铜长条薄板在疲劳载荷下裂纹聚合的试验研究和一个新发现

对铜长条薄板在疲劳载荷下2条相邻裂纹的聚合进行了详细的试验研究.按照经典的断裂力学分析,最初预计初始的疲劳裂纹应该在2条相邻裂纹之间产生,并且导致2条相邻裂纹聚合为一个复杂的新缺陷.但是试验发现:在某些情况下初始的疲劳裂纹扩展产生在远离2条相邻裂纹之间区域的裂纹外尖端上,即不是发生在2条相邻裂纹的内尖端上.只有当这个外裂尖在疲劳载荷下自相似扩展一定长度并止裂一段时间后,2条相邻裂纹之间的内部区域才产生第二条曲线裂纹,该曲线裂纹的扩展才引起聚合的发生,而在第二条裂纹扩展期间,第一条扩展裂纹始终处于止裂状态.这个现象超出了经典的疲劳裂纹萌生的基本理论,也无法用经典的应力集中理论来解释.     

电流密度因子及其分布规律

给出了具有裂纹的无限大导电薄板通入电流时，裂纹尖端电流密度因子的表达式，由电流密度与温度场的关系式进一步导出了电流密度因子与温度场的表达式，通过算例，描述了电流密度因子在裂尖附近的分布规律，为电磁热效应裂纹止裂方法的应用打下了理论基础。     

含半无限长裂纹导电薄板的热电磁止裂问题

对含半无限长直线裂纹的无限大导电薄板的热电磁止裂问题进行了研究。以导电弹性体的麦克斯威尔方程为出发点,推得了在向板内通入电流的瞬时,裂纹尖端附近电流密度的表达式。在此基础上,通过对热传导方程的求解,得到了裂纹尖端区域处温度的具体表达式。最后,给出了算例分析,表明适当强度电流的通入,可在相应的瞬时内使裂纹尖端处熔化,形成焊口,从而达到裂纹止裂的目的。     

钢桥面板疲劳裂纹钻孔止裂分析及实验验证

对紧凑拉伸试样进行有限元分析,考察止裂孔边缘的应力分布情况,对比不同状况下裂纹尖端的力学特性,研究了孔径及附加孔对止裂效果的影响.结合钢桥面板局部模型实验,对开裂试件打孔止裂后进行疲劳实验,通过比较不同试件的疲劳寿命,对有限元分析结果进行了验证.分析和实验结果表明,经过止裂孔钻孔处理后,应力集中点位于试样预制裂纹直线延伸方向与止裂孔孔边缘相交处,相对于未打孔,裂纹尖端应力显著下降.裂纹尖端打孔止裂,能够提高构件疲劳寿命,且孔径越大,止裂效果越明显,孔径8mm以后,增大孔径所产生的止裂效果逐渐降低.不同孔径钻孔处理的疲劳试件,各阶段裂纹再次扩展速率相当,属于裂纹中速率扩展区,附加孔并没有影响裂纹扩展速率,但使疲劳寿命显著地提高.     

运动裂纹止裂判据的一种新提法

从断裂动力学问题的非线性性质和能量观点出发讨论了运动裂纹止裂判据的正确提法，指出了目前广泛使用的运动裂纹止裂判据的不适当性，提出了一种新的运动裂纹的止裂判据。研究表明，裂纹失稳扩展时存在一个极小的速度值。     

高强螺栓止裂法修复含裂纹钢板疲劳受力性能

为了分析高强螺栓止裂法的止裂效果，首先基于带裂纹钢板的有限元模型探究孔径和螺栓预紧力参数对修复后钢板的应力分布和止裂机理的影响。随后对修复后的预裂钢板进行3组对比疲劳试验，评价了不同修复方法下的结构疲劳寿命，并与各国规范相关S-N曲线进行比较。分析和试验结果表明：采用止裂孔法和高强螺栓止裂法均能延长损伤钢板的疲劳寿命，但高强螺栓止裂孔修复效率更优，其延长结构寿命是单纯止裂孔修复的9倍以上。以测点应力发生突变为疲劳失效判据时，单纯采用止裂孔修复不足以满足各国规范规定的疲劳强度等级，而高强螺栓止裂孔修复组明显高于AASHTO中A类细节等级，具有优异的抗疲劳性能。     

金属模具电磁热裂纹止裂研究的新进展

综述了在理论分析、数值模拟和实验研究方面，关于利用电磁热效应实现金属模具裂纹止裂研究的最新进展，所得结论可以为工程实际问题的解决提供指导。采用复变函数方法，建立了金属模具电磁热效应空间裂纹止裂的理论分析模型，求解了通电瞬间裂尖附近的热源功率、温度场和热应力场；采用电、热和机械场三场顺次耦合的有限元分析方法建立了金属模具中平面、空间裂纹电磁热裂纹止裂的数值分析模型：采用自制的ZL-1型和改进型ZL-2超强脉冲电流发生装置实现了金属模具试件中电磁热裂纹止裂；研究了各种实际金属模具中裂纹电磁热止裂后的修复。为将电磁热裂纹止裂应用到金属模具裂纹止裂中进行了基础研究工作。     

带有边缘裂纹的导电薄板跨越止裂的温度场

用复变函数方法给出了导电薄板在跨越止裂时温度场的理论解．将实施跨越止裂时的正、负电极比拟为电流场中的源和汇，从而导出了在瞬间电流作用下，裂纹尖端附近区域因绕流而形成的温度场．理论分析与数值计算及实验结果进行了对比，数值相近，变化规律相同．     

导电体内部裂纹止裂新法的实验研究

介绍了导电体内部裂纹止裂的一种新实验方法。实验结果表明：利用电磁热效应对导体内部裂纹进行止裂不但是可行的,而且具有保持外力作用不变、方法简便、收效迅速、提高韧性等优点。其原理是在向导体通入脉冲电流的瞬间,裂纹尖端处的温度急剧升高,使材料熔化形成焊口同时在周围产生足够大的热压应力,破坏了干线裂纹源的形成,遏制了裂纹的扩展。     

航空铝合金薄板在疲劳载荷下孔洞聚合的试验研究和一个新发现

对航空铝合金薄板在疲劳载荷下的两个相邻孔洞聚合进行了详细的试验研究.最初预计初始的疲劳裂纹应该在两个相邻孔洞之间的区域产生,并且导致两个相邻孔洞聚合为一个复杂的新缺陷,但是试验结果却发现:在某些情况下,初始的疲劳裂纹产生在远离两个相邻孔洞之间区域的外区域,即不是产生在两个相邻孔洞之间区域的内边缘上,而是产生在外边缘上,只有当这条初始裂纹在疲劳载荷下扩展一定长度并止裂一段时间后,在两个相邻孔洞之间的内区域才产生第二条裂纹,该第二条裂纹的扩展才引起聚合的发生,而在第二务裂纹扩展期间,第一条裂纹始终处于止裂状态.这个现象超出了经典的疲劳裂纹萌生的基本理论,也无法用经典的应力集中理论来解释.     

有裂纹无限大平板非稳定热应力解析数值解

讨论有微观裂纹的平板在急冷时所产生的热冲击问题。分析了有裂纹平板的瞬间热应力，并确定裂纹尖端的应力强度因子。无因次的最大应力强度因子用比奥数及无因次裂纹长度来表示，提出了３者之间的确定的简化公式。     

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.     

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.     

基于权函数法的含裂纹叶片的应力强度因子研究

基于两个已知的参考应力强度因子和权函数的基本特性,分别计算了含单边裂纹、双边裂纹和中心裂纹的有限宽板的权函数。然后,将所计算的权函数分别用于确定含单边、双边及中心裂纹的旋转平板叶片的裂尖应力强度因子K。最后,在线弹性断裂力学范围内由断裂准则KKIC分别对含单边、双边和中心裂纹的平板叶片的临界转速进行了估算。研究结果表明:旋转平板叶片所含的裂纹深度越深、裂纹位置距旋转轴越近,所引起的裂尖应力强度因子就越大,所允许的临界转速就越低。     

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。     

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．     

不同爆炸加载参数下含裂纹试件的动光弹数值分析

采用动态光弹性的方法，对在不同爆炸加载参数下含裂纹试件的动态响应进行了研究，对爆炸过程、应力波传播规律及其对裂纹的影响进行了分析讨论。给出了应力波通过裂纹尖端时，其应力强度因子连续变化的规律；给出了改变爆炸加载参数及边界反射波对裂纹尖端应力强度因子的影响。     

拉伸圆孔板孔边裂纹应力强度因子解析解

裂纹尖端应力强度因子是判断裂纹扩展和结构失效的重要标准,探究拉伸荷载下圆孔与裂纹相互作用的裂纹尖端应力强度因子对材料断裂准则和残余强度分析具有重要意义。基于叠加原理和弹性力学初始解,采用Westergaard应力函数求得单轴拉伸圆孔板孔边裂纹应力强度因子的积分方程,使用切比雪夫多项式得到积分方程的近似解,运用Exponential函数对近似解修正得到裂纹尖端应力强度因子修正解;运用Abaqus对同一问题进行模拟分析并与修正解结果进行对比;分析了裂纹尺寸、圆孔半径、裂纹位置角以及裂纹倾角对裂纹尖端应力强度因子的影响。结果表明：修正解与Abaqus模拟解基本吻合;应力强度因子随裂纹尺寸和圆孔半径增大而增大,随裂纹位置角和裂纹倾角增大而减小。     

钢板梁桥腹板加劲肋焊缝疲劳开裂后的应力特征

通过建立钢板梁桥节段有限元模型分析了主梁腹板与加劲肋连接焊缝部位的开裂特征,基于最不利车辆荷载位置分析了腹板间隙不同横向荷载位置下的正应力与剪应力特征,以及裂纹长度的变化对腹板面外变形的影响;通过对比不同裂纹长度时裂纹尖端和裂纹最深点的应力强度因子值,分析了裂纹长度对裂纹前缘的受力特征以及扩展速率的影响.研究结果表明:...     

基于有限元法的二维裂纹应力强度因子研究

基于有限元分析方法，对有限大平板中存在的中心穿透裂纹，分别用不同的方法分析其裂纹尖端应力、应变场分布，计算出裂纹尖端的应力强度因子．通过对求得的应力强度因子值与解析解的比较，表明用有限元方法计算应力强度因子具有相当高的精度，并且操作简便。