TB5钛合金板试件疲劳破坏过程的宏微观跨尺度数值模拟

为了研究TB5钛合金板试件从微观初始缺陷到宏观疲劳断裂全过程中的跨尺度数值模拟问题,以约束应力表征材料的疲劳损伤度,以约束应力区裂纹模型描述材料从微观到宏观的疲劳破坏过程,以应变能密度因子作为宏微观跨尺度疲劳裂纹扩张的控制参量,发展了一种宏微观跨尺度疲劳破坏过程的数值模拟方法。在该模型中,可通过疲劳源处材料初始缺陷大小和3个尺度效应函数来表征材料微观因素对疲劳破坏过程的影响。对TB5钛合金光滑板试件(应力集中系数Kt=1)和含切口板试件(Kt=3)进行了数值模拟计算,结果表明,计算S-N曲线与试验S-N曲线能够精准吻合。通过考虑微观效应,其疲劳寿命试验数据的离散性也可由模型计算结果得以体现。     

基于分层线性离散模型的FGM板断裂力学分析

为对功能梯度材料(FGM)板进行断裂力学分析,提出了施加温度场建立FGM板分层线性离散模型的方法.采用该方法、梯度有限元法和常规有限元法对FGM板的应力场和位移场进行对比分析,结果表明该方法简便可行.在所提方法的基础上,采用扩展有限元法求解含裂纹FGM板的位移场,再利用位移外推法计算裂纹尖端的应力强度因子,通过上述方法对不同材料梯度参数、裂纹尺寸、裂纹倾斜角的FGM板裂纹尖端应力强度因子进行数值模拟.计算结果表明,合理地选择FGM板的梯度参数并控制裂纹尺寸能有效降低裂纹尖端应力强度因子.所提出的方法可推广应用于材料梯度分布为任意连续变化的FGM板断裂力学分析.     

某型飞机机翼根部模拟件的耐久性分析

现代飞机的设计要求是高可靠性、长寿命和低维修成本,这使得飞机结构的耐久性设计成为飞机研制过程中的重要环节.该文立足于工程实际,通过材料为国产铝合金7050-T7451的某型飞机关键部位模拟件在飞-续-飞随机谱下多种应力水平的耐久性试验,为评定疲劳关键件的耐久性设计提供试验基础,并根据试验结果,评估连接型式,钉传比对结构细节原始疲劳质量的影响.     

电测法测量J-积分的实验方法研究

J-积分是一种重要的断裂力学参数,用于描述裂纹尖端附近在弹塑性情况下的应力应变场;电测法是比较成熟的固体力学实验方法,具有适用性强、测量准确等特点。本文严格遵循J-积分定义,通过严谨的数学推导,得到了以离散点应变表达的J-积分公式;然后借助有限元分析对测量围道进行了优化,提出了十点测量法,并采用电测法进行了实验验证。本文所提出的电测法测定J-积分的实验方法适用于在役一般结构件,具有严谨的理论基础和良好的可行性,因而具有一定的理论意义和广泛的工程应用前景。     

注水开发中储层裂缝失稳扩展的力学机理

油井暴性水淹是裂缝性砂岩油田开发的普遍特征，其中很多是由注水引起裂缝失稳扩展所致。本文根据砂岩储层的物理力学特征，运用断裂力学理论，给出了储层裂缝的应力强度因子的计算方法，定量地分析了开发过程中储层裂缝失稳扩展的判据、裂纹扩展方向。对于合理确定注水压力及井网的合理布置，防治水窜及暴性水淹等具有重要的指导意义。     

基于XFEM的垂直于双材料界面的裂纹扩展问题

 基于扩展有限元法,提出了双材料界面上垂向裂纹应力强度因子的计算方案。导出由6 项组成的新型裂纹尖端位移增强函数,基于裂尖应力场和位移场的解析解,建立路径无关J_kε积分与应力强度因子K_ⅠK_Ⅱ的关系式,利用扩展有限元法计算J_kε积分,通过上述关系式求得应力强度因子,用最大周向应力准则确定裂纹扩展角θ_p。数值计算表明,J_kε积分与XFEM 结合可有效解决垂直于双材料界面的裂纹扩展问题;当裂纹由弹模较小材料朝着弹模较大材料扩展时,裂纹扩展角θ_p较小,而由弹模较大材料朝着弹模较小材料扩展时,θ_p较大;4 点弯曲试验结果表明,裂纹扩展角θ_p与界面两侧材料的泊松比比值v₁/v₂无关,而与弹性模量比值的对数lg（E₁/E₂）成指数关系。     

黏土坡稳定性的断裂力学分析

采用线弹性断裂力学方法分析了黏土坡的断裂机理,结合有限元模型,对黏性土坡顶裂缝进行计算.分别得到了黏性土坡顶最易开裂位置和坡顶不同位置处裂缝的临界缝长随坡高和坡角的变化曲线以及坡顶裂缝的倾斜角与缝端等效应力强度因子关系曲线.结果表明:最易开裂位置随坡高或坡角的增加移向坡背一侧;离最易开裂位置越远,临界缝长越长;同一位置倾斜角不同的裂缝对竖向裂缝端部等效应力强度因子偏差微小,倾斜裂缝可以近似作为等长竖向裂缝处理.在此基础上给出了评价坡顶裂缝稳定性准则.实例显示,断裂力学方法能够简单、有效地分析黏土坡稳定性,为黏土坡的设计运行提供指导.     

南京内金川河河道挡墙裂缝基于强度因子的稳定性分析

通过对南京市内金川河河道挡墙的调查,归纳总结出全程河道挡墙裂缝的发育特征及其分布规律,并运用断裂力学分析计算挡墙裂缝的强度因子,从而为评价河道挡墙裂缝的稳定性提供依据.分析结果表明,挡墙裂缝是影响挡墙稳定性的一个重要因素.     

页岩油气水力压裂的关键力学问题和数值计算方法

 论述了水力压裂过程中裂缝面内压力引起的岩石变形、裂缝的起裂和扩展、裂缝内流体的流动和流固耦合等关键力学问题,综述了用于模拟水力压裂的有限元法、扩展有限元法、边界元法、离散元法及其他相关数值计算方法的基本原理、研究进展和发展趋势,分析了各方法的优点及适用性。