裂纹应力强度因子的有限元计算

基于解析法和数值法,对有限长平板中存在的中心穿透裂纹,分析其附近的位移场、应力场分布,得到计算裂纹尖端的应力强度因子的公式。通过对求得的应力强度因子值与经验值的比较,表明本文给出的计算应力强度因子的方法具有较好的精度。     

附加应力场和滤失作用下页岩水力压裂开裂机理

为了研究含有天然微裂隙和层理的页岩储层在压裂液产生的滤失和附加应力场共同作用下的开裂机理,采用复变函数保角变换方法修正了传统附加应力场解析解,基于最大拉应力强度理论,通过解析分析比较储层基质、天然裂隙和层理的复杂应力状态及相应的强度,得出水力压裂主裂纹遇天然裂隙或层理后的开裂机理和扩展方向.基于莫尔强度理论分析讨论被裂纹穿过后的储层次裂纹形成机理.结果表明:水力压裂主裂纹尖端拉应力集中,发生张性破坏;被主裂纹穿过的天然裂隙或层理在附加应力场和压裂液产生的滤失作用下发生剪切破坏,形成滑动次裂纹;附加应力场增大裂纹附近的最小地应力、降低裂纹附近的最大地应力,不利于储层次裂纹的形成;降低排量、增加压裂作用时间,提高裂纹附近储层孔隙压力,降低有效应力,可促进储层次裂纹的形成.     

正交各向异性板周期张开型平行裂纹的应力分析

通过构造适当的Westergaard应力函数,采用复变方法和待定系数法对正交各向异性纤维增强复合材料板的周期张开型平行裂纹尖端附近的应力场进行力学分析.在无穷远处对称拉伸载荷的作用下,利用双曲函数的周期性,修正常规的应力强度因子定义,得到用n表示的周期张开型裂纹尖端的应力强度因子及用修正的应力强度因子表示的周期张开型裂纹尖端附近的应力场的显式解析表达式.此外,应力场的大小与材料弹性常数有关,这是正交各向异性材料不同于各向同性材料的特征.由于裂纹的周期分布,应力强度因子的大小取决于形状因子.结果表明,当裂纹间距趋于无限大时,退化为含单个中心裂纹正交异性纤维增强复合材料板的结果,并且所得的解析解能更好地体现裂纹的周期性.     

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．     

弯应力作用下混凝土结构水力劈裂试验研究

混凝土重力坝坝踵在运行期间易出现拉应力,是坝体的薄弱区域。为研究该区域的水力劈裂问题,采用四点弯曲弯矩+高水压的联合施载方式,模拟混凝土重力坝坝踵受拉状态下的水力劈裂破坏过程。基于不同弯矩与水压值组合,研究坝踵因施工应力出现初始裂缝情况下的水力劈裂问题。结果表明,裂缝发展过程中,混凝土试件的应变可分为线性段及指数段,当应变进入指数段时,试样临近破坏;较小的荷载增量即会打破稳态,促使裂缝失稳扩展;劈裂水压与拉应力存在叠加效应,若最值作用位置相同,裂缝尖端应力集中现象明显,易引起水力劈裂破坏,若作用位置不同,则受拉截面应变分布较均匀,较大限度地发挥了混凝土受拉截面的抗劈拉能力,减弱了水力劈裂作用。     

损伤对层合复合材料分层的影响

基于损伤内变量理论,用准三维有限单元法,分析了分层尖端区存在损伤时,Ｊ积分、能量释放率Ｇ以及裂尖附近应力场的变化规律·结果表明,裂尖损伤区的存在对Ⅰ型分层扩展起到屏蔽作用,其屏蔽机理是:损伤的存在消除了裂尖附近应力的奇异性,并在裂尖周围形成一个低层间应力区;损伤导致裂尖附近Ｊ积分不再守恒,但能量释放率降低·     

应力对混凝土断裂参数测定有效性的影响

对于线弹性材料,裂缝尖端平行于裂缝方向的T应力会影响裂缝的扩展方向和起裂断裂韧度,然而在混凝土类准脆性材料的断裂韧度测试中,无论是起裂断裂韧度还是失稳断裂韧度,T应力的影响却少有研究.以混凝土Ⅰ型断裂韧度测试常用的三点弯曲梁、楔入劈拉试件为对象,计算了裂缝尖端的T应力大小,并分析了其对裂缝扩展方向和断裂韧度的影响.分析计算结果表明:这些常用试件裂缝尖端的T应力相比于裂缝尖端控制因素应力强度因子K很小,不会影响裂缝扩展方向,保证了混凝土断裂失稳前一直处于Ⅰ型裂缝状态;另外,T应力对起裂断裂韧度和失稳断裂韧度的数值也不会产生影响,说明常用试件进行的混凝土断裂韧度确定方法是可靠有效的.     

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。     

Ⅰ型裂纹尖端圆弧对应力强度因子的影响

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。本文采用有限元法,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 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KⅠ-r0曲线,利用最小二乘法拟合至尖裂纹（r0=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     

断裂过程区折线应力分布模型

在分析了线弹性材料裂纹前缘应力场与混凝土材料裂纹尖端应力场之间关系的基础上，提出描述混凝土裂纹前缘微裂区应力卸载曲线的折线应力分布模型，并据此导出描述上述两应力场之间联系的场关系方程．这一模型为寻求混凝土裂尖应力场、位移场的解析解奠定了基础．     

Three-Dimensional Stress and Stress Intensity for Tensioned Flat Plates with Edge Cracks

The stress in the thickness direction is an important factor influencing the fracture behavior of structural members. A stress σy tensioned flat plate with edge cracks is widely used as an analysis model. The stresses σx and σy for the plate model can be acquired from Neuber＇s solution. However, the solution is applicable only for a perfect plane stress or plane strain state. As a consequence of the thickness of the plate a three-dimensional （3-D） stress state will arise near the crack tip, resulting in a variation of the distribution of σx and σy stresses. A full analysis for the 3-D stress fields for a tensioned flat plate with edge cracks has been therefore carried out. The results show that the 3-D stress field near the crack tip is mainly determined by two factors： the thickness of the plate and the curvature radius at the crack tip. A further analysis has been carried out for the stress intensity near the crack tip. In this paper we give some equations matching to the 3-D stress and stress intensity, which describe precisely the stress state near the crack tip, and which can be applied effectively in engineering analysis.     

双金属脆性材料圆板界面反剪裂纹扩展研究

对双金属脆性材料复合网板界面反剪裂纹扩展进行研究.通过建立数学模型和基本方程,利用边界条件及连续性条件,采用Laplace域内变换方法,得到裂纹尖端应力位移场解析解和动态应力强度因子,并进行了讨论.     

平面小变形弹塑性有限元求解断裂问题的研究

文章介绍了传统的用裂尖塑性修正求解平面 I型裂纹等效应力强度因子的方法。在此基础上 ,提出一种计算等效应力强度因子的数值方法。对有限元数值结果与传统方法的迭代结果进行了比较 ,证实该法适合于各类平面断裂问题。同时分析裂尖小范围塑性变形对远裂尖区域的影响。研究结果表明 ,由于弹塑性断裂问题的特殊性 ,在裂尖必须采用稠密网格 ,而其网格的自动生成也直接关系到该法的实际使用价值     

简化脆性断裂裂尖模型及复合型断裂判据

通过对脆性断裂过程中开裂扩展机理的分析,提出一个新的简化脆性断裂裂尖模型,论证了裂尖荷载型式与裂尖断裂类型之间并不是惟一的对应关系,重新阐述和定义了裂尖处的应力强度因子和断裂韧度.通过对I型、II型及其复合型荷载作用下裂尖处应力场分析,提出了径向平面最大应力(M SRP)准则,认为在脆性断裂过程中,断裂方向由裂尖处径向平面上的最大应力所决定.分别针对I型、II型及I-II复合型荷载模式提出了裂纹断裂判断准则和开裂方向预测模型.通过推导得到了复合型荷载作用下严密完整的脆性断裂判据与裂纹开裂方向角的解析表达式,与有关脆性断裂试验结果进行的对比验证了所提出的模型及理论解的合理性.     

热辐射应力图像分析确定应力强度因子K_I 和裂纹尖端塑性区

本文借助于热辐射应力图像分析技术对裂纹尖端附近的应力场进行分析测定。记录了铝质紧凑拉伸试件的热辐射应力图像,给出裂纹尖端前沿的温度变化曲线。根据热弹效应和线弹性断裂力学理论,通过解析建立用热辐射应力图像分析技术确定Ⅰ型裂纹应力强度因子的基本方程。在此基础上,用热辐射应力图像分析技术实验确定Ⅰ型裂纹应力强度因子和裂尖塑性区。     

固支双裂纹试件的无限相似单元转换解

用半分析方法求解固支双裂纹试件的应力强度因子．在这种方法中，以裂纹尖端附近的半解析表达式为插值函数，将裂纹尖端附近的自由度转化为一组广义坐标．裂纹尖端附近用自动产生的无限小相似单元适应裂纹尖端附近的应力奇异性，利用相似单元具有相同刚度矩阵的特点，只需少数单元的刚度矩阵．得到了精度较高的固支双裂纹梁的应力强度因子．     

钢箱梁疲劳裂纹气动冲击法维修效果评估

以实桥疲劳裂纹为研究对象,从应力和应力强度因子角度评估气动冲击维修方法的现场实施效果.对维修前后疲劳裂纹尖端附近的应力分别进行24 h数据采集,并采用雨流计数法,探讨裂纹尖端应力幅的变化规律.结合应力强度因子测试理论,对比研究裂纹尖端应力强度因子幅的变化规律.研究结果表明:本测点疲劳裂纹为典型的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹,维修后疲劳裂纹尖端张拉和剪切应力幅均得到有效降低,改善了裂纹尖端受力条件.高应力强度因子幅的循环次数显著降低,表明气动冲击维修技术对于制约复合型裂纹扩展具有良好效果.     

脆性材料在双向应力下阻力特性数值模拟

应用一个材料失效分析模拟软件MFPA2D模拟了玻璃在平面双向应力下不同破坏失稳过程,重点研究了平行于裂纹面的应力对脆性材料临界断裂参数的影响,运用数值模拟和试验及理论分析相结合的方法,阐明脆性材料在双向和单向应力下断裂参数的区别等问题.研究结果证明,双向应力对断裂韧性有明显影响,平行于裂纹面的拉应力对裂纹扩展有抑制作用,压应力对裂纹扩展有促进作用.因此,线弹性材料在双向荷载作用下,传统的应力强度因子准则不适用,裂纹扩展由裂纹尖端应变决定,即双向应力下裂纹扩展具有应变依赖性.     

截锥面形界面裂纹尖端附近应力奇异性分析

扩展到界面的环裂纹偏离垂直界面的位置,就形成截锥面形界面裂纹,主尖端应力奇异性指数大小不仅依赖于两相材料常数α和β,同时也依赖于锥角的大小。据此利用渐近展开和分离变量相结合的方法对裂尖奇异性指数的变化进行了分析,结果表明,随着锥角和α,β的变化,会出现振荡奇异,当锥角为零,截锥面裂纹变为圆柱形界面裂纹。     

Effect of hydrogen on the stress corrosion cracking behavior of X80 pipeline steel in Ku'erle soil simulated solution

Hydrogen was a key factor resulting in stress corrosion cracking (SCC) of X80 pipeline steel in Ku'erle soil simulated solution. In this article, the effect of hydrogen on the SCC susceptibility of X80 steel was investigated further by slow strain rate tensile test, the surface fractures were observed using scanning electron microscopy (SEM), and the fracture mechanism of SCC was discussed. The results indicate that hydrogen increases the SCC susceptibility. The SEM micrographs of hydrogen precharged samples presents a brittle quasi-cleavage feature, and pits facilitate the transgranular crack initiation. In the electrochemical impedance spectroscopy (EIS) measurement, the decreased polarization resistance and the pitting resistance of samples with hydrogen indicate that hydrogen increases the dissolution rate and deteriorates the pitting corrosion resistance. The potentiodynamic polarization curves present that hydrogen also accelerates the dissolution rate of the crack tip.