交叉裂纹各裂尖应力强度因子同时快速求解的Williams单元

为了研究交叉裂纹各裂尖应力强度因子之间的相互影响,建立了交叉裂纹各裂尖应力强度因子同时快速求解的Williams单元,以十字交叉裂纹为例,分别对正交十字裂纹或斜十字裂纹各裂尖应力强度因子相关参数进行研究,分析了薄板尺寸、裂纹夹角与奇异区尺寸等相关参数对十字交叉裂纹各裂尖应力强度因子的影响,其中K_Ⅰ、K_(Ⅱ)为裂尖Ⅰ、Ⅱ型应力强度因子。算例分析表明,当板宽与裂纹长度满足W/a≥13时,能够忽略板的尺寸对正交十字裂纹裂尖应力强度因子的影响,可视为无限大板;对于斜十字裂纹情况,当水平裂纹长度不变时,随着斜裂纹长度参数d的增大,K_(Ⅰ,A)、K_(Ⅱ,C)和K_(Ⅰ,D)逐渐递减,而K_(Ⅱ,A)、K_(Ⅰ,B)、K_(Ⅱ,B)和K_(Ⅰ,C)逐渐递增,对于K_(Ⅱ,D)则出现先减后增的趋势;当斜裂纹长度参数d=0时,随着裂纹夹角γ的变化,K_(Ⅰ,A)、K_(Ⅰ,B)大小相等,符号相同,K_(II,A)、K_(Ⅱ,B)则大小相等,符号相反,且各裂尖应力强度因子对裂尖奇异区尺寸不敏感。证明了Williams单元能够同时快速求解交叉裂纹各裂尖应力强度因子,且具有较高的计算精度。     

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.     

陶粒砼Ⅰ-Ⅱ复合型断裂判据研究

用混合有限元法,采用四边形等参单元算得三点弯曲梁和四点剪切梁的应力强度因子K_Ⅰ和K_Ⅱ。用对称三点弯曲梁和四点剪切梁试件测得陶粒砼K_(IC)和Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的临界K_Ⅰ、K_Ⅱ值。根据实验结果,建议了陶粒砼Ⅰ-Ⅱ复合型断裂准则和根据K_Ⅰ/K_Ⅱ值计算起裂角θ的公式。最后,与普通砼的结果以及断裂力学中3个复合型断裂准则进行了对比。     

基于权函数法的沥青路面基-面层裂缝的扩展行为

为了研究半刚性基层沥青混凝土路面在行车荷载作用下出现的基层反射裂缝及其扩展规律,基于黏弹性断裂力学理论和权函数法,对反射裂缝的应力强度因子进行了分析,推导了Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹断裂判据理论.采用数值模拟方法分析了结构层厚度及荷载位置对基层反射裂缝的影响,并通过单边切口小梁试验研究了面层裂缝扩展模式.研究结果表明:Ⅰ型(K_Ⅰ)和Ⅱ型(K_Ⅱ)应力强度因子受路面结构层厚度的影响较大,在行车荷载作用下Ⅰ型裂纹扩展模式起主导作用,增加基层厚度对防止反射裂纹的产生有一定的效果;在考虑水平荷载作用时,Ⅰ型和Ⅱ型应力强度因子均随荷载位置的变化而变化,随着荷载与裂纹距离的不断增加,K_Ⅰ逐渐减小,K_Ⅱ逐渐增加,反射裂缝逐渐偏向Ⅱ型裂纹扩展模式;在不考虑水平作用时,基层反射裂纹以Ⅰ-Ⅱ复合型形式出现,并在应力集中下向面层扩展,扩展模式表现为Ⅰ-Ⅱ复合型.     

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     

岩石Ⅰ、Ⅱ复合型断裂判据的研究

本文采用三点弯曲、四点弯曲的断裂试验方法对岩石的断裂韧性以及Ⅰ-Ⅱ复合型断裂判据进行了研究,得出了岩石的Ⅰ-Ⅱ复合型断裂判据:K_Ⅰ~2+AK_ⅠK_Ⅱ+BK_Ⅱ~2=K_(ⅠC)~2并将试验结果与最大拉应力(σ_(θ_(max)))理论和最小应变能密度因子(S(θ_(min)))理论进行了分析比较。     

断裂韧度试样应力强度因子的简便计算式

在断裂力学中,应力强度因子K_1是一个主要数据之一。因此,K_1的计算是断裂力学的一个重要内容。本文只讨论三点弯曲试样(图1)及紧凑拉伸试样(图2)的应力强度因子K_1的表达式。一、K_1的简便计算式为了测试材料的断裂韧度值,必须知道相应条件下裂纹尖端的应力强度因子K_1值。美国材料试验协会(ASTM)1972年公布的标准试验ASTME399-72中把三点弯曲试样和     

用杂交元法计算V形切口问题的应力强度因子

采用杂交模型有限元法计算了带Ｖ形切口梁试件的应力强度因子，计算了重力坝坝踵区纯Ⅰ型、纯Ⅱ型和Ⅰ—Ⅱ复合型问题的应力强度因子。     

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.     

光弹性测定K_Ⅰ,K_Ⅱ和σ_(ox)的γ-N曲线斜率法

为了了解双轴载荷效应对测定复合型应力强度因子K_Ⅰ,K_Ⅱ的影响,本文提出一个确定K_Ⅰ,K_Ⅱ和σ_(ox)的γ-N曲线斜率法。即根据等色线图案作出α=±θ的γ-N曲线。采用(N)/(γ)—(K,σ_(ox))关系式及(N/γ)值计算K_Ⅰ,K_Ⅱ的实验值。计算结果表明,计及σ_(ox)时可以提高测定K_Ⅰ,K_(Ⅱ)值的精度。     

高强度轴承钢滚动接触疲劳的Ⅱ型裂纹扩展驱动力

本文探讨了滚动接触产生的残余应力对Ⅱ型应力强度因子幅度(ΔK)的影响,此ΔK_Ⅱ是指承受重复滚动接触轴承圈的次表层裂纹扩展驱动力。对于高强度轴承钢,分别在短寿命(N=2—10~7),产生较小周向残余应力的情况下及在长寿命(N=10~8—10~(10))产生较大周向残余应力的情况下进行了计算。在计算时还把赫芝应力、裂纹相对深度、裂纹倾斜角度及裂纹表面间的摩擦力等作为变量。在下列前提下进行计算:二维的、重复的、无摩擦的纯滚动接触;符合线弹性断裂力学条件;存在的是平面的、小的次表面裂纹。最后将计算结果与实际观察的裂纹生长剥落情况对比。研究结果表明:除裂纹倾角极小的特殊情况外,一般说在较长寿命下所形成较大的残余压应力能明显地使次表层粗糙裂纹的扩展驱动力(ΔK_Ⅱ)减小。     

斜载荷作用下带直裂纹无限大板问题

本文对于受斜载荷作用下带直裂纹无限大板问题采用复变函数的幂级数解法求得应力、应变、位移的分析解和应力强度因子K_Ⅰ、K_Ⅱ的表达式;并指出H·Tada、P·C·Paris等人在(2)、(3)文献中在这个问题上的错误。     

双材料悬臂梁孔边界面裂纹应力强度因子计算

采用有限元方法求解了在压缩载荷作用下双材料悬臂梁孔边界面裂纹问题．在界面裂纹尖端的周围,使用了由8节点二维等参单元退化而产生的四分之一节点奇异单元来模拟裂尖应力的奇异性．在有限元分析中,考虑了裂纹面的接触作用．应用最小二乘法计算了Ⅱ型应力强度因子．数值结果表明：孔的尺寸对Ⅱ型应力强度因子和裂纹面接触压力有很大的影响;随着摩擦系数的增大,Ⅱ型应力强度因子减少．忽略裂纹面的摩擦作用,Ⅱ型应力强度因子可能被高估．     

两点法确定△Kth—R曲线

本文银据裂纹闭合效应(C.C.E)理论,用低R(R=K_(min)/K_(max))和高R的△K_(th)值两点确定△K_(th)～R曲线,进而确定门坎值的特征参数、裂纹扩展本征抗力△K_O和裂纹闭台应力强度因子K_(cl)。还简述了强度影响△K_(th),△K_O各种机制。     

用光弹性法测定薄壁园筒扭转的混合型应力强度因子(K_Ⅰ,K_Ⅱ)

用等色条纹来测定薄壁园筒上裂纹的混合型应力强度因子(K_Ⅰ,K_Ⅱ)。利用冻结切片在偏光显微镜下进行测量,实验结果就其中一种裂纹的应力强度因子与理论解比较误差不大,其精度满足工程要求。从而推证薄壁园筒上,其它裂纹的试验精度也能满足工程上的要求。     

剪切盒加载下岩石剪切(Ⅱ型)断裂韧度KⅡc的测定

采用剪切盒实验获得了岩石的Ⅱ型断裂并测定了岩石的Ⅱ型断裂韧度KⅡc,通过有限单元法中的位移法推导出剪切盒加载下双切口试样的Ⅱ型应力强度因子KⅡ的一般计算公式,并探讨了KⅡc的尺寸效应和Ⅱ型断裂机理.实验及数值计算结果表明在剪切盒加载下,裂纹尖端最大拉应力始终低于岩石的拉伸强度,最大剪应力大于其对应压应力下的剪切强度,且Ⅱ型最大应力强度因子KⅡmax为Ⅰ型最大应力强度因子KImax的2～4倍,从而导致产生Ⅱ型断裂;测得的KⅡ c值随无量纲切口长度(2a/W)的增加而降低,当2a/W≥0.7,且B≥W,α为65°～75°时,Kc趋近于一个常数,该常数为Ⅰ型断裂韧度KIc的2～3倍,可认为是较合理的岩石Ⅱ型断裂韧度值;剪切盒实验是一种测定岩石KⅡc的行之有效的方法.     

利用边界元计算平面复合型裂纹应力强度因子的杂交法

提出了一种平面复合型应力强度因子K_Ⅰ和K_(Ⅱ)的新算法。这种算法充分利用了边界单元法的输出结果,同时计及了韧带上的应力和裂纹表面上的位移,且由于采用了裂纹尖端附近应力和位移的渐近展开式的高阶项(第2项),因而提高了计算精度,但并不增加计算工作量。算例也证实了上述结论     

Ⅰ型裂纹尖端圆弧对应力强度因子影响的数值研究

应力强度因子表征了裂纹尖端奇异应力场的强度,它是研究裂纹扩展规律和带裂纹构件强度的基础。采用有限元法,对受均布荷载作用存在边缘Ⅰ型裂纹的平面板进行了数值分析。研究了裂纹尖端圆弧对应力强度因子的影响,分别计算了具有不同裂尖圆弧r_0的Ⅰ型裂纹的应力强度因子。采用应力法计算不同半径处的表观应力强度因子,插值到裂尖圆弧而得。根据计算结果,绘制K_Ⅰ-r_0曲线,利用最小二乘法拟合至尖裂纹(r_0=0)即得理想尖裂纹的应力强度因子,与解析解相差仅0.7%。该曲线为带圆弧裂纹的应力强度因子测试和带圆弧裂纹构件强度计算提供了依据。     

剪切盒加载下岩石剪切(Ⅱ型)断裂韧度K_(ⅡC)的测定

采用剪切盒实验获得了岩石的Ⅱ型断裂并测定了岩石的Ⅱ型断裂韧度KⅡC ,通过有限单元法中的位移法推导出剪切盒加载下双切口试样的Ⅱ型应力强度因子KⅡ 的一般计算公式 ,并探讨了KⅡC的尺寸效应和Ⅱ型断裂机理 .实验及数值计算结果表明 :在剪切盒加载下 ,裂纹尖端最大拉应力始终低于岩石的拉伸强度 ,最大剪应力大于其对应压应力下的剪切强度 ,且Ⅱ型最大应力强度因子KⅡmax为Ⅰ型最大应力强度因子KⅠmax的 2～ 4倍 ,从而导致产生Ⅱ型断裂 ;测得的KⅡC值随无量纲切口长度 (2a W)的增加而降低 ,当 2a W≥ 0 .7,且B≥W ,α为 6 5°～ 75°时 ,KⅡC趋近于一个常数 ,该常数为Ⅰ型断裂韧度KⅠC的 2～ 3倍 ,可认为是较合理的岩石Ⅱ型断裂韧度值 ;剪切盒实验是一种测定岩石KⅡC 的行之有效的方法 .     

混凝土梁的应力腐蚀断裂实验研究

本文研究了带裂纹混凝土梁的应力腐蚀断裂问题。首先确定了混凝土材料在五种腐蚀介质作用下的腐蚀度;然后,在1％盐酸溶液和荷载应力共同作用下,进行了四点弯曲混凝土梁的应力腐蚀断裂实验研究,给出了应力强度因子K_1与腐蚀断裂时间t的关系式,并进行了若干讨论。