多轴变幅非比例加载方式对缺口尖端应力应变场的影响

对带有U形缺口的圆柱形试件,利用有限元分析软件计算各种多轴循环加载情况下缺口根部的局部应力应变场,给出并讨论缺口根部的局部应力应变响应及其数值结果.计算结果表明:对恒幅拉伸与变幅扭转复合加载,恒幅拉伸载荷分量在一般性的缺口尖端应力应变场分析中可以忽略;非比例加载相位差的存在对滞回线的偏移有一定影响;对变幅拉伸与变幅扭转载荷复合加载,两种载荷分量都影响滞回线的形状,影响程度取决于其在双轴加载中的相对应力幅值大小.     

纯铜圆棒缺口试件拉压循环下的疲劳寿命分析*

对纯铜光滑试件和缺口试件的疲劳寿命规律差异进行探讨。通过光滑试件和缺口试件的循环疲劳试验和缺口试件的局部循环弹塑性应力应变响应分析,结合数值模拟与实验,比较了现有寿命预测方法对缺口试件寿命预测结果的差异。研究结果表明:传统的等应变幅等寿命的概念对于缺口试件的疲劳评估是不合理的;局部应力应变法用于大缺口试件的寿命预测结果可得到基本合理的结果;但对小缺口试件估测寿命结果不合理;应力梯度法对缺口试件寿命估测结果较局部应力应变法合理,因此可认为应力梯度是影响光滑和缺口试件疲劳寿命差异的重要因素。     

带缺陷金属薄板的拉伸强度

对金属薄板含缺口和无缺口的试样进行了拉伸实验,由实验数据分别计算了薄板有效截面的均匀化应力,薄板缺口处裂纹端部的应力强度因子,并用有限元法对薄板的韧带上应力分布进行了数值模拟,分析了缺口对薄板应力集中的影响.     

拟塑性流体三维流动的高精度有限体积算法

以拟塑性流体为研究对象,针对剪切应力与剪切速率的非线性关系给数值计算带来的困难,提出了一种适用于拟塑性流体三维流动的高精度有限体积算法。采用幂律模型作为拟塑性流体的本构方程,通过给定非均匀的初始速度场和限定表观黏度数值变化的范围,消除了应力计算时可能出现的"零障碍"和"无穷大障碍"奇点问题。计算了长直方管和大曲率弯管中拟塑性流体的层流流动,验证该计算方法在幂律流体三维流动数值模拟中的可靠性。长直方管计算结果中给出了不同流动指数的摩擦因子系数和广义雷诺数之间的关系,与前人的实验数据和数值研究结果均吻合良好。     

橡胶楔体与刚性缺口的大变形分析

利用一种新的橡胶材料应变能函数,对橡胶楔体与刚性缺口接触大变形问题进行了分析.得到了楔体尖端场的渐近方程,对渐近方程进行了数值分析,得到了尖角附近应力及变形分布.     

U71Mn轨钢低周疲劳寿命的研究

通过对U71 Mn轨钢材料低周疲劳的试验,建立了Manson-Coffin关系式,从而为估算U71 Mn轨铜的低周疲劳寿命提供了依据,并根据尖锐缺口裂纹萌生的常规试验,提出了反映尖锐缺口曲率影响的弹塑性疲劳缺口系数K_f~p,据此建立了K_f~p与缺口裂纹萌生寿命N_i的关系.用这种方法同样可以预测材料的低周疲劳寿命.计算表明,两种方法的计算误差在10％以内.     

恒排量往复泵凸轮副接触应力数值仿真

为了提高恒排量往复泵凸轮副的使用可靠性 ,以现场试验为基础 ,用ANSYS有限元系统对凸轮副的接触应力进行了数值仿真计算。数值仿真结果表明 ,凸轮曲线曲率的突变可造成接触压应力增大 ,使凸轮整体寿命降低4 2 %以上 ;凸轮副的摩擦使接触面产生大切向拉应力和剪应力 ,促使表层和亚表层同时产生初始裂纹。文中还对凸轮副提出了改进措施。     

不同缺口尺寸试样在不同加载速率下缺口前的应力应变分布

用动态有限元法计算了两种不同缺口尺寸的16MnR钢试样(3V,3I),在-110℃和v=1～500mm/min时的不同加载速率下三点弯曲(3PB)时的试样缺口根部应力、应变及应变率的分布.研究结果表明,3PB加载时加载速率对缺口前应力、应变和应变率影响的总体规律与四点弯曲(4PB)加载时相同;3PB加载下直缺口试样(3I)的整体屈服载荷及缺口前的应力、应变和应变率值比V缺口试样(3V)大;3I与3V缺口前的峰值正应力σyymax之差随加载速率v和外加载荷P/Pgy的增加而增大,表明尖锐缺口试样(3I)的应力提高对加载速率和外加载荷更敏感.     

采用Paris公式描述缺口表面裂纹扩展速率的条件

通过两种材料的缺口表面裂纹扩展规律的实验研究和非线性有限元的数值计算,指出只有当缺口裂纹冲出缺口的非线性应力场,由线弹性断裂力学所确定的应力强度因子成为裂纹扩展的驱动力时,Paris 公式方可用于表征缺口表面裂纹扩展速率.为工程应用需要,提出当 n′>0.2和表面裂纹长度2c>1mm 时,Paris 公式可以应用于描述缺口表面裂纹的扩展速率.     

缺口疲劳极限预测的半椭圆面积法

以受均匀拉应力作用下带贯通裂纹的无限大板裂纹尖端附近的应力场分析为基础，首次提出了一种预测缺口疲劳极限的半椭圆面积法，并通过大量的数值计算分析确定了半椭圆区域的大小,将这种方法分别应用于带不同直径圆孔的无限大板的疲劳极限预测，并与临界距离的点法、线法和面法及Peterson公式计算结果进行了比较，验证了该方法的有效性．     

7050铝合金材料R曲线的三维效应与试验研究

裂纹扩展阻力曲线(R曲线)反映了疲劳裂纹扩展断裂的真实物理过程,但是现阶段测量材料R曲线的方法在计算试样阻抗应力强度因子时,未考虑厚度的影响,并且在计算裂纹扩展阻力R时,仅考虑了平面应力状态与平面应变状态两种极端情况,忽略了更为普遍的过渡状态。首先对中心孔裂纹板进行了三维弹塑性有限元分析,通过计算其三维应力强度因子表示式,建立了裂纹扩展阻力与试样厚度的关系模型。其次,依据三维状态下能量释放率与应力强度因子的关系式,结合裂纹扩展阻力与试样厚度的关系式,建立了不同厚度试样三维裂纹扩展阻力R值的计算模型。最后,基于该模型,通过试验测定了不同厚度7050铝合金板的R曲线,得到了R曲线与试样厚度的函数关系式。     

Finite Eement Facture Aalysis of the Main Arm of Tower Cranes with the 3-D Cracks

In this paper the local solutions of displacement fields in front of three-dimensional cracks are introduced and a new singular element of three-dimensional crack problems is constructed, and a new method for calculating stress intensity factors of three-dimensional crack problems is presented. With the present method, the structural strength of with longitudinal closed cracks under axial tensions is analyzed. It is possible for the crack to propagate because there are ring tensile stresses near joints of the main arm in tower cranes under axial press stresses. The stress and the stress intensity factor are calculated at joints on the main arm of tower cranes. Influences of welding residual stress on stress intensity factors and stresses are discussed.     

压电材料平面裂纹问题的强度因子和能量释放率

在压电材料平面问题复变函数形式的通解的基础上，推导了裂纹问题的应力强度因子和电位移强度因子（统称为强度因子）的一般表达式。提出了用裂纹面上的位移和电势来推算强度因子的方法，并用有限元实施计算。以无限大压电介质中的Ⅰ型（即张开型）裂纹问题为例，将有限元计算结果与解析解做了比较。进一步又计算了含有边界裂纹的紧凑拉伸试件以及三点弯曲试件的强度因子、能量释放率和断裂荷载，与已有的试验结果作了比较，并对以机械能释放率为判据的断裂准则进行了讨论。     

金属薄膜裂纹扩展的分子动力学研究

研究了冲击载荷作用下金属薄膜表面裂纹扩展的微观机制,采用分子动力学方法对Cu薄膜进行模拟计算,求得冲击载荷作用下带有表面裂纹模型的系统动能、应力、应变及微观结构变化图.当系统从压应力转变为拉应力状态时,裂纹上的原子获得较大动能,裂纹尖端原子开始发生溅射,继而晶格内部出现空位.当拉应力达到364385MPa时,空位扩大形成裂尖钝劈现象,裂纹发生扩展.结果表明:在高速冲击载荷作用下,金属薄膜裂纹扩展主要原因是系统能量和应力的变化使得微裂纹尖端出现钝劈损伤.     

位移不连续边界元法解多裂纹体的裂缝扩展

研究了用位移不连续间接边界无法解多裂纹体的裂纹扩展。由迭加原理，可分离出任一单个裂纹面在无限大板中的虚拟应力，从而求出有限或无限域中各条裂纹的应力强度因子值。文中提出一种与裂纹扩展相对应的方程组解法，当裂纹逐步扩展时，该解法不需重新形成和分解整个控制方程组，方程组的全部计算量大致等于一次方程组的求解及ｎ次回代（ｎ为裂纹扩展步数），因而大大减少了计算时间。多裂纹体的裂缝扩展研究为重力式碾压混凝土坝仿真破坏过程研究提供了条件。     

带饨裂纹圆柱壳裂顶附近的应力场

本文在椭圆坐标系下,借助于贝塞尔函数乘积形式的马丢函数,并依据Neober的简化原理^[1],利用微分方程法直接求解薄壳微分方程,得到了带环向钝裂纹受拉圆柱壳(见图A)裂顶附近的带有p钝修正项的弹性应力场方程。     

点群6一维六方准晶中幂函数型曲线裂纹的反平面问题

利用复变函数法,通过引入适当的保角变换,研究了裂纹面受剪切作用下无限大点群6一维六方准晶中幂函数型曲线裂纹的断裂行为,给出了曲线型裂纹在裂纹尖端处应力强度因子公式,得到了裂纹尖端处应力强度因子的解析解.该解析解在幂函数的幂次为零时,可还原为无限大点群6一维六方准晶中Griffith裂纹的结果,证明了其合理性.基于该解析解,得到了一些重要结论.     

弹性力学问题的第二类边界积分方程——边界元法及其二维基本解

本文导出了以单位集中不连续位移（第二类边界）产生的场为基本解的两种边界积 分方程——直接法和间接法边界积分方程，按 Ｈａｄａｍａｒｄ主值存在，进行高阶奇异积 分并给出了二维问题的两个基本解，与通常的第一类直接法和间接法相比，第二类方法 对处理裂纹等不连续结构面较为有利。     

基于图像分析技术的混凝土桥梁结构表面裂缝宽度检测

针对目前检测裂缝宽度时通常采用的接触式人工直接测量方法费时费力、且难以准确测量最大裂缝宽度的问题,基于图像分析技术的应用,提出采用在混凝土表面粘贴纯色标定块来标定、修正原始图像,并对其进行对比增强、平滑等一系列处理后直接在图像上确定裂缝宽度的无接触式测量方法.基于所提方法,分别以正拍和斜拍图像对一开裂混凝土梁的表面裂缝进行了检测,结果表明:基于正拍和斜拍图像确定的裂缝宽度的识别精度分别为93.4%和90.9%,表明该方法能有效检测混凝土结构表面的裂缝宽度.     

等参数平面裂纹问题的二级分形有限元分析

针对正交各向异性板的平面裂纹问题，应用二级分形有限元的办法研究了裂纹尖端应力强度因子的计算方法．与各向同性平面裂纹问题比拟，获得正交各向异性平面裂纹问题的一般解，并将它作为整体插值函数；利用二级分形有限元对平面裂纹板进行离散，使得求解的自由度极大地减少．结果表明，只需有限粗略的网格划分和简单的插值单元就可以有效地获得较精确的裂纹尖端应力强度因子．