裂纹慢稳定扩展问题的J_R曲线方法研究

本文用修正J积分和带侧槽三点弯曲试样测定了几种国产中低强钢的J_R曲线;研究了J_R曲线受试样厚度的影响。还介绍了弹塑性裂纹扩展推力曲线及其确定方法。最后由J_R曲线的概念确定了材料抗裂纹扩展的最大阻力。     

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．     

混凝土双参数断裂模型和尺寸效应模型R阻力曲线比较

对混凝土的两类基本断裂模型(双参数断裂模型和尺寸效应模型)求解得到的第Ⅰ类几何形式下的R阻力曲线进行了详细的分析比较.首先对有效裂纹长度和裂纹尖端张口位移进行了修正,在此基础上由双参数断裂模型和尺寸效应模型得到了R阻力曲线的解析表达式.通过两类R阻力曲线计算得到的荷载-位移曲线与试验结果的对比,发现尺寸效应模型得到的临界有效裂纹长度稍大于双参数断裂模型的结果,而根据双参数断裂模型R阻力曲线得到的最大荷载大于尺寸效应模型的结果,且当相对初始裂纹长度较大时,双参数断裂模型R阻力曲线得到的最大荷载远大于试验值.双参数断裂模型的R阻力曲线适合于初始裂纹长度相对试件高度较小的情况.     

7050铝合金材料R曲线的三维效应与试验研究

裂纹扩展阻力曲线(R曲线)反映了疲劳裂纹扩展断裂的真实物理过程,但是现阶段测量材料R曲线的方法在计算试样阻抗应力强度因子时,未考虑厚度的影响,并且在计算裂纹扩展阻力R时,仅考虑了平面应力状态与平面应变状态两种极端情况,忽略了更为普遍的过渡状态。首先对中心孔裂纹板进行了三维弹塑性有限元分析,通过计算其三维应力强度因子表示式,建立了裂纹扩展阻力与试样厚度的关系模型。其次,依据三维状态下能量释放率与应力强度因子的关系式,结合裂纹扩展阻力与试样厚度的关系式,建立了不同厚度试样三维裂纹扩展阻力R值的计算模型。最后,基于该模型,通过试验测定了不同厚度7050铝合金板的R曲线,得到了R曲线与试样厚度的函数关系式。     

基于裂纹扩展阻力曲线的钢结构构件断裂行为评估模型

为准确预测钢结构构件的断裂破坏,提出了基于裂纹扩展阻力曲线的评估方法。基于前期开展的低温下结构钢材的裂纹尖端张开位移(CTOD)试验结果,采用试验数据回归和理论分析方法,对裂纹扩展阻力曲线的参数进行标定,并分析裂纹扩展阻力曲线形式与含裂纹钢构件断裂模式的关系。结果表明:当构件初始裂纹长度大于临界值且钢材裂纹扩展阻力曲线呈上凸形时,构件发生韧性断裂;当构件初始裂纹长度小于临界值且阻力曲线呈上凸形时,或当阻力曲线呈水平直线时,构件发生脆性断裂。本文理论模型计算的最大载荷点裂纹扩展量与试验实测值吻合较好,验证了理论分析的准确性,可应用于钢结构构件的防断设计。     

基于裂纹扩展的管道钢阻力曲线测试评估

高级别新型管线钢的不断涌现,其管材韧性和强度都得到了大大提高。然而,现有断裂韧性测试方法要求采用高约束的标准试样,管线钢很难满足试样尺寸条件,管道钢断裂韧性和裂纹扩展阻力的测试需要经过大量的实验和数值模拟评估。本文利用三点弯试样,测试了X65管线钢的断裂韧度和阻力曲线,对现有断裂韧度测试标准进行了评估,利用损伤模型评估了X65管材阻力曲线的厚度约束效应。结果显示：标准BS7448比ASTM-E1820计算得到的CTOD值更大,并且随着裂纹扩展长度增加,两种方法得到的CTOD比值增大。     

解理断裂前裂纹尖端变形与开裂的有限元模拟

对16MnR钢三点弯曲(3PB)裂纹试样进行了实验和有限元计算,模拟了裂尖开裂与钝化的构形和应力应变分布图.发现在临界载荷前,预裂纹尖端仅仅发生钝化;当载荷达到临界值时,开始有小裂纹起裂,随后钝化;再达到又一临界载荷时,小裂纹再次起裂,而后扩展,反复出现直至解理断裂发生.在模拟裂纹沿斜面起裂时,当小裂纹很短时,对对称面上的应力、应变和三向应力的分布影响比较小;只有小裂纹扩展到足够长并钝化到足够宽,才能够影响主裂纹的扩展及其前端应力、应变的分布.并针对采用有限元法在模拟裂纹扩展时所遇到的问题,探讨了模型的建立、网格的划分、断裂准则的应用以及网格重组技术的运用.     

J 积分的单点计算法

J积分作为弹塑性断裂力学的一个基本参数被提出后,国内外在这方面已作了大量的研究工作.本文首先从P—δ曲线的实际出发,修正了H.Liebowitz等提出的(?)法,以此作为评价J积分计算公式的依据.其次,分析了J.D.Landes等提出的单试样法J积分计算公式的精度和局限性.最后,提出了单点法J积分计算公式.这个公式既适用于深裂纹的断裂韧度试样,也适用于浅裂纹试样.     

单试样COD阻力曲线试验技术

研究了以卸载柔度原理为基础的单试样ＣＯＤ阻力曲线试验技术。对裂纹长度的修正作了系统的研究。形成了一整套可供应用的软件。并对均质与非均质材料的ＣＯＤ阻力曲线的构成方法作了探讨。     

C-Mn钢裂尖区解理断裂行为的研究

对C-Mn钢三点弯曲裂纹试样进行了实验和有限元计算,分析了裂尖断裂行为.研究结果表明在达到某一临界载荷前,裂尖只发生简单的钝化,并且在裂尖前端满足解理断裂三个判据的不同区域是相互分离的.因此形核的裂纹因不能扩展而不能引发解理断裂.随外载荷增加,高于这个临界载荷时,小裂纹在裂尖处形核、扩展,随后被钝化.此时裂尖前端的塑性应变被保留下来,但是三向应力度被释放掉,随后又重新建立,从而使得三个区域相互靠近.在第二个临界载荷下,三个判据都满足的区域相互重叠,解理裂纹形核并扩展.可以在裂纹形核区域和裂纹扩展区域刚要重叠的那一瞬时,决定解理断裂的最小距离.结合解理断裂的三个判据,裂尖断裂行为及由其产生的断裂驱动力参数(εp,σm/σe和σyy)的相应变化为钢的解理断裂在细观上提供了一个完整的物理模型.     

双向荷载下多裂纹弹塑性双参数断裂分析

运用J-A2双参数理论,对具有共线双裂纹的平板进行弹塑性断裂分析.采用ABAQUS有限元分析软件,分别计算单向加载及双向加载,在不同载荷比时,具有不同裂纹尺寸与不同裂纹间距情况下主裂纹的断裂驱动力和约束参数.分析结果表明:与裂纹平行的横向荷载对裂纹尖端约束参数A2影响很大,在J-积分相同的情况下,横向荷载越大裂纹尖端约束水平越低;在单向加载情况下,随着相邻次裂纹长度的增加,主裂纹尖端约束水平提高;而在双向加载情况下,随着相邻次裂纹长度的增加,主裂纹尖端约束水平降低;但无论是单向加载还是双向加载,随着裂纹间距的增加,主裂纹尖端约束水平均降低.     

膨胀管分离装置设计参数的敏感性分析

采用ANSYS/LY-DYNA对膨胀管分离装置的爆炸分离过程进行仿真分析. 针对影响分离装置分离性能的主要设计参数建立有限元模型,对分离性能进行预示和分析,获取炸药索装药量、削弱槽处的厚度、削弱槽倒圆半径、分离板厚度、分离板韧性、扁平管硬度和填充物硬度等相关设计参数对分离装置性能的影响. 结果表明：炸药索装药量和分离板厚度对分离性能影响较大.     

在裂纹有限扩展时Garwood假设的修正及应用

对修正的Ｇａｒｗｏｏｄ假设作进一步论证。该假设指,当预裂试件与相应静裂纹试件的外载荷Ｐ、位移Ｖ相等时,其实时裂纹长度ａ也相等。以前的验证是基于少数实验结果,定量显得不够。最近Ｌａｎｄｅｓ等用载荷分离法对多种材料塑性因子和规则化载荷－塑性位移曲线作了系统研究,这就为进一步论证创造了条件。结果表明,修正的Ｇａｒｗｏｏｄ假设的正确性是肯定的。按照这一假设,可用静裂纹塑性位移解求解预裂试件实时裂纹长度,并校核实测结果,也为规则化方法寻找补充标定点提供依据。     

碾压混凝土层面拉伸破坏试验研究

碾压混凝土软弱层面的断裂破坏是高碾压混凝土坝稳定性研究的一个重要方面. 对6种层面处理工况的碾压混凝土层面进行了楔入劈拉断裂试验研究,采用电测法测得碾压混凝土层面裂缝的起裂荷载,确定了碾压混凝土层面裂缝的双K断裂参数. 研究表明,层面的起裂荷载与失稳荷载的比值Phini/Phun在57.7%～74.2%. 在6种层面处理工况中,下层碾压混凝土终凝后施工缝或冷缝的处理方式,其所形成的层面的拉伸断裂参数最大,其断裂路径曲折,断裂面凹凸不平,因此这种层面处理方式最为有效.     

分数阶傅里叶变换数值计算中的量纲归一化

针对分数阶傅里叶变换(FRFT)快速算法中所要求的量纲归一化与实际工程计算脱节的问题,对量纲归一化进行了研究,提出了离散尺度变换和数据补零/截取2种实用的量纲归一化方法,研究了2种方法对chirp信号参数估计的影响,导出了采用离散尺度化方法时,归一化前后的chirp信号参数的变换关系.通过仿真实例说明FRFT快速算法能够应用于实际工程计算.     

边界变温时梯度板稳态热传导及影响因素

为了研究边界变温时功能梯度板的二维稳态热传导及梯度参数 γ的影响,基于该板的二维稳态热传导基本方程,假设热导率沿板高呈指数函数形式分布,用分离变量法和三角函数正交性,导出三边界恒温与上边界变温时该板的二维稳态温度场的解析解,与有限元解对比可知,2种方法结果一致。结果显示：上边界线性热载时,板内温度场分布无对称性;上边界正弦热载时,板内温度场分布对称于过形心的y轴;随着γ的增大,板内高温区不断向两侧和下侧扩展。因此,可选择适合的梯度参数和边界不同变温来满足设计、应用和热应力分析的需要,所获得的解析解可作为检验其他近似方法的参考标准。     

词频规范化改善信息检索查准率

研究了词频规范化,通过实例指出并分析了极大规范化词频、对数词频和平均词频这3种现有的词频规范化方法的不足,在理论上探究了影响词频规范化的因素.通过引入新参数的方法对词频规范化予以改进,以试错法给出了3种可能的词频规范化形式,并经数学推导,最终给出了改进的词频规范化方法,并通过实验验证了改进的词频规范化形式的有效性.     

含Ⅰ型裂纹的普通混凝土梁断裂特性试验研究

通过三点弯曲梁试验方法,采用电阻法测定混凝土梁的起裂、失稳荷载,分别对不同尺寸、不同预制裂缝的普通混凝土梁进行断裂试验研究。结合双K断裂韧度计算方法,计算不同尺寸混凝土三点弯曲梁试件的起裂韧度和失稳韧度。分析研究缝高比及梁高对起裂和失稳韧度、断裂能等断裂参数的影响。试验结果表明:试件的初始缝高比及梁高对混凝土的起裂荷载、失稳荷载、断裂韧度均有一定程度的影响。     

大理岩II型断裂规律试验及数值模拟分析

通过对预制裂纹的大理石矩形板的剪切试验,分析了加载方式和预制裂纹的几何参量a/w对岩板产生II型断裂模式的影响.当a/w<0.30时,岩板在2种加载方式下均能沿预制裂纹尖端连线发生II型剪切断裂;当a/w>0.30时,岩板的断裂模式以I型张拉裂纹为主.通过有限元计算所得岩板内部状态参量的分布规律,利用最小二乘法对计算所得的KII因子进行多项式拟合,建立相应边界条件下几何修正函数,并通过试验计算断裂韧度KIIC.最后,利用辅助劈裂试验,验证了a/w对岩板II型断裂的影响的实质是由于岩板的预制裂纹外部的岩石优先开始发生劈裂.     

基于粒子群-最小二乘法的岩石流变模型参数反演

为解决参数数量随加载级数增加而成倍增加,对参数反演带来困难这一问题,在分级加载蠕变模型中,根据粒子群算法和最小二乘法对参数反演的特点,先采用粒子群算法(PSO)对模型参数进行反演得到一个全局次优粒子,再将其作为初始值对模型参数进行最小二乘法反演.工程实例表明,粒子群-最小二乘法反演可以很好地应用于分级加载蠕变模型的参数反演.