电子散斑和全息光弹混合方法测量透明材料的应力强度因子

全息光弹性中等和线是获得断裂力学中应力强度因子的一种有效方法,但用传统的全息光弹性方法获取等和线需暗室,要经过显影定影及再现,而且不能直接数字化使其应用受到限制,提出一种将全息光弹性与相移电子散斑干涉有机结合的方法,不但克服传统全息光弹性的不足,而且使全息光弹性实现了数字化,中将这一方法成功应用于有预制裂纹的三点弯曲试件上,定量求得其应力强度因子K1,实验值和理论值具有相一致的结果。     

斜裂纹分支应力强度因子K_Ⅰ、K_Ⅱ的光弹法测定

一、前言在工程问题中,构件和缺陷(或裂纹)的几何形状,往往都是比较复杂的,要确定复杂形状构件中裂纹尖端的应力强度因子,在理论上有时是很困难的,甚至不大可能,这就不得不求助于一些近似的方法,如有限单元法和光弹性法。用光弹法测定裂纹尖端的应力强度因子k_1,从许多具有理论解的简单试样的试验结果看来,已经验证了光弹法的可靠性,並可达到工程上所要求的精度范围(10％以内)。从目前我们所接触到的国内外资料来看,对应力强度因子k_1的研究方面是比较成熟的,     

旋转园盘混合型裂纹的光弹性研究

用光弹冻结应力法及解析法对具有斜裂纹的旋转园盘混合型应力强度因子进行了研究。当使用光弹条纹计算SIF时,文中给出最佳测取数据区域,可以提高确定应力强度因子的精度。结果表明解析法计算值与光弹性实验值是很接近的。     

光弹性求解混合型应力强度因子的研究

本文研究了用光弹性法测定应力强度因子(简称SIF)的实验技术,给出了在试件上制作裂纹的工艺,以偏置直裂纹三点弯曲试件为例,介绍了普通光弹、全息光弹以及三维光弹性测定SIF的过程和方法,研究了其中的一些问题。然后,对断裂力学测定SIF的光弹实验中的误差来源及规律进行了分析,得到了一些对于改进实验技术和计算方法都很有用的结果。     

用光弹性法测定应力强度因子K_I

断裂力学作为研究裂纹体扩展规律的一门学科,在近年来获得了迅速发展,其中裂纹体的应力强度因子的计算乃是重要的课题之一。这一问题,通常用解析法、试验法和数值法进行求解,本文,利用了光弹性法对紧凑拉伸试样的应力强度因子进行了测试。本文探讨了试样尺寸、试样尺寸比例和切口根部曲率半径对K_I的影响。     

含轴对称抛物线曲裂纹平面弹性问题的解析解

研究含轴对称抛物线曲裂纹平面弹性问题.采用了传统的复变函数保角映射法,给出了一个新的保角变换公式,从而将抛物线曲裂纹外的区域映射到一个复平面的单位圆内.得到了含轴对称抛物线曲裂纹平面弹性问题的曲裂纹尖端Ⅰ型应力强度因子的解析表达式.本解在特殊极限条件下可解析地退化到穿透型直线裂纹的经典解.参数分析表明轴对称抛物线曲裂纹尖端的应力强度因子与抛物线曲裂纹的尺寸和形状有关.     

二维裂纹传播的动光弹性分析

本文用动光弹性法分析探讨二维裂纹传播动态特性,用多火花高速照相机记录双悬臂梁试件中裂纹传播的光弹性等差线条纹图,在几个包含从起裂到止裂的试验中取得这些条纹图的试验数据,给出时间对裂纹长度t-a和裂纹长度对动态应力强度因子a-K_Id两组曲线。讨论了运动方程和它的解。给出裂纹传播的裂尖附近的动态应力场和提供一个光弹性估计动态应力强度因子的实用分析程序。从本文解出发,将数值分析等差线条纹图和试验的等差线条纹图对照,可见两者能很好的符合。     

应力强度因子KⅡ的光弹性测定

作者采用了四点剪切加载方案,作了纯Ⅱ型裂纹K_I的测定.实验表明:光弹性法既能应用于测试Ⅰ型及混合型裂纹的应力强度因子,且能应用于纯Ⅱ型裂纹应力强度因子的测试,本文对Ⅱ型裂纹的断裂研究有一实的参考价值.     

粘结平面对称分叉裂纹的奇异积分方程数值解

本文对一个含分叉裂纹的弹性半平面与另一不同材料的半平面粘结的问题用复势方法化为一组三个复Caucby型奇异积分方程。采用修正的Gauss-Legendre和修正的Lobatto-Legendre数值求积法则化成一代数方程组,裂纹尖端的应力强度因子值可从代数方程组的解求得。本文计算得到了弹性半平面、刚体与弹性半平面相粘结、两种不同材料的弹性半平面相粘结的三种问题的几种几何形状的对称分叉裂纹的应力强度因子。本文的结果扩充了“应力强度因子手册”的内容。     

混合型应力强度因子的光弹性多参数测定

提高裂纹尖端应力强度因子值的计算精度,对于准确分析受力结构的起裂条件和破坏模式具有重要意义.本文采用3D打印技术获得了不含残余应力的平板模型,高精度打印预置裂纹避免了传统加工过程产生残余应力的缺点;综合考虑奇异场和非奇异场对裂纹尖端区域应力场的影响,引入远场边界控制的三个常数项应力,提出了光弹性多参数法;采用三点弯曲试验,运用最小二乘法计算了不同载荷下纯 Ⅰ 型和 Ⅰ-Ⅱ 混合型应力强度因子值,并与理论解对比分析.结果表明:对于纯Ⅰ 型应力强度因子,计算结果的平均误差为6.1%,对于 Ⅰ-Ⅱ 混合型应力强度因子,计算结果的平均误差分别为6.4%和5.5%,多参数法与理论解相比较小的计算误差验证了该方法的可靠性和准确性,可为精确计算应力强度因子的光弹性实验研究提供借鉴.     

压力容器接管区应力强度因子的数值分析

该文针对压力容器接管区高峰应变的特征,在不同孔径异形模拟试板应力应变场的光弹性分析基础上,应用奇异等参元,分析了裂纹尖端处应力强度因子,数值结果表明,与双参数法获得的应力强度因子较为吻合,为压力容器接管部位的设计和裂纹疲劳扩展分析提供了可靠依据。     

基于SBFEM的多裂纹问题断裂分析

多裂纹问题中的应力强度因子是断裂力学中需要计算的重要参数.在子结构法思想的基础上利用比例边界有限元法计算了弹性多裂纹问题的I型裂纹应力强度因子.对于多裂纹的弹性问题根据裂纹的数目确定相似中心的数目,在每一个子块内保持比例边界有限元法的特点.利用该数值技巧可以求解任意多裂纹问题的应力强度因子,数值算例表明该方法是有效且精确的.最后给出了正交各向异性材料双边非对称裂纹问题的计算结果,进而推广了比例边界有限元法的应用范围.     

确定应力强度因子的实验—计算混合法

提出一个新的、由光弹性与权函数两种方法相结合确定应力强度因子的混合法，用此方法求解了单圆孔有限宽板孔边单侧有一水平裂纹、双圆孔无限宽板中心有一水平裂纹受均匀拉伸和具有单边垂直裂纹的半圆形板受三点弯曲时的应力强度因子，并与文献作了比较，两者符合良好，为断裂力学的研究和工程应用提供了一个经济有效的方法。     

单参数面积法—对应力强度因子的光弹性测试探讨

本文提出光弹性测定应力强度因子的单参数面积法,其特点是测取裂纹尖端等色线所包围的面积,并以此为参数来确定应力强度因子。用本公式计算KⅠ,数据比较稳定,最大偏差在6％以内。用同样的原理也可以测混合型应力强度因子(KI-KⅡ)。     

确定应力强度因子的实验－计算混合法

提出一个新的、由光弹性与权函数两种方法相结合确定应力强度因子的混合法．用此方法求解了单圆孔有限宽板孔边单侧有一水平裂纹、双圆孔无限宽板中心有一水平裂纹受均匀拉伸和具有单边垂直裂纹的半圆形板受三点弯曲时的应力强度因子，并与文献作了比较，两者符合良好，为断裂力学的研究和工程应用提供了一个经济有效的方法．     

摩擦系数对齿轮裂纹应力场强的影响

基于弹性理论,借助通用有限元软件ANSYS模拟齿轮啮合过程的摩擦现象.对裂尖进行奇异化处理,分析摩擦系数及裂纹形状对裂纹尖端等效应力、裂纹尖端位移和应力强度因子的影响,修正齿轮应力强度因子公式.研究结果表明:同一裂纹结构随着摩擦系数的增加裂纹尖端的等效应力、位移和应力强度因子也相应增加.随裂纹形状a/c变化,当a/B＜0.05(定义B为齿轮危险截面的厚度)时前自由面影响起主要作用,当a/B＞0.05时后自由面影响起主要作用,均随着比值的增大应力强度因子先增大后减小.     

若干含幂函数类对称曲线裂纹平面弹性问题的解析解

研究含幂函数类对称曲线裂纹平面弹性问题，与解决孔口问题类似．采用传统的复变函数保角映射法，给出适当的保角变换公式，将裂纹外的区域映射到一个复平面的单位圆内，得到了含幂函数类对称曲线裂纹尖端Ⅰ-Ⅱ型应力强度因子的解析表达式．该解在特殊极限条件下可解析地退化到穿透型直线裂纹的经典解，参数分析表明，幂函数类对称曲线裂纹尖端的应力强度因子与裂纹的尺寸和形状有关。     

就光弹法测定应力强度因子K_Ⅰ、K_Ⅱ的有关问题与李建昌同志商榷

自70年以来,李建昌同志陆续在广西大学学报上发表三篇有关光弹法测定应力强度因子的论文。它们分别是《用光弹法测定应力强度因子K_Ⅰ兼论单级条纹法和双级条纹法的可靠性》,《斜裂纹分支应力强度因子K_ⅠK_Ⅱ的光弹法测定》,《斜裂纹分支应力强度因子K_Ⅰ、K_Ⅱ的光弹法测定(之二)》。以下分别简称为《论文一》、《论文二》、《论文     

含Ⅰ型边缘裂纹离心叶轮的应力强度因子预测方法

离心叶轮叶片在高速旋转时容易因裂纹扩展出现断裂破坏。由于叶片几何形状和载荷均很复杂,采用公式法计算I型裂纹的应力强度因子不可避免地存在着误差。扩展有限元法分析应力强度因子虽精度较好,但一般要花费大量的计算时间且有时收敛困难。首先基于ABAQUS软件扩展有限元法模块,仿真分析了不同的裂纹起始位置和裂纹长度下的叶片裂纹尖端应力强度因子,得到其与裂纹长度和起始位置的关系。接下来,基于断裂力学理论知识,检验了公式法估算应力强度因子的准确度。最后,以扩展有限元法的仿真结果为训练数据,以叶片裂纹位置和裂纹长度为输入参数,建立了裂纹尖端应力强度因子的多层反向传播人工神经网络(back propagation artificial neural network, BP-ANN)。算例表明,BP-ANN的预测精度优于公式法,并可有效减少扩展有限元法的仿真次数,推进断裂力学在离心叶轮可靠性设计中的应用。     

管道表面蚀坑-裂纹的应力强度因子分析

针对在役的海底管道遭受腐蚀疲劳损伤时其管道表面出现点蚀坑问题,应力强度因子成为衡量蚀坑向裂纹转变的临界条件之一.断裂力学的腐蚀疲劳寿命分析的基础是腐蚀疲劳裂纹扩展,裂纹的不稳定扩展又由应力强度因子来判别.因此,在腐蚀疲劳破坏中,将点蚀坑和应力强度因子结合起来研究变得尤为重要.基于应力集中是导致裂纹萌生的主导因素,建立了双参数蚀坑模型,合理地解释了腐蚀疲劳裂纹在蚀坑处萌生位置差异的现象.在管道内流体压力的作用下,管道外表面轴向I型裂纹在环向应力的作用下成为最为危险的一种裂纹型式.基于线弹性断裂力学,利用ABAQUS软件,在管道内压作用下,采用二维模型,对管道表面的轴向I型蚀坑+裂纹的应力强度因子展开了分析.结果显示,蚀坑对裂纹应力强度因子的取值产生明显影响,可显著降低裂纹扩展的门槛值.进一步采用三维模型,利用扩展有限元法,对影响轴向I型蚀坑-裂纹应力强度因子的蚀坑参数开展了敏感性分析.结果显示,蚀坑参数的不同,对蚀坑-裂纹应力强度因子、裂纹形状因子的影响趋势各异.随着蚀坑参数深径比?、深度d的增大,蚀坑-裂纹应力强度因子的取值也逐渐变大;蚀坑参数深径比?、深度d对形状因子F取值的影响存在一定的区间效应.