含不同角度穿透裂纹板拉伸断裂的有限元模拟

对含不同预置角度穿透裂纹板受拉伸断裂过程进行了数值模拟.选用增量型弹塑性本构关系,采用自编有限元程序求解虚功原理方程,裂纹扩展参照了LS-DYNA商业计算软件处理断裂问题的单元失效方法,考核了不同幅值载荷和预置裂纹角度的影响,给出了不同时刻等效应力云图和指定点的应力、应变随时间变化曲线.计算结果表明:当应力波在板中传播时,会在裂纹尖端引起应力集中,板产生垂直裂纹和水平裂纹.垂直裂纹扩展垂直于加载方向,水平裂纹扩展平行于加载方向,两者均与预置裂纹角度无关.板上不同位置的应力变化仅和相对裂尖位置相关,而与预置裂纹角度无关.相对裂尖位置、与板边界距离和加载位置是影响应变随时间变化的主要因素.当载荷幅值较小时,不会出现裂纹扩展.当载荷幅值较大时,聚集在裂纹尖端的应变能需较长时间才能释放,这会影响水平裂纹的出现时间.     

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．     

三维中心裂纹板中J积分的计算及分析

利用大型有限元软件ANSYS ,对受单向拉伸的中心穿透裂纹板进行了三维弹塑性断裂计算和分析 ,分别得出屈服应力、切线模量、裂纹深度及板的厚度的不同引起J积分值的变化 ,为防断裂设计的选材和结构完整性评价分析提供了理论依据。     

基于有限元的弹塑性裂纹数值分析

在线弹性断裂力学和D-M模型的基础上,推导出了受单向拉伸含中心穿透裂纹的理想弹塑性材料J积分的解析式;通过ANSYS对弹塑性J积分进行数值计算,与推导出的解析解比较,表明了用有限元方法计算弹塑性J积分具有相当高的精度;分析了J积分与裂纹初始长度及外荷载的关系;对理想弹塑性材料塑性区大小进行了探讨,结果表明,塑性区尺寸随外荷载增大而增大,并且外荷载接近屈服应力时,裂纹塑性区尺寸趋近于无穷大,进入全面屈服.     

三维中心裂纹板中J积分的计算及分析

利用大型有限元软件ANSYS，对受单向拉伸的中心穿透裂纹板进行了三维弹塑性断裂计算和分析，分别得出屈服应力、切线模量、裂纹深度及板的厚度的不同引起J积分值的变化，为防断裂设计的选材和结构完整性评价分析提供了理论依据。     

多裂纹相互作用下断裂行为的边界元分析

基于边界元法,数值计算含多裂纹有限板在拉伸载荷下的断裂参数。利用裂纹面边界单元节点的张开位移,并结合线性拟合外推的方法计算应力强度因子。综合考虑计算精度和计算效率,讨论并选定合适的边界单元划分密度和类型。按照最大周向应力准则,通过断裂参数等效应力强度因子和扩展方向,分析裂纹I和II型复合断裂行为。裂纹间的相互作用会抑制或增强断裂行为,通过多个算例考查多裂纹的角度、长度、分布位置和间距等因素对抑制和增强作用的影响。     

应力波在岩石直杆中传播特性及层裂研究

目的揭示冲击应力波在直杆岩体中的传播特性与层裂破坏规律,以便更好地研究围岩结构动力稳定性.方法采用RFPA~(2D-Dynamic)软件建立均匀岩石直杆数值模型Ⅰ、Ⅱ,分别施加直角三角形冲击荷载.对模型Ⅰ进行杆中及固定端应力波传播形态与理论解析对比分析,对模型Ⅱ施加5种相同峰值而持续时间不同的冲击载荷,进行直杆中应力波经自由端反射诱发层裂过程数值模拟.结果压缩应力波在固定端反射为压缩波,同时在杆两边界自由面不断产生大量剪切波和拉伸波;压缩波的峰值随着应力波的传播逐渐降低;冲击波持续时间越长,裂纹扩展范围随之扩大,萌生裂纹数量增加,裂纹间距也越长.结论冲击波传播形态数值模拟与解析理论结果具有较好的一致性;不同的冲击荷载卸荷速率对岩石直杆动态起裂位置和层裂扩展长度影响较大.     

不同加载条件下泡沫杆的冲击动力响应

基于一维非线性质量弹簧模型,研究了不同冲击加载条件下泡沫材料杆的冲击动力响应特性. 在保证初始冲量相同的条件下,对比讨论了矩形载荷、正弦载荷、三角形载荷和倒三角载荷作用下泡沫杆内弹塑性应力波的传播过程,以及杆的动态变形特征. 给出了不同载荷作用下的冲击应力增强因子和临界冲量. 研究结果确定了不同冲击加载条件下泡沫材料的动力响应特征,对不同工况下泡沫结构的动力学性能设计具有重要的理论指导意义.      

黏聚裂纹阻抗的弯曲梁承载力

在混凝土类软化材料断裂研究中,裂纹端部损伤区被简化为具有黏聚应力分布的非线性裂纹,该黏 聚力对裂纹扩展有阻抗作用。裂纹体的应力强度因子是断裂力学标志载荷作用与几何构型因素的量化表达指标; 黏聚力形成的阻抗强度因子数值,与黏聚裂纹长度和材料极值拉伸应力存在数量关系。通过双K断裂判据,以 带切口的三点弯曲梁为断裂力学模型,分析了裂纹黏聚阻力对断裂过程的影响规律,计算该弯曲梁结构断裂试 样的最大承担载荷;其结果比较符合实验数据。     

焊接结构纵向及横向表面裂纹扩展特性有限元数值模拟

基于有限元方法和两对Paris疲劳裂纹扩展公式,考虑裂纹表层对裂纹扩展的阻碍影响,研究拉伸载荷作用下平板表面裂纹和对接接头纵向及横向表面裂纹扩展特性.结果表明:对接接头纵向表面裂纹在裂纹初始扩展阶段迅速向极扁长型发展,最终形状为扁长型;平板表面裂纹与对接接头横向表面裂纹扩展规律相似,在裂纹初始扩展阶段迅速向极近半圆形发展,最终形状为近半圆形;在裂纹扩展过程中,对接接头纵向表面裂纹长度方向上的扩展快于平板表面裂纹和对接接头横向表面裂纹长度方向上的扩展.     

基于损伤理论的单层厚壁圆筒自增强弹塑性交界面半径Rc 的确定

在自增强技术中,确定最佳弹塑性界面半径是关键。在利用自增强理论设计计算超高压容器时,最佳自增强处理压力、最佳弹塑性界面半径是主要的参数。笔者分别采用理想弹塑性模型和损伤模型对三种不同规格的厚壁圆筒进行了计算,并与同参数的理想弹塑性模型和实际测得的弹塑性交界面半径值进行了对比,从而说明本论文给出的的基于损失的厚壁圆筒弹塑性交界面半径计算思路是正确的,为将来准确预测和控制自增强容器残余应力,提供了理论依据。     

梁的弹塑性大挠度变形分析

采用理想弹塑性模型,基于Euler梁的几何非线性理论,建立了梁在机械载荷作用下的弹塑性大挠度变形问题的控制方程.包括轴线位移、横截面转角、内力等6个未知函数.该数学模型能够分析弹塑性材料梁在弹性阶段以及塑性区扩展阶段的变形.作为算例,应用打靶法数值求解了水平悬臂梁在自由端受竖向集中力作用下的弯曲问题,绘出了不同载荷参数下的弹性和弹塑性挠度曲线,分析了载荷参数和梁自由端挠度之间的关系.结果表明,打靶法是解决弹塑性梁大挠度变形问题的有效方法.     

Influence of Residual Stress on the Elastic-plastic Response to Indentation

The indentation method is useful in determining the residual stress according to the elastic-plastic properties of materials. So the effect of the residual stress on the elastic-plastic indentation properties of materials was studied by using the finite element method to find better indentation parameters which are strongly induced by the residual stress. The results show that load-depth curve, plastic pile-up, indentation shape, indentation contact stress and indentation residual stress are affected by different residual stress, and these parameters can be used to deduce the residual stress. Also, a special indentation equipment was developed to analyze the elastic-plastic properties of materials with different residual stress, and the experimental results show a good agreement with the FEM results. For practical application, the elastic-plastic indentation properties of materials with unknown residual stress could be obtained by the developed equipment to deduce the residual stress comprehensively.     

弹塑性随机有限元分析的初应力法

在弹塑性有限元分析的初应力法基础上,推导了弹塑性随机有限元增量初应力法的计算迭代格式,编制了弹塑性随机有限元程序,并通过算例验证了方法及程序的正确性.     

粘土中水平受荷桩基计算方法

对黏土中实测p-y(水平抗力-水平位移)曲线方法进行总结和计算,认为该方法对于试验桩基和弯矩拟合函数的依赖性强,且形式复杂,普适性差.选用简单的理想弹塑性p-y曲线模型,并采用m值和统一极限抗力作为模型参数,对黏土中的水平受荷桩进行分析.与Matlock实测p-y曲线模型进行对比分析,证明理想弹塑性模型适用于不同直径桩基,尤其是大直径桩的计算.通过实例对比分析,证明了该模型适用于不同土性的黏土场地中桩基的计算.     

砂土地基水闸三维弹塑性静力有限元研究

论述了用弹塑性有限元法求解砂土地基水闸结构整体稳定性的基本原理.针对新疆某渠首工程泄洪闸有底坎折线型闸底板的特殊形式,将闸室整体结构及其与之耦连的地基作为一个结构体系进行数值模拟.通过对比分析该泄洪闸在弹塑性有限元法与线弹性方法下闸底板的位移与应力分布情况,进一步论证用理想弹塑性有限元进行水闸结构分析的可行性.     

考虑弹塑性变形的结合面静摩擦系数分形模型

在传统的M-B接触模型的基础上,引入微凸体的弹塑性变形,建立了结合面静摩擦系数的分形模型.同时,建立了未考虑弹塑性变形的结合面静摩擦系数分形模型,并对两个模型进行仿真比较分析.结果表明:考虑弹塑性变形的结合面静摩擦系数大于未考虑弹塑性变形的结合面静摩擦系数;结合面静摩擦系数与法向载荷和材料特性参数呈正相关,而与分形尺度参数呈负相关;当1.1≤D≤1.5时,结合面静摩擦系数与分形维数呈正相关;当1.5≤D≤1.9时,结合面静摩擦系数与分形维数呈负相关.     

土工有限元中弹塑性分析的实现

为了实现土工有限元的弹塑性分析，文章讨论了在Super-Sap中如何实现弹塑性分析的方法，重点介绍了利用现成的Super-Sap有限元软件和三维弹塑性有限元计算程序对岩土类材料实现弹塑性分析的原理与步骤。计算实例表明，利用这种方法可以快捷地实现土工有限元的弹塑性分析与计算结果的可视化。     

地震作用下钢框架与中心支撑钢框架的对比研究

针对钢框架和中心支撑钢框架两类结构,利用非线性静力分析程序计算得到结构在弹性状态和弹塑性状态下的侧移刚度.输入地震波,调整加速度峰值,对结构分别进行弹性和弹塑性时程分析,讨论两类结构在地震作用下的结构响应和能量分布的异同.结果表明,中心支撑钢框架的受力性能优于钢框架.     

均布载荷作用下矩形截面梁的弹塑性弯曲

采用弹塑性理论研究了均布载荷作用下的矩形截面梁弹塑性弯曲问题,推导出了矩形截面悬臂梁的弹塑性弯曲挠度表达式,并重新推导出了矩形截面简支梁的弹塑性弯曲挠度表达式,更正了有关文献在研究均布载荷作用下矩形截面简支梁弹塑性弯曲时存在的错误．