Ⅰ型裂纹尖端圆弧对应力强度因子的影响

应力强度因子表征了裂纹尖端奇异应力场的强度,它是研究裂纹扩展规律和带裂纹构件强度的基础。本文采用有限元法,对受均布荷载作用存在边缘Ｉ型裂纹的平面板进行了数值分析。研究了裂纹尖端圆弧对应力强度因子的影响,分别计算了具有不同裂尖圆弧 的Ｉ型裂纹的应力强度因子。采用应力法计算不同半径处的表观应力强度因子,插值到裂尖圆弧而得。根据计算结果,绘制KⅠ-r0曲线,利用最小二乘法拟合至尖裂纹（r0=0）即得理想尖裂纹的应力强度因子,与解析解相差仅0.7%。该曲线为带圆弧裂纹的应力强度因子测试和带圆弧裂纹构件强度计算提供了依据     

热辐射应力图像分析确定应力强度因子K_I 和裂纹尖端塑性区

本文借助于热辐射应力图像分析技术对裂纹尖端附近的应力场进行分析测定。记录了铝质紧凑拉伸试件的热辐射应力图像,给出裂纹尖端前沿的温度变化曲线。根据热弹效应和线弹性断裂力学理论,通过解析建立用热辐射应力图像分析技术确定Ⅰ型裂纹应力强度因子的基本方程。在此基础上,用热辐射应力图像分析技术实验确定Ⅰ型裂纹应力强度因子和裂尖塑性区。     

复合型裂纹应力强度因子的有限元计算

介绍一种计算三维复合型裂纹应力强度因子的外推法,由于裂纹尖端的奇异性,该法采用退化的1/4节点奇异单元,通过近裂尖的几个节点进行应力强度因子的求解,然后根据这些应力强度因子拟合成直线,求得裂纹尖端的应力强度因子。     

混合型应力强度因子的光弹性多参数测定

提高裂纹尖端应力强度因子值的计算精度,对于准确分析受力结构的起裂条件和破坏模式具有重要意义.本文采用3D打印技术获得了不含残余应力的平板模型,高精度打印预置裂纹避免了传统加工过程产生残余应力的缺点;综合考虑奇异场和非奇异场对裂纹尖端区域应力场的影响,引入远场边界控制的三个常数项应力,提出了光弹性多参数法;采用三点弯曲试验,运用最小二乘法计算了不同载荷下纯 Ⅰ 型和 Ⅰ-Ⅱ 混合型应力强度因子值,并与理论解对比分析.结果表明:对于纯Ⅰ 型应力强度因子,计算结果的平均误差为6.1%,对于 Ⅰ-Ⅱ 混合型应力强度因子,计算结果的平均误差分别为6.4%和5.5%,多参数法与理论解相比较小的计算误差验证了该方法的可靠性和准确性,可为精确计算应力强度因子的光弹性实验研究提供借鉴.     

爆破振动作用下巷道围岩微裂纹扩展研究

考虑开挖二次应力场和矿体回采爆破振动对圆形巷道围岩微裂纹的影响,探讨巷道围岩裂纹尖端应力场及单节理微裂纹的Ⅰ、Ⅱ型应力强度因子,基于双剪统一强度理论,研究圆形巷道围岩微裂纹裂尖在二次开挖应力场及爆破振动动力场作用下的裂尖起裂角和裂尖塑性区统一解.根据计算式及所得图形,分析比较爆破振动影响下微裂纹扩展角及裂纹尖端塑性区范...     

层状结构Ⅰ型裂纹尖端场的焦散线实验研究

为研究岩层断裂行为,利用透射式静态焦散线实验系统,采用铝-环氧树脂层状试件模拟岩层结构,进行了静态三点弯曲实验。通过观察和测量不同试件以及在不同加载条件下裂纹尖端焦散斑特征尺寸的大小,分析了铝-环氧树脂层状结构Ⅰ型裂纹尖端静态断裂行为特性,并与ABAQUS数值模拟的结果较好地吻合。实验结果表明:1相同加载力F下,裂纹尖端Ⅰ型焦散斑特征尺寸D及应力强度因子值KI随试件所含铝板宽度w的增加而减小;2试件中铝板对裂纹尖端阻裂作用随着加载力F值增加而增强,其焦散斑特征尺寸值D与加载力F关系曲线D-F及应力强度因子值KI与加载力F关系曲线KI-F均呈现先上升、后变缓、再上升趋势;3铝板宽度w越大,则其对裂尖的阻裂现象出现越早。     

交叉裂纹各裂尖应力强度因子同时快速求解的Williams单元

为了研究交叉裂纹各裂尖应力强度因子之间的相互影响,建立了交叉裂纹各裂尖应力强度因子同时快速求解的Williams单元,以十字交叉裂纹为例,分别对正交十字裂纹或斜十字裂纹各裂尖应力强度因子相关参数进行研究,分析了薄板尺寸、裂纹夹角与奇异区尺寸等相关参数对十字交叉裂纹各裂尖应力强度因子的影响,其中K_Ⅰ、K_(Ⅱ)为裂尖Ⅰ、Ⅱ型应力强度因子。算例分析表明,当板宽与裂纹长度满足W/a≥13时,能够忽略板的尺寸对正交十字裂纹裂尖应力强度因子的影响,可视为无限大板;对于斜十字裂纹情况,当水平裂纹长度不变时,随着斜裂纹长度参数d的增大,K_(Ⅰ,A)、K_(Ⅱ,C)和K_(Ⅰ,D)逐渐递减,而K_(Ⅱ,A)、K_(Ⅰ,B)、K_(Ⅱ,B)和K_(Ⅰ,C)逐渐递增,对于K_(Ⅱ,D)则出现先减后增的趋势;当斜裂纹长度参数d=0时,随着裂纹夹角γ的变化,K_(Ⅰ,A)、K_(Ⅰ,B)大小相等,符号相同,K_(II,A)、K_(Ⅱ,B)则大小相等,符号相反,且各裂尖应力强度因子对裂尖奇异区尺寸不敏感。证明了Williams单元能够同时快速求解交叉裂纹各裂尖应力强度因子,且具有较高的计算精度。     

双材料悬臂梁孔边界面裂纹应力强度因子计算

采用有限元方法求解了在压缩载荷作用下双材料悬臂梁孔边界面裂纹问题．在界面裂纹尖端的周围,使用了由8节点二维等参单元退化而产生的四分之一节点奇异单元来模拟裂尖应力的奇异性．在有限元分析中,考虑了裂纹面的接触作用．应用最小二乘法计算了Ⅱ型应力强度因子．数值结果表明：孔的尺寸对Ⅱ型应力强度因子和裂纹面接触压力有很大的影响;随着摩擦系数的增大,Ⅱ型应力强度因子减少．忽略裂纹面的摩擦作用,Ⅱ型应力强度因子可能被高估．     

热辐射应力图像分析确定应力强度因子K1和裂纹尖端塑性区

本文借助于热辐热应力图像分析技术对裂纹尖端附近的应力进行分析测定。记录了铝质紧凑拉伸试件的热辐射应力图像，给出裂纹尖端前沿的温度变化曲线。根据热弹效应和线弹性断裂力学理，通过解析建立用热辐射应力图像分析技术确定Ｉ型裂纹应力强度因子的基本方程。在此基础上，用热辐射应力图像分析技术实验确定Ｉ型裂纹应力强度因子和裂尖塑性区。     

脉冲电流作用下熔孔尺寸对止裂性能影响的仿真研究

采用有限元方法模拟带预制裂纹的构件在脉冲电流作用下的温度场,利用“生死单元”技术模拟脉冲作用出现的熔孔. 在恒定载荷作用下产生熔孔现象时,建立求解应力强度因子模型,探究脉冲作用后熔孔尺寸对钝裂纹应力强度因子的影响. 证明在恒定载荷作用下,随着熔孔尺寸增加,X轴最大应力位于裂纹尖端处呈下降趋势,修正后的应力强度因子呈上升趋势. 在一定尺寸范围内,修正后的应力强度因子小于尖裂纹的应力强度因子,熔孔形成的钝裂纹对于裂纹尖端止裂才会有效果. 研究结果可为含缺陷金属构件的修复机理研究提供科学参考.     

单裂纹对自增强厚壁筒的影响研究

分析了无裂纹时厚壁筒的应力计算方法,介绍了裂纹尖端位移外推的数值计算方法,采用Ansys软件研究了径比为1.7、裂纹长度为1 mm的厚壁筒在未自增强施加工作压力、自增强处理与自增强后施加工作压力三种工况下相对于无裂纹厚壁筒时的应力变化规律。并分析了裂纹前缘自由表面的张开位移及裂尖应力强度因子。结果表明:裂纹的存在只影响厚壁筒在裂尖沿扩展方向一定长度范围内的应力大小与分布;经自增强处理后施加工作压力产生在裂纹尖端前缘自由表面处沿厚度方向张开度明显小于未自增强处理,对其尖端应力强度因子与裂纹前缘张开位移值的计算可由前两种工况计算下叠加而成。     

复合裂纹的应力强度因子有限元分析

讨论裂纹尖端的应力应变与应力强度因子的关系,建立计算复合型裂纹应力强度因子的有限元方法,应用有限元分析软件ANSYS计算Ⅰ型裂纹和Ⅱ型裂纹的应力强度因子以及裂纹尺寸和载荷对应力强度因子的影响。研究结果表明:ANSYS解与解析解很接近,误差很小,验证了复合裂应力强度因子计算方法的有效性;ANSYS解在裂纹较大和较小时误差相对较大,这主要与划分网格的精度有关,裂纹较大时网格不够密,裂纹较小时网格产生变形的影响,可以通过增加网格精度来减小计算误差。     

层状结构I型裂纹尖端场的焦散线实验研究

为研究岩层断裂行为,利用透射式静态焦散线实验系统,采用铝-环氧树脂层状试件模拟岩层结构,进行了静态三点弯曲实验,通过观察和测量不同试件以及在不同加载条件下裂纹尖端焦散斑特征尺寸的大小,分析了铝-环氧树脂层状结构I型裂纹尖端静态断裂行为特性并与ABAQUS数值模拟的结果较好地吻合。实验结果表明：(1)相同加载力F下,裂纹尖端I型焦散斑特征尺寸D及应力强度因子值随试件所含铝板宽度w的增加而减小。(2)试件中铝板对裂纹尖端阻裂作用随着加载力F值增加而增强,其焦散斑特征尺寸值D与加载力F关系曲线D-F及应力强度因子值与加载力F关系曲线-F均呈现先上升、后变缓、再上升趋势。(3)铝板宽度w越大,则其对裂尖的阻裂现象出现越早。     

一维六方准晶中圆弧裂纹及抛物线裂纹的反平面剪切问题

利用复变方法,通过引入适当的保角变换,研究了一维六方准晶中的圆弧裂纹以及抛物线裂纹的反平面剪切问题,得到裂尖处的应力强度因子.在一些特殊条件下,圆弧裂纹和抛物线裂纹都可以转化为Griffith裂纹,通过极限运算,可以得到该Griffith裂纹在裂尖处的应力强度因子,所得结果与已有结果是一致的.     

富水区深埋巷道围岩微裂纹裂尖塑性区研究

利用断裂力学原理,考虑到水压力对微裂纹尖端应力场的实际影响,对巷道围岩单节理微裂纹的Ⅰ、Ⅱ型及其复合型裂纹应力强度因子进行了探讨.然后,采用双剪统一强度理论,研究了富水区巷道围岩微裂纹扩展角及裂纹尖端塑性区范围,并给出了包含反映岩石拉压性能差异的参数α、反映中间主应力效应的参数b及水压力的巷道围岩微裂纹裂尖塑性区统一解.     

若干含幂函数类对称曲线裂纹平面弹性问题的解析解

研究含幂函数类对称曲线裂纹平面弹性问题，与解决孔口问题类似．采用传统的复变函数保角映射法，给出适当的保角变换公式，将裂纹外的区域映射到一个复平面的单位圆内，得到了含幂函数类对称曲线裂纹尖端Ⅰ-Ⅱ型应力强度因子的解析表达式．该解在特殊极限条件下可解析地退化到穿透型直线裂纹的经典解，参数分析表明，幂函数类对称曲线裂纹尖端的应力强度因子与裂纹的尺寸和形状有关。     

基于XFEM的主次裂纹间应力强度因子相互作用

采用新型裂尖改进函数构建的Reduced XFEM,研究次裂纹与主裂纹的相互作用,以及次裂纹对主裂纹应力强度因子的影响,并在裂纹尖端采用互作用积分法计算应力强度因子。计算结果表明:次裂纹存在会使主裂纹的应力强度因子减小;次裂纹长度越长,主裂纹应力强度因子减小得越明显;次裂纹距主裂纹的位置与主裂纹的应力强度因子之间有一定的规律,主裂纹的应力强度因子随主、次裂纹间距离的增大呈“勺”形分布,且当该距离达到一定数值后主裂纹的应力强度因子变化较小,接近单裂纹状态。     

用云纹干涉法实测复合材料应力强度因子的实验研究

采用实时观测云纹干涉法 ,测试并研究了正交异性Ⅰ型裂纹的应力强度因子。用三维云纹干涉仪和数字图像采集技术获得了清晰的反映试件裂尖附近全场位移的云纹图 ,进而推算出应力强度因子。并对贴片云纹干涉法和实时观测云纹干涉法进行比较。     

冷加工对316L不锈钢裂尖力学特性的影响

采用弹塑性有限元软件的子模型技术,研究了核电压力容器高温水环境中冷加工程度对316L不锈钢应力腐蚀裂纹尖端应力应变状态和断裂参量的影响,并结合316L不锈钢在不同冷加工程度下屈服强度、杨氏模量、硬化指数和偏移系数的变化规律,对比冷加工程度对微观裂纹尖端应力腐蚀开裂速率的影响,发现冷加工程度不同,材料的力学参数不同,进而影响应力腐蚀裂纹尖端Mises应力、等效塑性应变、拉伸应力、拉伸应变的分布状态和裂尖J积分变化规律。结果表明:不同冷加工程度引起316L不锈钢材料力学性能的变化会改变应力腐蚀裂纹裂尖应力应变状态和断裂参量的分布规律,当应力强度因子一定时,随着冷加工程度的增大,应力腐蚀裂尖Mises应力增大,而裂尖的等效塑性应变减小,同时应力腐蚀裂尖的拉伸应力随着冷加工程度的增大而增大,而拉伸应变随着冷加工程度的增大而减小,裂尖J积分随着冷加工程度的增大而增大,冷加工程度的增加在一定范围内加剧了高温高压水环境中316L不锈钢应力腐蚀开裂速率。     

双轴压缩下闭合裂纹应力强度因子的解析与数值方法

采用"裂纹线应力场"分析方法,推导双轴压缩下有限岩板内闭合裂纹尖端应力强度因子的近似解析解,分析裂纹表面摩擦因数、侧压系数对裂尖应力强度因子的影响;运用有限元法对同一问题进行数值研究,并与解析解进行比较.研究结果表明:在岩体工程要求的精度之内,采用"裂纹线应力场"分析方法与有限元法这2种方法得出的结果基本吻合;裂纹长度a与岩板宽度W之比对裂纹尖端的应力强度因子有影响,按无限岩板情况计算裂纹尖端应力强度因子,其适用范围应有一定上限,即a/W≤0.2;当a/W>0.2时,应当考虑实际岩板的自由边界条件对裂纹尖端场的影响.