激光散斑法对冻土微裂形貌和发展过程的研究

将激光散斑法用于冻土材料，得出了裂纹尖端存在一个微裂纹损伤区（或称为断裂过程区）的结论，通过对裂纹尖端一系列散斑图的逐点分析，绘出了微裂纹区随载荷增加而发展的形貌及其全过程。测定了裂纹嘴张开位移的临界值δｃ，从而为冻土材料的宏微观力学行为研究及弹塑性断裂韧度测试分析提供了有效的途径。     

张开型粘(弹)塑性界面断裂

研究张开型粘弹塑性界面断裂。用富里叶正、余弦变换及逐段定积分变换方法将边值问题的控制方程化为奇异积分方程组。解方程后计算了裂纹尖端塑性区尺寸及裂纹尖端张开位移COD。结果表明 :裂纹尖端塑性区尺寸和COD均随两种材料的最小屈服极限的增加而减小 ;COD随时间的增大而以先快后慢的速率增长。     

弹塑性材料中裂纹的仿真研究

针对含裂纹的弹塑性材料结构,根据弹塑性断裂理论分析了裂纹增长的条件.建立了基于裂纹尖端存在塑性区的计算模型,得到了描述含裂纹弹塑性材料在外荷载作用下的塑性区尺寸及塑性区前端裂纹张开位移的解析解.按照所建立的计算模型对不同的裂纹长度、不同的外荷载对塑性区尺寸及张开位移的影响进行探讨.并给出了材料在外荷载作用下破坏的临界应力强度因子曲线.     

幂硬化对疲劳弹塑性弯曲裂纹张开位移的影响

本文主要研究了疲劳载荷作用下的硬化材料弹塑性弯曲裂纹尖端的张开位移问题.综合考虑了疲劳作用应力,塑性区域边界上正应力与剪应力,利用二阶摄动方法与卡氏定理计算了硬化材料弹塑性弯曲裂纹尖端的张开位移的最大值.作图分析了弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移尺寸最大值与材料硬化指数之间的变化关系.在幂硬化材料中,弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移最大值随着材料硬化指数n的增大而减少,当n等速均匀增加时,弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移最大值加速减少,减少的幅度越来越大.当材料的硬化指数相同时,弯曲裂纹尖端张开位移最大值随外载荷的不断减小而逐渐减小.开拓了一个计算硬化材料弹塑性弯曲裂纹张开位移最大值的理论模型的崭新领域.     

高精度裂纹闭合测试仪的研制及应用

在材料的断裂与疲劳问题的研究中,裂纹尖端的闭合行为一直是人们十分关注的课题,它是深入研究材料断裂和疲劳机理的重要基础,然而精确地检测裂纹闭合行为的重要参数——裂纹张开载荷P_(op)仍是一个研究课题。高精度裂纹闭合测试仪的研制成功,则提供了有效的研究手段。本文重点介绍仪器的设计原理,电路的设计及其应用实例。     

准脆性类材料的等效裂纹断裂模型

基于线弹性断裂力学和叠加原理提出处理准脆性材料裂纹尖端微裂区的等效裂纹断裂模型，得到该模型在混凝土材料断裂研究中的方法和程序．该模型将线弹性断裂力学与非线性断裂力学方法融为一体，能较为准确地研究准脆性材料的断裂问题；使用该模型，可以有效、方便地探讨研究混凝土材料的断裂规律，得到初始参数与其断裂特征的联系，为改善混凝土性能、设计优良混凝土材料提供理论依据．并给出了应用实例     

混凝土断裂特性与裂纹张开位移

综合分析了混凝土断裂特征 ,和描述载荷与变形关系曲线连续函数 根据混凝土断裂过程区的观测结果 ,推出以幂函数多项式表达断裂过程区虚拟裂纹张开位移的表达方法 ,通过最小二乘法导出了计算该多项式中待定系数的代数方程 ,并且由实测裂纹张开位移数据给出了若干计算实例分析和讨论     

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。     

基于累积塑性应变的表面裂纹板CTOD疲劳分析

结合Dugdale模型,以表面裂纹尖端累积塑性应变为控制参量,提出一个低周疲劳载荷下含半椭圆形表面裂纹船体板的裂纹尖端张开位移(CTOD)分析模型.利用有限元法模拟了表面裂纹尖端累积塑性变形、表面裂纹几何特性、应力均值以及材料应变硬化系数等相关因素的影响,结合最小二乘法拟合出基于表面裂纹尖端累积塑性应变的考虑表面裂纹几何特性、应力均值以及材料应变硬化系数影响的CTOD二阶多项式.     

硬化对裂纹塑性区的影响

利用HRR理论对幂硬化材料在裂纹尖端附近的应力分析结果，在考虑材料硬化的条件下对裂纹尖端塑性区的大小做了重新估计．在塑性区长度与裂纹长度相比较甚小的情况下．进行了相应的数值计算，发现硬化使塑性区变小．     

冻土非线性断裂破坏过程数值计算分析

冻土具有非线性特征,因此其断裂破坏过程也是非线性的并存在微裂纹损伤区(MDZ),将MDZ简化为虚拟裂纹,并考虑到冻土特性,假定在虚裂纹面上存在着胶结力,提出了冻土断裂破坏的胶结力裂纹模型,并具体讨论了张拉型破坏和压缩破坏的胶结力裂纹模型.其次,依据Paris位移公式,分别推导均布外力作用下,裂纹面上作用有非线性分布胶结力情况的裂纹尖端张开位移一般表达式,进一步导出了三点弯曲梁及压缩破坏的裂尖张开位移表达式,为冻土非线性破坏过程及特征参数的计算提供依据.最后分别对三点弯曲梁模型及有侧限压缩模型进行了数值计算.对三点弯曲梁计算了不同温度下冻土破坏过程曲线,给出了不同土质非线性破坏特征值-临界张开位移值,并与实测值进行比较,二者相符;对压缩模型,给出了裂纹张开位移过程曲线和不同土质张开位移临界值,并与理论预测值进行了比较,二者也基本相符.在计算方法上采用了有限元和解析法相结合的半解析有限元法.     

封闭系统中饱和冻结粘土冻胀率的解析解

冻土冻胀变形是由于土样中的水变成冰,使得土样的孔隙受到法向冻胀力的作用,导致孔隙扩展,土体的冻胀率由孔隙的扩展长度和水变成冰的膨胀率决定。封闭系统中饱和冻结粘土冻胀过程中,孔隙受到冻胀力的作用使得孔隙长轴扩展、短轴膨胀,长轴尖端屈服,致使孔隙的面积增大。通过分析孔隙受到冻胀力的作用而扩展,借助小屈服假设求得冻胀量的解析解。对青藏高原北麓河白青粘土的实验表明,所求得的解析解与实验结果较好地吻合。     

冻土单轴压缩损伤特征与细观损伤测试

基于冻土单轴压缩的CT动态测试，提出冻土单轴压缩下的损伤由完全不同的两个阶段组成：其一是塑性硬化下的塑性损伤，其二是由于新产生的裂隙造成的微裂纹损伤。对两种不同损伤阶段下冻土微结构变化特征进行了讨论，给出了各阶段损伤计量计算公式。采用该方法分别对饱水冻土试样和未饱水冻土试样的损伤量进行了计算，得到了塑性损伤和微裂纹损伤阶段的损伤量及总附加损伤量。得出饱水冻土的塑性损伤和微裂纹损伤产生的应变条件门槛值分别为0．75％和5．0％，未饱水冻土的分别为0．70％和4．5％。     

原状冻土Ⅰ型断裂韧度KIc试验研究

针对原状冻土没有被扰动、土体内在微细观结构没有发生变化的特点，给出了试样制备与加工、初始裂纹预制及采用着色法测量裂纹尺寸的新方法．通过对当地土质进行分层冻胀量的观测，得出了不同埋深处冻胀量、冻深与时间的关系，并以此来严格控制试样制作及试验时的温度，以保证试验时试样的温度变化与实际相同深度冻土层温度变化一致．利用改造后的试验装置得到原状冻土Ⅰ型断裂韧度KIc值，说明了该试验方法是可行的．     

平面小变形弹塑性有限元求解断裂问题的研究

文章介绍了传统的用裂尖塑性修正求解平面 I型裂纹等效应力强度因子的方法。在此基础上 ,提出一种计算等效应力强度因子的数值方法。对有限元数值结果与传统方法的迭代结果进行了比较 ,证实该法适合于各类平面断裂问题。同时分析裂尖小范围塑性变形对远裂尖区域的影响。研究结果表明 ,由于弹塑性断裂问题的特殊性 ,在裂尖必须采用稠密网格 ,而其网格的自动生成也直接关系到该法的实际使用价值     

分子动力学模拟裂纹扩展及相关尺寸行为

运用分子动力学模拟方法研究原子弛豫对于裂尖场的影响,发现弛豫后裂尖离散非线性区半径约为150(A);如果原子区大于这一尺寸,连续介质力学的弹性场可以通过边界条件,有效影响原子尺度的裂尖行为.进一步研究表明:体心立方铁中,张开型裂纹在低温时为脆性解理扩展,并伴随裂尖层错和孪晶的形成;随着温度升高,裂尖层错和孪晶的形成逐渐减弱,在250 K左右发生脆韧转变;同时观察到裂尖位错发射.     

双材料界面裂纹小范围屈服边界元分析

为适于界面断裂问题的分析，完善并发展了基于小变形弹塑性理论的弹塑性边界元子域法。根据双材料界面裂纹小范围屈服分析的一般性结论，对双材料界面裂纹小范围屈服问题作了计算。针对断裂理论的边界层模型，计算了小范围屈服场的全场解。结果表明，对界面裂纹小范围屈服分析，能够发挥边界元法的优势，利用较少的单元数即可深入到塑性区内部较深范围，以得到裂尖附近的应力场以及比较准确的塑性区形状和尺寸。     

低温冻结状态下岩石的变形特性及力学行为研究

为研究冻土地区不同含水状态下冻结岩石的力学行为,对凝灰岩和玄武岩冻土试件进行了常温20℃和低温-20℃下的单轴压缩试验和巴西劈裂试验.通过观察其变形行为和声发射活动,研究了其断裂破坏过程以及饱水率对材料强度和变形性能的影响.结果表明,冻结岩石的破裂过程分为以下几个阶段:Ⅰ阶段为裂纹气孔闭合;Ⅱ阶段为弹性变形;Ⅲ阶段为裂...     

最大主应力与形状改变比能对断裂的影响

分析了裂纹尖端附近的形状改变能密度场和主应力场，结合试验数据研究了最大拉应力与形状改变比能对脆性断裂及断裂方向的影响。认为复合型裂纹的脆性开裂方向主要受形状改变比能的影响，开裂方向靠近形状改变比能取最小的方位，而此处的最大拉应力是影响裂纹开裂的主要因素。     

弹塑性断裂韧性及断裂评估的新方法

基于裂端区断裂失效的微观机理，结合修正Ｊ－Ｑ理论，本文导出了宏观断裂参数与裂端约束的关系，提出了描述材料断裂起裂起的理论断裂韧性及以此进行不同约束条件下断裂评估的一种新方法，利用大变形弹塑性有限元方法，分析了平面应力平面应变紧凑拉伸试件的裂端应力变场，对于厚度为０．５ｍｍ及２５ｍｍ的试件进行了弹塑性断裂评估。