针对混凝土的破坏模式,把连续损伤模型嵌入LS-DYNA有限元软件中,对炸药在土壤-混凝土复合介质中爆炸时波的传播、混凝土的损伤破坏进行了数值模拟研究,得到了土壤-混凝土界面参数的变化规律以及土壤厚度对混凝土损伤破坏的影响规律. 研究结果对于战斗部和防护结构设计以及工程爆破具有一定的参考价值.     

Affected zone generated around the erosion pit on carbon steel surface at the incipient stage of vibration cavitation

The characteristics of erosion pits on a carbon steel surface were investigated at the incipient stage of cavitation erosion. After a 5-minute experiment performed in an ultrasonic vibration system, needle-like erosion pits appeared on the polished steel surface, and a specially affected zone was formed around the pit. The shape of the pit and the plastic deformation of the affected zone indicate that the me-chanical impaction on the surface is the main reason for the cavitation damage. On the other hand, the iridescent color, the decreased surface hardness and the precipitated carbides on the affected zone prove that the affected zone has experienced a tempering process with the temperature higher than 300℃. The lack of oxygen in the affected zone also proves that it is not a chemical oxygen result. A special phenomenon that a carbon ring forms in the affected zone is explained as a result of the tor- oidal bubbles＇ heating effect at the final stage of the bubble collapse.