用激光一束光反射全息和激光散斑干涉法研究有限宽中心裂纹板裂纹尖端三维位移场

本文介绍了激光一束光反射式全息和激光散斑干涉法基本原理，两者结合分析三维位移场的基本方法。用此方法分析了有限宽带有中心裂纹铝合金板（ＬＹ １２—ＣＺ），在受均匀伸拉载荷作用下，直至大范围屈服情况下，裂纹尖端三维位移场。本文给出了位移场与裂纹尖端塑性区随载荷变化，直至裂纹失稳扩展，裂纹尖端塑性区的变化。讨论了在上述条件下，裂纹板塑性区的形状；给出了塑性区尺寸随载荷变化曲线。定量测定了裂纹尖端附近ｕ，ｖ，ｗ三维位移；一定标距下Ｐ—△曲线，裂纹尖端特征点的 ＣＯＤ随载荷变化曲线；裂纹起裂点的 δｃ（即ＣＯＤ*），给出了裂纹尖端应变变化和应变奇异性结果。     

含裂纹悬臂梁的塑性动力响应及破坏

本文分析了含裂纹的悬臂梁在冲击载荷作用下的刚塑性动力响应,给出了整个响应过程封闭形式的完全解。然后将这个解与J积分及撕裂模数联系起来,给出了裂纹失稳扩展的准则。作为实例,计算了含腐蚀性裂纹的薄壁圆管受冲击载荷作用时的J积分和撕裂模数。     

DCB试样J积分和加载点位移Δ的幂强化半解析解

利用非线性弹簧裂纹端模型,求得了双悬臂梁（ＤＣＢ）试样的幂强化全塑性Ｊ积分和加载点张开位移Δ的半解析解。特别是,还根据Ｊ积分的形变功率定义和ＨＲＲ场理论,建立了一个关于ＤＣＢ试样Ｊ积分随裂纹长度变化的微分方程,其解从理论上说明了非线性弹簧裂纹端模型作为二级近似的合理性。文中还就刚性裂纹端模型的Ｊ积分解的应用范围作了讨论。     

DCB试样J积分和加载点位移△的幂强化半解析解

利用非线性弹簧裂纹端模型,救是了双悬臂梁（ＤＣＢ）试样的幂强化全塑性Ｊ积分和加载点张开位移△的半解析解,特别是,还根据Ｊ积分的形变功率定义和ＨＲＲ场理论,建立了一个关于ＤＣＧ试样Ｊ积分随裂纹长度变化的微分方程,其解从理论上说明了非线性弹簧裂纹端模型作为二级近似的合理性。文事还就刚性裂纹端 Ｊ积分解的应用范围作了讨论。     

孔边裂纹J积分失效评定曲线

计算了单边椭圆缺口试件（ＳＥＮＣＰ）高应变区裂纹的Ｊ积分失效评定曲线（ＦＡＣ），考察了影响ＦＡＣ的几种因素。结果表明：在外加载荷与塑性屈服载荷之比（Ｌｒ）１．０时，用Ｒ６通用失效评定曲线进行结构高应变区裂纹断裂评定与疲劳剩余寿命估算是安全的。     

一维六方压电准晶双材料界面共线裂纹的反平面断裂问题

目的 研究一维六方压电准晶双材料界面共线裂纹的反平面断裂问题。方法 利用复变函数理论中的解析延拓、奇性主部分析和推广的Liouville定理，在电渗透边界条件下研究。结果 给出了1条界面裂纹受4种不同外载荷作用及2条等长界面裂纹受无穷远均匀载荷作用等几个典型问题的解析解。同时导出了相应问题场强度因子(声子场、相位子场应力强度因子和电位移强度因子)的解析表达式。结论 理论结果表明：当趋于裂纹尖端路径选在双材料界面上时，场强度因子大小与材料弹性常数无关，仅与裂纹尺寸及裂纹所受外载荷大小有关且成正比，即随着裂纹尺寸和外载荷的增大，场强度因子随之增大。     

全塑性J积分近似表达式的研究

在 ＥＰＲＩ全塑性Ｊ积分表达式的基础上，依靠模型实验失稳时的载荷σｆ及裂纹扩展量△ａｆ，建立了全塑性Ｊ积分近似表达式．在对６个压力容器进行爆破检定后发现：失稳压力的预测值与实测值最大偏差为 ３％，与 ＥＰＲＩ全塑性解具有同样的精度：表明对于弹塑性断裂手册中不曾列入的较复杂的平面问题，其全塑性解可借助模型实验建立，从而为扩展ＥＰＲＩ工程评定方法的应用范围，发挥重要作用。     

偏心裂纹板受剪应力作用下的弹塑性解析解

利用裂纹线场方法对岩石材料偏心裂纹板受剪应力作用时进行了弹塑性分析,并且获得了理论解.这个解包括:裂纹线附近弹塑性边界上的单位法向矢量,裂纹线附近的弹塑性解析解、最大塑性区长度、裂纹线上的塑性区长度随荷载的变化规律及其承载力.该分析不受小范围屈服假设的限制,并且不附加假设条件,其结果在裂纹线附近足够精确.     

有限宽裂纹板受一对集中剪力时弹塑性解

针对运用断裂力学传统方法进行裂纹尖端的弹塑性应力场分析均为小范围塑性区的假定,不能准确反映塑性区应力情况的问题,利用裂纹线场分析方法,对理想弹塑性材料的有限宽平面板在裂纹面受到一对集中剪力作用时裂纹线附近的应力场及弹塑性边界进行了分析。不采用小范围塑性区的假设,直接通过将裂纹线附近弹塑性边界上弹性应力场与塑性应力场的匹配,获得了裂纹线附近弹塑性应力场的解析解以及弹塑性边界上单位法向量的表达式。用裂纹线分析方法可以准确地反映裂纹附近的弹塑性应力分布,该种方法的应用将成为断裂力学的一个重要发展方向,对石油天然气构造应力分析、材料力学分析具有参考价值。     

压载荷对裂尖塑性区影响的有限元分析

本文应用弹塑性有限元方法研究压应力加载对裂纹尖端塑性变形的影响,分别采用具有0.2mm和2mm中心裂纹的高强铝合金板,进行一个周期拉压载荷分析。结果表明压载荷对疲劳裂纹尖端塑性区尺寸具有显著影响,因此压载荷对疲劳裂纹尖端的塑性变形有影响。     

C形试样的极限载荷和J积分

本文根据塑性力学滑移线场理论求出C形试样的极限载荷P_L,通过试验找到C形试样的无量纲柔度BEC表达式和加力点间弹塑性位移△表达式,并根据J积分与形变功的关系式提出C形试样的J积分公式。     

紧凑拉伸试件的J积分函数解析表达式

对疲劳和断裂分析中的紧凑拉伸试件进行了弹塑性分析,分别建立起弹性状态和弹塑性状态(或塑性状态)下的J积分函数解析表达式,并用所建立的J积分函数估算了渤海石油平台用钢A537在常温下的疲劳裂纹扩展寿命.数值计算的结果和试验结果是吻合的.这说明所建立的J积分函数解析式不仅有效可靠,且足以用来解决疲劳寿命的估算问题.     

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。     

切口尖端不同曲率半径试件的动态有限元分析

数值分析与试验均证明在裂纹尖端存在着J主导区,J积分可以作为决定裂纹起裂的参数.由于韧带较窄,机械加工难以获得深切口尖端的曲率半径为零.考虑裂纹尖端存在一定曲率半径的情况下,对不同切口深度比的裂纹进行动态有限元计算,并和切口尖端曲率半径为零的裂纹进行对比,讨论了切口的曲率半径对J积分的影响,为下一步的断裂试验提供数值分析依据.     

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．     

块体表面裂纹应力强度因子有限元方法研究

研究三维表面裂纹建模及其计算精度问题. 采用有限元方法,对奇异单元和J积分两种求解裂纹强度因子方法的计算精度进行研究,并进一步研究了计算精度对网格密度和网格形式的依赖程度. 研究发现,对奇异单元法而言,影响计算结果准确度的主要原因是裂纹尖端区的尺寸,网格密度的影响不大;对J积分法而言,网格形式和网格密度的影响都不大,适合处理复杂结构的应力强度因子计算.     

16MnR钢应变疲劳裂纹扩展速率的实验研究

通过16MnR裂纹试样在载荷控制和位移控制下的应变疲劳给出了16MnR应变疲劳扩展速率;比较载荷控制与位移控制下裂纹疲劳扩展速率发现,两种方式的应变疲劳所获得的应变疲劳扩展速率差异明显;实验证明裂纹试样的应变疲劳扩展速率与疲劳过程中塑性变形功的大小密切相关。     

对双悬臂梁中低速韧性撕裂的准静态分析模型

对典型结构钢的双悬臂梁试件的中低速韧性撕裂的实验进行了准静态模拟。采用弹塑性地基上弹性梁的分析模型,对速度范围从准静态到５．９７ｍ／ｓ的中低速韧性撕裂实验进行了分析。由实验得到每一时刻的载荷强度和裂纹位置,由模型求出了加载点的位移值并与实验值进行了比较,得到了较好的符合。在此基础上求出了裂纹扩展的塑性功和ＣＯＤ值。     

利用水平外力总功研究PVA纤维增强水泥基复合材料韧性

为了研究对比PVA纤维、玻璃纤维、钢纤维水泥基复合材料和高强(钢纤维)混凝土的韧性,采用楔入劈拉法利用荷载与裂缝张口位移曲线(P-WCMOD)下包围的面积值并考虑夹具影响后水平外力做的总功作为评价指标进行对比.实验结果表明:水泥基体发生脆性断裂,从加载到试件破坏P-WCMOD曲线一直呈线性;高强(钢纤维)混凝土和钢纤维、玻璃纤维水泥基复合材料发生半脆性断裂,P-WCMOD曲线在峰值荷载附近有较小的非线性区;而在PVA纤维增强水泥基复合材料(PVA-FRCCs)中观察到韧性断裂,在P-WCMOD曲线中出现明显的假应变硬化现象;脆性和半脆性材料的试件从起裂到破坏,预制缝端部仅出现一条裂缝,且最终沿这条裂缝贯通,对于PVA-FRCCs,预制缝端出现多条细小裂缝,并最终沿着主裂缝贯通.比较几种材料的水平外力总功值可知,PVA-FRCCs韧性最好,钢纤维混凝土次之,钢纤维水泥基复合材料稍差,玻璃纤维水泥基复合材料最差.     

劲性钢筋轻骨料混凝土梁正截面受弯数值模拟

为研究劲性钢筋轻骨料混凝土构件的抗裂性能,采用跨中集中荷载的加载方式,通过数值模拟,分析劲性钢筋轻骨料混凝土梁受弯构件变形与荷载的关系。模拟结果表明:劲性钢筋轻骨料混凝土梁刚度较大,但破坏时挠度很大,有很好的延性。当受压区混凝土压碎破坏时,试验梁仍具有很大的承压能力。随着跨中荷载的增大,梁的位移变形也随之增多。跨中荷载增加到40 t时,梁的位移变形开始大幅度增大,导致混凝土开裂。混凝土开裂后,试件截面刚度退化,裂缝宽度增幅显著,裂缝宽度逐渐加宽。试件梁开裂后,裂缝宽度随荷载变化的增长趋于稳定,抗裂性能较好。模拟结果与试验值相符。