焦散线法测量断裂力学参数J积分的实验研究

根据焦散线法的基本原理，推出了该法测量线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学参数Ｊ积分的计算公式，并列举了有机玻璃材料和幂硬化金属材料的Ｊ积分测量和计算实例。研究结果表明，焦散线法适用于处于平面应力状态下裂纹尖端塑性应力强度因子的测量，其实验设备简单，实验数据处理方便，便于工程应用。     

焦散线法测量断裂力学参数J积分的实验研究

根据焦散线法的基本原理，推出了该法测量线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学参数Ｊ积分的计算公式，并列举了有机玻璃材料和幂硬化金属材料的Ｊ积分测量和计算实例。研究结果表明，焦散线法适用于处于平面应力状态下裂纹尖端塑性应力强度因子的测量，其实验设备简单，实验数据处理方便，便于工程应用。     

线弹性动力场中的守恒方程及路径无关积分

运用分析动力学中Ｊａｃｏｂｉ积分和循环积分概念以及Ｅｓｈｅｌｂｙ根据电磁场中能量矩概念而在弹性力学中提出的具有明确物理意义的弹性能量矩概念，推导了线弹性动力场中的各类守恒方程，并运用其得到了线弹性介质中二维裂纹等速自相似扩展中的各类路径无关积分。     

弹塑性材料裂纹扩展的动态J阻力曲线实验

为得到弹塑性材料裂纹扩展的阻力曲线，采用较大外径和较大韧带直径的周边切口在自行研制的间接杆-杆型冲击拉伸试验装置上进行了动态断裂和起裂止裂试验．采用数值分析提出的修正方法得到韧带面上的载荷，结合测得的裂纹嘴张开位移（CMOD），推广Rice远场J积分公式来计算动态J积分；依据柔度变化率法确定起裂点，从而获得动态起裂韧度JID．利用柔度标定法得到裂纹扩展轨迹；提出了周边切口拉伸试件裂纹扩展阻力的动态，JM（t）积分表征的修正形式，从而得到了弹塑性材料裂纹扩展至止裂前的阻力曲线，并对相关问题进行了讨论．试验结果表明：修正的JM（t）可以作为裂纹扩展阻力的表征参量，不仅适用小量稳态扩展过程，裂纹扩展较大时也适用；对弹塑性材料裂纹扩展阻力曲线是惟一的，与裂纹初始长度无关．     

共线双裂纹压电材料无限长条的反平面问题

研究了无限长压电材料条中共线并与材料界面平行的双裂纹受反平面剪切冲击作用的问题．假设裂纹面上的边界条件为电渗透型的，采用积分变换和对偶积分方程方法，获得了裂纹尖端应力场．数值结果显示应力强度因子与裂纹的几何尺寸、压电材料长条宽度及材料性质有关．     

三点弯曲单试样测定高强高韧钢断裂韧度JIC的柔度方法

针对金属材料延性断裂韧度ＪＩＣ测试中存在的测试手续繁杂，消耗材料多等问题，根据试样在加载过程中裂纹扩展，柔度增加的原理，导出新的Ｊ积分与柔度Ｃ的关系，通过加载卸载法计算出柔度Ｃｉ，     

预蠕变损伤对高温疲劳宏观裂纹扩展的影响

针对ＳＵＳ３０４不锈钢光滑试棒预先导入１０７３ Ｋ·ｃｐ－ｔｙｐｅ条件下的预蠕变疲劳损伤，然后开小切口进行时间依存性 ９２３ Ｋ·ｃｐ－ｔｙｐｅ，１０７３ Ｋ·ｃｐ－ｔｙｐｅ及循环数依存性９２３ Ｋ·ｐｐ－ｔｙｐｅ的宏观裂纹扩展试验，考察了试棒内部因预蠕变疲劳而产生的大量的粒界微小裂纹对高温疲劳宏观裂纹扩展的影响．结果如下： １．预损伤加速了９２３ Ｋ·ｃｐ－ｔｙｐｅ下的蠕变裂纹扩展，对于同一蠕变Ｊ积分范围△Ｊｃ，损伤值越大，裂纹扩展速度ｄｌ／ｄＮ也越大．这种加速起因于主裂纹与微小裂纹的合体． ２．１０７３ Ｋ·ｃｐ－ｔｙｐｅ下的预损伤材料和处女材料的ｄｌ／ｄＮ在同一△Ｊｃ。下相等．即，损伤材料的裂纹扩展速度的上限值由１０７３ Ｋ·ｃｐ－ｔｙｐｅ下的处女材料的ｄｌ／ｄＮ－△Ｊｃ关系给出． ３．在９２３ Ｋ·ｐｐ－ｔｙｐｅ条件下，对于同一疲劳Ｊ积分范围△Ｊｆ，预损伤材料的ｄｌ／ｄＮ要比处女材料快１０倍左右．一般ｐｐ－ｔｙｐｅ的破坏形式为粒内破坏．预损伤材料的场合，因为试棒内部分布有大量的微小粒界裂纹，主裂纹便沿这些破坏阻抗最小的微小裂纹边合体边扩展，主要在粒界上扩展．即微小粒界裂纹是裂纹扩展阻抗减小的主因．     

沥青混合料低温性能J－积分的研究

应用弹塑性断裂力学的Ｊ－积分评价沥青混合料的低温断裂性能，并将计算而青材料的Ｊ－积分的表达式分为弹性和塑性两个部分，推导出Ｊ－积分的更为明确的计算式，它清楚地表明了沥青混合料在低温状态下由塑性体向弹性体转化的过程，并把定义沥青混合科的脆化点的方法量化．采用了两种沥青混合料对上述推论进行了试验验证．证明不同性能的沥青混合科其Ｊ－积分值有明显差别．     

基于有限元的弹塑性裂纹数值分析

在线弹性断裂力学和D-M模型的基础上,推导出了受单向拉伸含中心穿透裂纹的理想弹塑性材料J积分的解析式;通过ANSYS对弹塑性J积分进行数值计算,与推导出的解析解比较,表明了用有限元方法计算弹塑性J积分具有相当高的精度;分析了J积分与裂纹初始长度及外荷载的关系;对理想弹塑性材料塑性区大小进行了探讨,结果表明,塑性区尺寸随外荷载增大而增大,并且外荷载接近屈服应力时,裂纹塑性区尺寸趋近于无穷大,进入全面屈服.     

应力强度因子和裂纹扩展判据的典型算法

采用FRANC2D软件对中心裂纹试样、单边裂纹试样和双边裂纹试样进行计算分析,比较研究了位移相关法、虚裂纹闭合法、J-积分法等3种应力强度因子的计算方法和最大周向应力准则、最大应变能释放率准则和最小应变能密度因子准则等3种裂纹扩展判据.结果表明:3种计算方法中,J-积分法和虚裂纹闭合法计算精度优于位移相关法,虚裂纹闭合...     

表面裂纹受拉伸板三维弹塑性有限元分析模型及其J积分

使用Ｑｃ１１和Ｑ６块体单元,对带有表面裂纹的受拉伸板建立了一种三维弹塑性有限元分析模型;将虚裂纹扩展法（ＶＣＥ）用于所分析的表面裂纹。数值结果表明,这一模型对理想弹塑性,线性强化和１６ＭｎＲ材料均适用,且具有计算量小,一致性好的优点。     

含裂纹功能梯度板能量释放率的ABAQUS用户子程序开发

为求解含裂纹功能梯度板的动态能量释放率,提出了基于非均匀有限元法的虚拟裂纹闭合法.基于有限元软件ABAQUS平台,开发了动态载荷作用下功能梯度材质的哑节点断裂单元,编写了用户自定义子程序UMAT和UEL,求解了动态载荷作用下的含裂纹功能梯度板能量释放率分量.对不同形状因子下的中心和倾斜裂纹功能梯度板的动态能量释放率分量进行了求解,并转化为动态应力强度因子,与差分法作比较.数值算例结果表明,动态载荷作用下功能梯度材质的哑节点断裂单元具有精度高、简捷方便、裂尖无需使用奇异元或特殊单元和子程序通用性强等优点,为工程师求解动态断裂参数提供了新途径.     

轴对称匀速转动状态下矩形薄板的动态特性与屈曲分析

应用Hamilton原理建立了轴对称匀速转动状态下对边简支对边自由矩形薄板的非线性动力学方程,采用假设模态法解析分析了板的前3阶近似振动频率、临界分岔值,表明整体运动可使柔性多体系统中的柔性构件产生动力软化效应;进一步采用假设模态法分析了板的后屈曲近似解,分别得到了从稳定平凡解失稳分岔形成的稳定的对称后屈曲解及其二次分岔产生的非对称后屈曲解,以及从不稳定平凡解分岔产生的不稳定的反对称后屈曲解。     

基于积分法的铝合金厚板深度残余应力分析

运用第一类线性积分形式建立剥除层残余应力与试样变形之间的关系;通过变形反求应力,还原厚板内部连续的应力变化,推导应力求解积分形式;进行层削法和裂纹柔度法测试实验,比较这2种方法的测试结果的异同。研究结果表明:运用积分法求解得到的残余应力场能较准确地反映厚板内部应力分布特点;积分中核函数决定力学方法解的特征,采用层削法所得结果反映了厚板剥除层内平均应力,采用裂纹柔度法所得结果则反映裂纹处应力的平均值,这2种方法都能较准确地反映厚板内部应力特征。     

含横向裂纹弹性盘轴系统的振动特性研究

建立了一般情况下含横向裂纹弹性盘轴系统的动力学模型 .利用 Lagrange方程得到了系统的动力学方程 ,采用假设模态法对变量进行离散 ,求出了系统振动频率与轴的转速、裂纹深度及裂纹位置的关系 ,并与有关文献进行了比较     

环氧沥青混凝土裂纹发展的三维可视化离散元模拟

为了在三维尺度下描述环氧沥青混凝土的裂纹发展行为,运用离散元程序PFC3D内置"Fish"语言,重构了环氧沥青混凝土非均质(集料、砂浆和空隙)多层次(矿料级配)结构三维虚拟试件,对虚拟试件微观组成成分之间的接触赋予了相应的微观接触模型,采用离散元方法实施了单边切口小梁虚拟三点弯曲试验,追踪并演示了微观裂纹的衍生发展全过程,并与室内数字摄像法捕捉的试件表面裂纹发展进行对比.研究结果表明:虚拟试验得到的宏观断裂力学响应与室内试验结果的吻合度较好,且虚拟试验结果的稳定性更优;三维离散元方法可以较好地模拟环氧沥青混凝土弯曲断裂过程中裂纹起裂与扩展行为,弥补了二维方法部分缺陷;基于离散元程序的追踪裂纹三维发展的模拟方法,可以作为研究沥青混凝土材料断裂特征的辅助手段.     

组合桥面板U肋对接焊缝疲劳破坏及修复方法试验

为了研究弯折U形肋组合桥面板的疲劳性能以及疲劳开裂后的修补方法,对一个带连续弯折U形肋的组合桥面板试件进行了前后两次疲劳试验研究.首先对初始采用无衬垫对接焊缝的试件进行疲劳加载直到焊缝开裂;然后在开裂处采用带衬垫的对接焊缝加固,再次进行疲劳加载直到破坏.研究了组合桥面板疲劳破坏形态、开裂处疲劳强度评定、疲劳裂缝修复方法及修复后的疲劳性能.试验结果表明:在反复荷载作用下无衬垫单面焊的对接焊缝是正交异性组合桥面板的薄弱处,首先发生疲劳裂纹,采用带衬垫的熔透对接焊缝对开裂处进行修补,能起到较好的补强效果.     

工程结构分析的虚拟结构法

提出的虚拟结构法旨在解决形状不规则结构件的力学分析问题．虚拟一个形状规则的结构体,包容着不规则结构件;将虚拟结构边界上的虚拟力作为待定的未知量,通过控制方程和调整虚拟力的值,利用第一类数学规划加权残值法,使不规则结构的控制方程和边界条件得到满足．工程结构分析的虚拟结构法,实际上是加权残值配点法和线性规划法相结合的方法,是一种半解析方法．该方法应用于两个工程实际问题,计算结果表明,能很好地解决形状不规则结构的力学问题,是工程结构分析的一种有效方法．     

基于断裂力学的数字相关技术残余应力检测方法

提出一种简便的残余应力检测方法,利用数字相关技术检测裂纹扩展过程中试样表面的变形(COD),应用断裂力学理论计算出残余应力分布.通过梁弯曲对试验结果作了验证并与应变测量结果进行了对比,残余应力的检测结果与理论值标准差为1.28MPa.对淬火和焊接残余应力分别作了检测.实际应用表明所提出检测方法具有准确、高效和使用简便的特点.     

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.