基于SBFEM的多裂纹问题断裂分析

多裂纹问题中的应力强度因子是断裂力学中需要计算的重要参数.在子结构法思想的基础上利用比例边界有限元法计算了弹性多裂纹问题的I型裂纹应力强度因子.对于多裂纹的弹性问题根据裂纹的数目确定相似中心的数目,在每一个子块内保持比例边界有限元法的特点.利用该数值技巧可以求解任意多裂纹问题的应力强度因子,数值算例表明该方法是有效且精确的.最后给出了正交各向异性材料双边非对称裂纹问题的计算结果,进而推广了比例边界有限元法的应用范围.     

桥梁缆索钢丝裂纹扩展速率预测及疲劳寿命计算

为给桥梁缆索钢丝疲劳性能分析提供简单有效的方法,根据钢丝的微观组织结构和相关试验数据的统计分析结果,建立了钢丝疲劳裂纹扩展速率预测模型,并给出了模型参数的计算方法.通过变载刻痕法在原状钢丝上获取了稳定扩展区的疲劳裂纹扩展速率,预测模型较好地描述了试验获取的数据和文献中近门槛值区域钢丝的疲劳裂纹扩展规律.在此基础上,通过断裂力学方法计算了新钢丝和腐蚀钢丝的疲劳寿命并与试验数据相比较,结果表明:钢丝腐蚀不会对疲劳裂纹扩展速率产生影响,仍可用未腐蚀钢丝的力学性能通过本文方法进行预测,腐蚀钢丝疲劳寿命的变化是由于初始裂纹尺寸发生改变而引起.对于新钢丝和轻微腐蚀钢丝,可采用等效初始裂纹法进行疲劳寿命计算;当钢丝腐蚀较为严重时,疲劳总寿命基本由裂纹扩展寿命构成,初始裂纹尺寸即为真实锈坑深度.鉴于蚀坑深度分布的随机性,宜采用最大蚀坑深度对腐蚀钢丝进行疲劳寿命计算.     

缓冲层介质对切缝药包爆破断裂力学行为影响的研究

为了研究炸药至炮孔壁之间的缓冲层介质对切缝药包爆破断裂力学行为的影响,采用新型数字激光动态焦散线测试系统,开展多组爆破光测实验。借助LS-DYNA数值模拟软件,对比分析炮孔内部压力场的分布规律。研究结果表明:切缝药包能够利用切缝管有效控制爆炸应力场的分布,使能量沿切缝方向集中释放,定向爆破效果显著。与空气相比,水提高了切缝药包对炮孔壁的冲击破坏能力,爆生主裂纹的断裂力学参数增大,表现为更长的扩展距离、更高的运动速度和动态应力强度因子。爆炸冲击波能和爆生气体脉动能是水中主要的能量存在形式,模拟结果显示水比空气具有更好的传压能力,缓冲层内形成更高的压力峰值。     

正交异性桥面板典型焊接接头应力强度因子修正公式

正交异性桥面板应用广泛,其焊接接头的疲劳破坏是导致桥面板结构失效最主要的原因。采用断裂力学的方法评价正交异性桥面板典型焊接接头的疲劳性能是工程领域主要的研究方法,但已有的应力强度因子公式存在精度不高、疲劳寿命预测不准等问题。以Baik等学者提出的应力强度因子公式为基础,修正了原有公式的物理概念;并通过回归有限元模型中的数据,得到了修正的应力强度因子计算公式。经与现有试验研究结果的比较,验证了修正公式在焊接接头疲劳寿命预测上的可靠性;并证明了其在正交异性桥面板工程中的应用价值。     

带裂纹扇形截面柱扭转时应力强度因子计算

采用计算柔度法对带径向裂纹的扇形截面柱体的扭转问题进行了研究,在引入扭转共轭调和函数ψ后,将裂纹柱体的扭转问题归结为Dirichlet问题,应用有限差分法和Gauss-Seidel迭代法求解,用Simpson积分公式计算抗扭刚度系数,最后通过能量释放率与柱体柔度随裂纹长度的变化率之间的关系得出应力强度因子,使问题得以解决,在文中计算了扇形截面的边裂纹的多个实例,本文使用的方法,理论推导简洁、计算方法简单、适用范围广,基本上对于任何截面形状的含径向裂纹的柱体扭转问题均可求解。     

线弹性断裂力学方法评定焊接接头根部的疲劳强度

本文用线弹性断裂力学方法评定了焊接接头根部的疲劳强度。论述了材料的疲劳裂纹扩展阻力、裂纹的应力强度因子及混合型下的断裂条件。     

圆片裂纹的应力强度因子

圆片裂纹问题是三维无限弹性体内嵌裂纹的一个经典问题,也是一个重要的理论工作,从Ｆａｂｒｉｋａｎｔ方程出发,建立了一种特殊的极坐标体系,首先解决了法向载荷下圆片裂纹上特殊点的应力强度因子,并通过坐标系的旋转解决了圆片裂纹上任意点的应力强度因子。对于裂纹上作用切向载荷的情况,先单独研究载荷分别沿坐标轴方向的两种情形,然后就一般情形下通过坐标旋转并将载荷沿坐标轴分解后分别求解,再叠加得其应力强度因子。从     

基于结构应力法的钢管混凝土焊接接头疲劳评估

裂纹尖端应力的奇异性导致传统疲劳评估法和部分标准对焊接结构疲劳寿命预测精度不够，影响工程结构可靠性。裂纹扩展是焊趾或焊根所在截面外载荷驱动造成的，基于焊缝处力平衡关系提出结构应力法。该方法将单元节点力转换成线力，并综合考虑不同焊接接头类型、板材厚度和加载模式。运用断裂力学理论将微小复杂裂纹扩展至疲劳失效全过程统一起来，以等效结构应力幅值推导出主S-N_d曲线疲劳评估表达式。采用不同单元仿真试件证明了结构应力法具有网格不敏感力学特征，与试验数据对比，焊缝的薄弱位置和实际疲劳裂纹一致，验证了结构应力法具有较高的疲劳预测精度。钢管混凝土焊接结构验证了结构应力法在疲劳寿命评估时具有有效性和可靠性。