恒幅循环荷载作用下FRP加固桥梁疲劳寿命预测

在线性渐进叠加假定的基础上,理论推导了三点弯曲荷载下FRP加固桥梁应力强度因子的计算公式,并结合FRP加固桥梁疲劳裂纹扩展试验,分析了FRP加固梁裂纹的扩展行为,验证了裂缝口张开位移CMOD的经验公式可用于计算标准三点弯曲梁的裂缝口张开位移,进而计算断裂模型中梁的临界有效裂缝长度.利用线弹性断裂力学中应力强度因子对疲劳裂纹扩展进行定量描述,进而对FRP加固桥梁的疲劳寿命进行预估算研究.     

黏聚裂纹阻抗的弯曲梁承载力

在混凝土类软化材料断裂研究中,裂纹端部损伤区被简化为具有黏聚应力分布的非线性裂纹,该黏 聚力对裂纹扩展有阻抗作用。裂纹体的应力强度因子是断裂力学标志载荷作用与几何构型因素的量化表达指标; 黏聚力形成的阻抗强度因子数值,与黏聚裂纹长度和材料极值拉伸应力存在数量关系。通过双K断裂判据,以 带切口的三点弯曲梁为断裂力学模型,分析了裂纹黏聚阻力对断裂过程的影响规律,计算该弯曲梁结构断裂试 样的最大承担载荷;其结果比较符合实验数据。     

基于X-SBFEM的非线性断裂数值模型研究

从非线性断裂力学模型的角度,开展准脆性材料(混凝土)裂纹过程区的有效模拟,是当前的研究热点之一.扩展比例边界有限元法(X-SBFEM)兼有扩展有限元法(XFEM)和比例边界有限元法(SBFEM)两种方法的优势,利用SBFEM求解裂尖段应力奇异性问题,利用XFEM模拟非裂尖段位移场不连续.为在X-SBFEM中增加非线性断裂模型,提出采用sideface力的形式,基于黏聚力模型,通过线性叠加迭代法来模拟准脆性材料(混凝土)裂纹过程区.最后,以数值算例——单边缺口的三点弯曲梁和四点剪切梁——模拟裂纹过程区能量耗散影响,验证了所提方法的精度与应用效果.     

混凝土断裂特性的实验研究

由楔入劈拉和三点弯曲梁断裂实验模型,测定了带预制裂缝混凝土试件的变形随加载而变化的规律,得到了反映混凝土断裂特性的数据曲线. 采用电测法对楔入劈拉试件的断裂过程进行了测定;用电子散斑干涉法（electric speckle pattern interferometry）测定了三点弯曲梁的裂纹端部的面内位移,为深入研究混凝土断裂特性提供了有效的实验分析方法.     

碾压混凝土拱坝诱导缝等效强度双参数断裂模型

对两种尺寸碾压混凝土三点弯曲梁进行了断裂试验,获得了荷载和裂缝口张开位移P-M全曲线及荷载和加载点位移P-δ全曲线,分析了碾压混凝土的断裂参数、临界有效裂缝长度和临界裂缝尖端张开位移等一系列空白参数.运用双K和双G断裂理论,分别建立了碾压混凝土拱坝诱导缝等效强度的非线性断裂模型和断裂能量分析模型,从非线性应力场和能量释放率角度明确了诱导缝的起裂、稳定扩展和失稳扩展的计算方法,对两种模型计算结果进行了相互比较,并用有限元和沙牌拱坝的工程实际观测值验证了模型的可靠性.给出了拱坝诱导缝的最佳布置间距、设置位置等.实践证明,该模型可提高碾压混凝土拱坝诱导缝的设计水平,且具有工程实用价值.     

DSCM测量铸铁裂纹尖端演化过程

基于梯度的搜索算法计算亚像素位移、基于位移场局部最小二乘拟合计算应变场.测量了铸铁预制裂纹三点弯曲梁裂纹尖端的演化过程,给出了试件加载过程中的全程荷载-位移曲线以及试件裂纹扩展的过程.由DSCM分析结果,给出了试件在不同加载阶段下裂纹尖端的位移场及应变场.     

基于PFC2D隧洞注浆混凝土三点弯曲梁破坏模拟

为研究输水隧洞回填灌浆层混凝土在上部围岩压力的作用下的破坏模式,建立PFC2D隧洞模型分析沉降,利用PFC2D颗粒流程序及该程序自带平行粘结模型,将回填灌浆层混凝土简化为一个三点弯曲梁模型,通过改变给上部圆形加载墙施加不同加载速度和赋予颗粒的平行粘结模量这两个关键因素,研究模型应力,力链,胶结破坏能,以及从微观角度研究加载时颗粒内部位移变化。结果表明:隧洞上部围岩沉降约3.6cm,试件受压使裂纹发展,导致试件内部应力状态发生改变,不同加载速度下产生拉伸裂纹和剪切裂纹,两种类型的裂纹产生时间和数量有较大差别,同时内部力链在裂纹初现时出现集中现象,强、弱力链所代表的接触力减小。裂纹处胶结状态破坏,在不同加载速度和平行粘结模量下胶结破坏能大小各不相同。     

弹塑性材料中裂纹的仿真研究

针对含裂纹的弹塑性材料结构,根据弹塑性断裂理论分析了裂纹增长的条件.建立了基于裂纹尖端存在塑性区的计算模型,得到了描述含裂纹弹塑性材料在外荷载作用下的塑性区尺寸及塑性区前端裂纹张开位移的解析解.按照所建立的计算模型对不同的裂纹长度、不同的外荷载对塑性区尺寸及张开位移的影响进行探讨.并给出了材料在外荷载作用下破坏的临界应力强度因子曲线.     

三点弯曲试样弹塑性有限元分析

采用K.J.Bathe《自动动态增量非线性分析有限元程序》(ADINA)对三弯曲试样进行弹塑性有限元计算,分析了裂纹尖端附近应力应变场的特征,着重分析了转动因子γ与裂纹尖端张开位移δ、无量纲载荷P/P_1、无量纲裂纹嘴张开位移V/V_I以及裂纹嘴张开位移V与加载点位移(?)之间的关系,并提出了在COD试验中采用非常值转动因子γ的建议。     

考虑软化效应的黏聚裂纹张开位移分析

为研究岩石混凝土陶瓷类准脆性材料的张开型裂纹扩展过程, Hillerborg等人引入了应变软化概念, 把断裂过程区抽象为具有黏聚力分布的裂纹. 用多项式或幂级数表达黏聚裂纹张开位移分布, 通过弹性理论与积分方程解答建立裂纹黏聚力与张开位移分布之间的关系, 由变分计算确定了有关物理量. 算例数值结果与实验测定值比较符合.     

激光散斑法对冻土微裂纹形貌和发展过程的研究

将激光散斑法用于冻土材料,得出了裂纹尖端存在一个微裂纹损伤区（或称为断裂过程区）的结论．通过对裂纹尖端一系列散斑图的逐点分析,绘出了微裂纹区随载荷增加而发展的形貌及其全过程,测定了裂纹嘴张开位移的临界值δＣ,从而为冻土材料的宏微观力学行为研究及弹塑性断裂韧度测试分析提供了有效的途径．     

钢结构构件抗断裂分析理论与实用方法研究

结构钢材的韧性随温度降低而下降,其破坏形态也由塑性屈服向脆性断裂转变,构件的承载力也由强度控制变为材料的韧性控制.本文以裂纹尖端张开位移(CTOD)为指标试验研究了钢结构低温断裂行为,并提出了基于CTOD指标的钢结构防脆断设计方法.研究表明,该方法以考虑裂纹扩展而提高部分的最大承载能力作为构件的承载力,引入了温度和厚度对钢材断裂韧性的影响,通过裂纹扩展量的参数使设计方法与试验结果相吻合.     

基体裂纹的垂直强化筋力学分析

基于钢筋混凝土结构的破坏原理，钢筋的作有力远大于混凝土裂纹端部的粘聚力作用，提出基体裂纹处存在与其相垂直的强化筋力学分析模型，采用断裂力学的分析方法，按筋相对于裂纹类端距离的远近分两种情况研究：一种情况是当筋位于裂纹端部时，进行筋与基体裂纹附近介质之间的作用力分析；第二种情况是当非线性材料筋距离裂纹尖点比较远时，考虑筋桥接裂纹处与基体间存在脱粘段的存在，分析其筋的受力和变形等各量与载荷以及脱粘筋段长度之间的量化关系。     

Effects of precipitates and inclusions on the fracture toughness of hot rolling X70 pipeline steel plates

In order to investigate the fracture toughness, crack tip opening displacement (CTOD) experiments were conducted on two X70 pipeline steel plates with different rolling processes. After the experiments, optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) were employed to observe the microstructure and fracture morphology. The effects of precipitates on the fracture toughness and the crack initiation mechanism induced by inclusions were analyzed. The CTOD result shows that the steel with a lower finishing cooling temperature has a higher fracture toughness. Inclusions with different shapes and two kinds of precipitates with different sizes were observed. It can be concluded that precipitates with different sizes have different effects and mechanisms on the fracture toughness. Distinguished from the earlier researches, inclusions enriched in silicon can be also served as the crack initiation.     

平流层飞艇蒙皮材料I型裂纹研究

 飞艇在平流层环境中受高低温交变、臭氧、紫外辐射等恶劣工况的影响。为研究平流层飞艇蒙皮材料I 型裂纹特性,在单轴向拉伸载荷下,分析了含有初始裂纹的蒙皮材料撕裂裂纹尖端区域变形场的测试方法和裂纹扩展特征。通过初始长度均为20 mm 的单边切口人工模拟预制裂纹试样,采用数字散斑相关方法试验,分别获得I 型裂纹尖端和垂直裂纹尖端的位移场和应变场分布,结合散斑变形图进行相关计算,发现撕裂裂纹扩展过程为近似的脆性断裂特征,垂直于撕裂裂纹扩展方向的材料试样裂纹尖端变形场呈现为离散阶跃变化特征。研究结果表明：该方法可以测量平流层飞艇蒙皮用的柔性层压织物的I 型裂纹尖端变形场,揭示裂纹尖端初始裂纹的扩展规律和演化特征,获得的大范围屈服裂尖长度的裂纹尖端的变形值曲线,可为平流层飞艇蒙皮材料的撕裂损伤变化分析和裂纹尖端变形场测试提供有效的方法。     

水-动力耦合作用下红砂岩动态强度及破坏机理

为探究水化学损伤下红砂岩的动态强度和破坏机理,通过自然、干燥和饱水红砂岩试样的静态单轴压缩和动态单轴冲击试验,结合岩石碎块的电镜扫描(SEM)图像,分析了不同含水状态和应变率荷载等级下岩石的强度特性,并基于损伤断裂理论分析了含水岩石微裂纹起裂和扩展机理.试验结果表明:红砂岩试样动态抗压强度随含水率的增加而降低,随应变率的增加而增大,饱水试样具有显著的应变率效应;冲击荷载下,饱水试样应力-应变曲线具有显著的体积压缩现象,峰值应变最大,塑性变形明显,而干燥试样弹性变形最大,峰前塑性变形最小;受孔隙水影响,饱水试样颗粒结构疏松多孔,胶结物质被溶蚀而使胶结作用弱化.根据最大周向正应力理论,对含水岩石的微裂纹起裂条件和扩展方向进行了讨论,并对裂尖的动态应力强度因子进行了修正.     

单轴压缩下预制2条贯通裂隙类岩材料断裂行为

在伺服控制单轴加载试验机上,对采用养护前期拔出预埋插片方式制作的含2条贯通裂隙类岩石试件进行压缩试验;基于滑动裂纹模型理论,并结合试件破坏全应力-应变曲线和贯通破坏面颗粒体破坏形态分析裂隙试件断裂破坏机理。滑动裂纹模型表明:驱动裂纹相对错动的有效剪力是裂隙倾角α和裂隙面摩擦因数f的函数。试验中发现:裂隙试件发生破坏时,依据裂隙倾角和岩桥倾角的不同,将会出现单裂隙微裂纹贯通破坏、预制裂隙贯通破坏和无微裂纹发育的脆性破坏;根据裂隙试件岩桥区受力特征的不同,预制裂隙发生贯通破坏时,将呈现拉伸破坏、剪切破坏和拉剪复合破坏3种模式,岩桥区贯通面上颗粒体破坏形态随之依次呈现无摩擦、完全摩擦和部分摩擦痕迹。     

用激光散斑计量术研究聚乙烯的破坏行为

首次将激光散斑计量术应用到具有大变形,粘弹性的高分子材料——聚乙烯的力学破坏行为研究中。对单边开裂纹的试件,用散斑计量术精确地测量裂纹尖端感兴趣点的位移,方便地得出裂纹张开位移随载荷变化曲线,并对裂纹尖端的位移场作了全场分析。为高分子材料的宏观破坏研究提供了一个新的有效手段。     

低温冻结状态下岩石的变形特性及力学行为研究

为研究冻土地区不同含水状态下冻结岩石的力学行为,对凝灰岩和玄武岩冻土试件进行了常温20℃和低温-20℃下的单轴压缩试验和巴西劈裂试验.通过观察其变形行为和声发射活动,研究了其断裂破坏过程以及饱水率对材料强度和变形性能的影响.结果表明,冻结岩石的破裂过程分为以下几个阶段:Ⅰ阶段为裂纹气孔闭合;Ⅱ阶段为弹性变形;Ⅲ阶段为裂...