动态裂纹迅速扩展的数值分析

本文运用有限元法对双悬臂梁(DCB)试件动态裂纹迅速扩展进行了分析,指出当采用线性位移场的单元时,线性释放节点约束力是合理的。实例计算表明:动态裂纹尖端应力强度因子计算值与实验值能较好地符合,同时对文中提出的两参数——动态裂纹尖端张开角及材料止裂时的裂纹尖端张开角——的计算结果表明:它们与动态裂纹尖端应力强度因子 K_(1D)及材料止裂韧性 K_(1A)等价。建议在动态裂纹迅速扩展及止裂分析中也可采用此参数。     

钢桥面板疲劳裂纹钻孔止裂分析及实验验证

对紧凑拉伸试样进行有限元分析,考察止裂孔边缘的应力分布情况,对比不同状况下裂纹尖端的力学特性,研究了孔径及附加孔对止裂效果的影响.结合钢桥面板局部模型实验,对开裂试件打孔止裂后进行疲劳实验,通过比较不同试件的疲劳寿命,对有限元分析结果进行了验证.分析和实验结果表明,经过止裂孔钻孔处理后,应力集中点位于试样预制裂纹直线延伸方向与止裂孔孔边缘相交处,相对于未打孔,裂纹尖端应力显著下降.裂纹尖端打孔止裂,能够提高构件疲劳寿命,且孔径越大,止裂效果越明显,孔径8mm以后,增大孔径所产生的止裂效果逐渐降低.不同孔径钻孔处理的疲劳试件,各阶段裂纹再次扩展速率相当,属于裂纹中速率扩展区,附加孔并没有影响裂纹扩展速率,但使疲劳寿命显著地提高.     

超硬铝合金试件中斜裂纹脉冲放电止裂

采用ZL-2超强脉冲放电装置实现了7A04超硬铝合金试件中斜裂纹的止裂实验.在瞬间超强脉冲电流作用下,裂尖前缘发生了强烈的绕流热集中现象,斜裂纹裂尖附近金属熔化,钝化了裂尖,阻止了干线裂纹源的开裂趋势.对止裂前后裂尖附近金属组织进行了显微观察,并对止裂前后裂纹附近的断口进行了对比分析;在万能材料试验机上对试件进行了拉伸力学性能对比测试.研究表明:在斜裂纹止裂瞬间,裂尖熔化,同时实现了组织超细化,提高了裂纹的扩展功,改善了试件的抗拉力学性能.     

钢桥面板顶板角焊缝疲劳裂纹钻孔孔位分析

结合钢箱梁局部模型试件,针对顶板角焊缝处表面裂纹进行钻孔止裂,进行止裂孔孔周应力计算,分析了不同孔位对止裂效果的影响并提出了合理止裂孔位,最后结合实际工程中止裂孔孔径应用情况,研究了合理止裂孔位与孔径的关系。分析结果表明,止裂孔没有改变构件整体应力变化趋势,孔边存在很大的应力降,但有应力台阶现象;孔位在0.5D(D为孔径尺寸)更远后,裂尖与孔边之间出现高应力、大应力降连接段,合理止裂孔位为0.5D,孔径大小对合理孔位与孔径的系数没有影响;止裂孔在裂纹尖端外情形下,孔径较小时,最大应力点还在裂纹尖端,孔径较大时,最大应力点在裂纹侧孔边,且离裂纹尖端越远,孔两侧最大应力差越小。     

含半无限长裂纹导电薄板的热电磁止裂问题

对含半无限长直线裂纹的无限大导电薄板的热电磁止裂问题进行了研究。以导电弹性体的麦克斯威尔方程为出发点,推得了在向板内通入电流的瞬时,裂纹尖端附近电流密度的表达式。在此基础上,通过对热传导方程的求解,得到了裂纹尖端区域处温度的具体表达式。最后,给出了算例分析,表明适当强度电流的通入,可在相应的瞬时内使裂纹尖端处熔化,形成焊口,从而达到裂纹止裂的目的。     

导电体内部裂纹止裂新法的实验研究

介绍了导电体内部裂纹止裂的一种新实验方法。实验结果表明：利用电磁热效应对导体内部裂纹进行止裂不但是可行的,而且具有保持外力作用不变、方法简便、收效迅速、提高韧性等优点。其原理是在向导体通入脉冲电流的瞬间,裂纹尖端处的温度急剧升高,使材料熔化形成焊口同时在周围产生足够大的热压应力,破坏了干线裂纹源的形成,遏制了裂纹的扩展。     

铜长条薄板在疲劳载荷下裂纹聚合的试验研究和一个新发现

对铜长条薄板在疲劳载荷下2条相邻裂纹的聚合进行了详细的试验研究.按照经典的断裂力学分析,最初预计初始的疲劳裂纹应该在2条相邻裂纹之间产生,并且导致2条相邻裂纹聚合为一个复杂的新缺陷.但是试验发现:在某些情况下初始的疲劳裂纹扩展产生在远离2条相邻裂纹之间区域的裂纹外尖端上,即不是发生在2条相邻裂纹的内尖端上.只有当这个外裂尖在疲劳载荷下自相似扩展一定长度并止裂一段时间后,2条相邻裂纹之间的内部区域才产生第二条曲线裂纹,该曲线裂纹的扩展才引起聚合的发生,而在第二条裂纹扩展期间,第一条扩展裂纹始终处于止裂状态.这个现象超出了经典的疲劳裂纹萌生的基本理论,也无法用经典的应力集中理论来解释.     

金属材料裂纹尖端温度场和热应力场的数值模拟

用数值模拟方法研究了金属裂纹尖端的温度场和热应力场的分布情况.模拟结果表明,由于金属材料裂纹尖端的绕流效应而导致金属材料裂纹尖端产生焦耳热源,焦耳热源能够在裂纹尖端很小的范围内熔化形成焊口,从而使裂纹尖端处的曲率半径显著增大.同时,在裂纹尖端附近在放电过程中将产生很大的热压应力,可显著地减少甚至是消除裂纹前缘处的扩展应力,抑制了裂纹的进一步扩展,达到止裂的目的.     

裂隙岩体贯通及锚固止裂路径有限元分析

压剪应力作用的裂隙岩体其裂纹尖端附近存在塑性屈服区.将裂隙岩体单元与锚索单元的节点完全重合,应用等效应变与降温法施加锚索单元的预应力,裂纹采用八节点等参单元退化后的奇异单元进行模拟,从应变角度出发,应用塑性区最短距离判据得到了不同锚固条件下含两条不同倾角共线裂纹的裂纹尖端附近的最短塑性区距离、裂纹的扩展方向、裂纹扩展后岩桥之间的有效距离等,并分析了裂隙岩体的锚固止裂机制.结果表明,预应力锚索加固对裂隙岩体的压缩效应远大于剪切效应.锚固条件下倾角为30°～60°的裂纹扩展后岩桥之间有效距离增大,锚固条件越好,裂纹尖端塑性区的最短距离越小,预应力锚索的加固止裂效果越明显.锚固附加应力场使得0°、90°裂纹附近岩体的正应力或侧向应力得到增加,锚固条件越好,裂纹尖端的塑性区最短距离越大,在进行锚固设计时,应合理布置锚固角.     

具有中心裂纹载流薄板拉伸时的应力强度因子

采用复变函数的方法，通过保角变换，推导出具有中心穿透裂纹导电薄板在通入电流和拉应力共同作用下，裂纹尖端附近的应力强度因子。并结合算例利用断裂判据来衡量电热效应的止裂效果，为裂纹止裂打下理论基础。     

薄壁压力容器Ⅰ-Ⅱ型复合裂纹的塑性区研究

裂纹尖端塑性区对裂纹的扩展和失稳扩展起着关键作用。此文针对薄壁压力容器结构中可能出现的Ⅰ-Ⅱ型复合裂纹,利用Mises屈服条件对裂纹尖端塑性区的分布进行了研究,推导出两向拉伸斜裂纹尖端塑性区分布的数学表达式。用线弹性断裂理论推导了裂纹开裂角度与裂纹角的关系,并用数学软件Matlab描述了在临界状态下不同裂纹角所对应的裂纹尖端塑性区的轮廓线。     

两条等长共线裂纹尖端塑性区扩展理论研究

采用Kachanov法基本思想求解2条等长共线裂纹相互作用下裂纹的应力强度因子,分别基于Mises屈服准则和D-P屈服准则推导了裂纹尖端塑性区半径的表达式,并求得裂纹相互作用下塑性区半径的扩大倍数,其值为2条裂纹相互作用下的应力强度因子与单裂纹状态下应力强度因子比值的平方。在此基础上,分析了裂纹间距对塑性区扩展的影响。研究发现,同一裂纹倾角下裂纹间距与裂纹长度比值越小,2条裂纹尖端的塑性区半径越大,裂纹尖端塑性区扩展速度越快,直至塑性区发生接触,且不同的裂纹倾角,裂纹尖端塑性区发生接触的条件不同。     

裂纹顶端塑性区内方向应变能的裂纹扩展准则

在应用断裂力学和塑性力学对裂纹顶端的分析基础上,提出了裂纹顶端塑性区内方向应变能的概念,并建立了基于此概念上的裂纹扩展准则,引入裂纹顶端临界扩展本征区概念,消除了应变能积分中的奇异性.与其它裂纹扩展准则的比较结果表明,在此基础上建立的裂纹扩展准则是合理可行的.     

神经网络在确定裂纹尖端塑性区中的应用

通过构造反向传播神经网络，对裂纹尖端的应力场进行模拟，进而实现对裂纹尖端应力场函数的逼近。得到的网络具有较高的联想、记忆能力和较好的稳定性，并且可以快速、准确地计算实际中带裂纹构件的裂纹尖端应力场，从而确定裂纹尖端的塑性区和分析带裂纹构件裂纹的扩展。     

Ce-TZP陶瓷材料中裂纹扩展路经的TEM观察

在透射电镜(TEM)下原位观察了,Ce—TZP陶瓷材料中裂纹扩展过程,发现其与一些金属中裂纹扩展过程较相似,先在主裂纹前端形核微裂纹、微裂纹长大、然后主裂纹与微裂纹连接向前扩展。在裂尖应力场的作用下,裂尖附近有部分四方相发生马氏体相变,增加了材料的断裂韧性。同时还观察到裂纹弯曲和转向。实验还发现在该材料中主裂纹尖端并不尖锐,而为钝裂纹。     

滑动接触效应对裂纹尖端J积分值影响分析

采用断裂力学和有限元法对无润滑摩擦条件下滑动接触效应对摩擦表面裂纹尖端J积分值的影响进行研究,分别得到了不同摩擦因数、接触压力、裂纹长度和裂纹形态下裂纹尖端J积分值的变化规律.结果表明:摩擦效应对裂纹尖端J积分值的影响因裂纹形态不同而变化;对于竖直型裂纹,摩擦效应的增加加剧了裂纹尖端J积分值的变化;对于斜裂纹,在滑动至裂纹附近时,摩擦效应的增加减弱了裂纹尖端J积分值的变化.裂纹尖端J积分值波动幅度随着接触压力的增大而增大.相同接触压力和摩擦效应下,裂纹与滑动速度方向的夹角越小,裂纹尖端J积分值变化越显著.裂纹尖端J积分值随着裂纹深度的增加先增大后减小.