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.     

材料线弹性断裂力学的断裂准则研究进展

 断裂准则在预测含裂纹材料发生破坏的时间、位置和裂纹扩展路径等方面具有重要意义。重点总结了线弹性材料中裂纹的断裂准则，阐述了应力强度因子准则、最大能量释放率准则、最大拉应力准则、最大拉应变准则、最小应变能密度准则等常用的断裂准则理论及其现状，以及这些准则的优点和局限性；基于常用断裂准则对应力分量和临界半径考虑不足，归纳了国内外学者提出的修正断裂准则，包括考虑T应力（非奇异项）和可变临界半径rc的影响。分析了断裂准则在岩石和混凝土脆性材料中的应用，针对基于断裂准则预测其破坏行为时存在的难题，建议将裂纹尖端应力场的高阶项T应力引入断裂准则，能更准确地预测裂纹的扩展路径与偏转角。     

疲劳荷载作用下的三维弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移

综合考虑疲劳作用应力、三维塑性区域边界上的交变正应力与交变剪应力,利用二阶摄动方法建立了计算疲劳载荷作用下三维弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移的理论模型。用数值解法进行求解,并作图分析了三维弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移的最大值和变化幅值与三维裂纹体几何尺寸及外载荷之间的变化关系。结果表明,随着裂纹体厚度的增大,三维弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移的最大值与变化幅值不断减小;当裂纹体几何尺寸相同时,弯曲裂纹尖端张开位移的最大值与变化幅值均随外载荷的增加而逐渐增大。     

幂硬化对疲劳弹塑性弯曲裂纹塑性区的影响

利用二阶摄动方法计算硬化材料弹塑性弯曲裂纹尖端的塑性区尺寸的最大值和和变化幅值.作图分析弹塑性弯曲裂纹尖端塑性区尺寸最大值、变化幅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塑性区尺寸最大值和变化幅值随材料硬化指数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塑性区尺寸最大值和变化幅值加速减少,减少的幅度越来越大.当材料的硬化指数相同时,弯曲裂纹尖端塑性区尺寸最大值和变化幅值随疲劳载荷的不断减小而逐渐减小.     

混凝土三点弯曲试验的计算机模拟

根据混凝土试件三点弯曲试验的物理模型,用ＭＦＰＡ数值模拟系统对砂浆和混凝土三点弯曲试件中预裂纹的扩展直至试件宏观破裂的整个过程进行了模拟分析·计算机模拟给出了试件的载荷 加载步曲线和混凝土试件的破坏过程的应力分布图·最后,对试件的破坏过程进行了分析,认为裂纹尖端的拉应力是裂纹扩展的动力,指出了混凝土组成材料的非均匀性是造成裂纹扩展路径曲折性的重要原因·     

基于最大周向应变准则的线弹性材料 纯Ⅰ型断裂机理研究

基于对裂纹尖端应力场常数项T应力的考虑和MTS准则的缺陷,建立基于最大拉应变准则的线弹性材料裂纹扩展判别准则.运用最大周向拉应变准则,以受双向压应力的无限大平板内含贯穿直裂纹为研究对象,给出线弹性材料裂纹的起裂方向和起裂条件,分析T"应力和泊松比对纯Ⅰ型裂纹的起裂角和断裂韧性的影响.研究结果表明,T应力和泊松比对裂纹起裂角和断裂韧性的影响是不可忽视的.考虑T应力后,裂纹扩展发生偏折,起裂角随泊松比的增大而增大;此外,T应力和泊松比对断裂韧性的影响分为两个阶段.考虑T应力的最大周向拉应变准则用于脆性材料裂纹起裂的研究弥补了应力准则的不足,能够更好地预测裂纹初始扩展角及断裂韧性.     

三维垂直裂纹在材料界面的扩展及影响因素

 针对三维垂直裂纹扩展到双材料界面时的路径选择问题,建立了双材料三维垂直裂纹在界面扩展的计算模型,提出了三维垂直裂纹在材料界面扩展的3 种方式及判断准则;以线弹簧模型模拟两种材料间的界面胶结情况,得到了裂纹在界面处的剪切位移及剪切应力,结合虚拟裂纹扩展技术计算能量释放率沿裂纹边缘的分布情况,分析了裂纹长度、界面参数及材料弹性模量对裂纹扩展路径的影响。结果表明,随着裂纹长度的增大,界面剪切位移逐渐增大,界面容易发生剪切滑移;随着界面参数的增大,能量释放率减小,同时,剪切位移也随之急剧减小,说明界面参数的增大对阻止裂纹穿透界面及沿界面扩展具有明显作用;当裂纹在较硬材料内时,裂纹容易穿透界面进入较软材料内。     

基于弹性应变能三维Hoek-Brown准则修正

基于能量转化是物质物理过程本质属性,从能量角度对H-B准则进行了研究.首先阐明了H-B准则在判断材料破坏时的能量机制,揭示其既是经验型强度准则,更是弹性应变能表示的能量型强度准则,据此得出提高H-B强度准则计算精度的关键所在;然后根据三维H-B准则与弹性应变能数学表达式之间关系,引入材料变形参数,建立仅有3个参数的修正...     

分形裂纹的断裂参数

基于分形几何学,推导了含Ⅰ型分形单裂纹的无限大平板在单向受拉时的临界开裂应力、断裂韧性、裂纹扩展力和断裂能的理论公式.以标准Koch分形曲线构造裂纹的边界,并由分形区域周长与面积的关系推导出平板的弹性应变能.利用Griffith断裂准则得到材料开裂的临界应力,并在此基础上给出了断裂韧性、裂纹扩展力以及断裂能的表达式,从而将G判据推广到分形裂纹情形,并对其进行数值计算以分析各参数的影响.结果表明:材料的断裂韧性与裂纹长度呈反向关系;裂纹的量测尺度将影响断裂韧性与分形维数的关系;裂纹越粗糙、长度越长,材料的断裂能越大.文中还证明了裂纹扩展的非光滑性.     

脆性材料在双向应力下阻力特性数值模拟

应用一个材料失效分析模拟软件MFPA2D模拟了玻璃在平面双向应力下不同破坏失稳过程,重点研究了平行于裂纹面的应力对脆性材料临界断裂参数的影响,运用数值模拟和试验及理论分析相结合的方法,阐明脆性材料在双向和单向应力下断裂参数的区别等问题.研究结果证明,双向应力对断裂韧性有明显影响,平行于裂纹面的拉应力对裂纹扩展有抑制作用,压应力对裂纹扩展有促进作用.因此,线弹性材料在双向荷载作用下,传统的应力强度因子准则不适用,裂纹扩展由裂纹尖端应变决定,即双向应力下裂纹扩展具有应变依赖性.     

非均匀孔隙压力场导向水压裂纹扩展机制

为揭示非均匀孔隙压力场对水压裂纹扩展的影响,采用多孔弹性力学、断裂力学、渗流力学和热弹性力学理论,建立了考虑孔隙压力的水压裂纹尖端应力强度因子计算模型,并采用室内实验和RFPA2DFlow数值模拟软件进一步分析了非均匀孔隙压力场对水压裂缝扩展的导向机制.研究结果表明:孔隙压力场的存在可以增大水压裂纹尖端的应力强度因子,从而诱导水压裂缝沿高孔隙压力方向扩展;同时,水压裂纹尖端的应力强度因子会随着孔隙压力增大而增大,孔隙压力越大,裂纹的偏转幅度也会越大.     

动载作用下损伤岩体的分形与裂纹扩展的探讨

由于岩石破碎过程非常复杂的,采用当前的动态断裂理论得出的裂纹扩展长度与实测值差异较大.基于分形几何和破坏力学的有关原理,讨论了动荷载作用下,岩体破碎的分形效应以及分形扩展对裂纹扩展速度和动态应力强度因子的影响.根据动态裂纹尖端的应力强度因子与静态应力强度因子的关系,建立了损伤岩体的裂纹扩展与分维数之间的关系,并从理论上对裂纹扩展长度进行了分析和计算.     

偏三点弯曲岩石试件中裂纹扩展过程的数值模拟

运用RFPA2D数值模拟方法,对偏三点弯曲岩石试样中裂纹的扩展路径进行了数值模拟·数值模拟结果表明:在加载过程中裂纹有失稳扩展过程;当预裂纹远离试件中心线时,裂纹的初裂纹角θc和峰值荷载增加,裂纹的失稳过程也更加明显·裂纹的扩展路径总体上遵循一定的规律,但由于岩石材料性质的非均匀性,局部的裂纹扩展呈现出曲折性·数值模拟结果与试验结果具有较好的一致性     

Ⅰ-Ⅲ型复合加载下铝合金疲劳裂纹扩展速率

通过有限元数值模拟和疲劳裂纹扩展试验,研究了铝合金材料在Ⅰ-Ⅲ复合型加载条件下的疲劳裂纹扩展规律,得到了在不同加载情况下裂纹的应力强度因子、裂纹前缘能量场和塑性区半径.在分析Ⅰ型拉力载荷对裂纹扩展的基础上,着重分析了Ⅲ型加载对Ⅰ型裂纹应力强度因子及裂纹前缘能量场的影响.结果表明:应力强度因子KⅠ随着Ⅲ型加载的增大而减小,而裂纹附近塑性区半径增大.进行Ⅲ型静态加载会使疲劳裂纹扩展速率减小,在一定范围内,Ⅰ-Ⅲ复合型疲劳裂纹扩展速率随着Ⅲ型加载的增加而减小;而在进行Ⅲ型循环加载会使疲劳裂纹扩展速率增大,在一定范围内,Ⅰ-Ⅲ复合型疲劳裂纹扩展速率随着Ⅲ型加载的增加而增大.     

一种用于水力裂缝扩展数值计算的材料断裂能反演方法与应用

为研究预置裂纹对水力裂缝扩展行为的影响，利用基于扩展有限元法的虚拟裂纹闭合技术计算能量释放率，借鉴PFC参数标定的思想，提出一种依据水压与裂尖能量释放率的关系反演材料断裂能的方法.将此方法计算出的断裂能作为材料参数，得到的起裂水压模拟值，与相关文献及水力压裂试验值对比，误差均不超过7%,证明了方法的可靠性.在此基础上研究水压注入预置裂纹时水力裂缝的力学行为，采用最大能量释放率准则，分析了围压应力和预置裂纹初始倾角对水力裂纹起裂与扩展的影响.结果表明，对于类岩石内斜裂纹，在水压作用下发生拉剪破坏，水力裂纹朝向裂纹前端拉应力等值线距离裂纹尖端最近的方向进行扩展，该方向径向切应力为0;相比于地应力，预置裂纹倾角对水力裂纹起裂水压力的影响较大，因此应主要通过改变注射角或者选择45°～60°的天然弱面进行压裂，从而降低工程成本.     

应力比对脆性材料断裂影响及应变断裂准则验证

应用材料破坏分析软件MFPA2D(material failure process analysis),模拟了平面应力下双向应力比不断变化条件下脆性材料的不同破坏失稳过程,并以玻璃为例,重点研究了其在复杂应力状态下不同双向应力比对脆性材料裂纹扩展和断裂的影响. 研究结果表明,裂纹失稳扩展时的应力强度因子值随着双向应力比的升高而升高. 该结果证明双向应力确实对脆性材料的断裂韧性有影响. 理论分析得出的应变失效准则与数值模拟研究结果及试验结果的比较研究表明,应变失效准则作为脆性材料在双向应力下的断裂准则是可行的.     

Ⅰ型平面应变定常扩展裂纹线场分析

本文合理地假设了近裂纹线塑性区外的弹性场的形式,从弹塑性理论的基本方程出发,通过在裂纹线附近弹塑性边界上应力和变形的匹配,得出了理想弹塑性不可压缩材料平面应变Ⅰ型定常扩展裂纹,近裂纹线的应力与变形场,以及弹塑性边界的单位法向量和长度,并基于裂纹前方一确定距离处的应变准则,给出了定常扩展判据.     

粘性超弹性材料中动态裂纹的振荡传播

作者运用一种Lattice-Model(大尺度分子动力学模型),研究了粘弹性材料中动态裂纹扩展的振荡行为.不同于通常的Lattice-Model,该模型中考虑到了粘弹性材料的非局域效应,即计算了离散元第二近邻的贡献.数值模拟的结果显示,裂纹尖端沿正弦状曲线快速扩展,并且,在不同的双轴应力下,计算了裂纹扩展路径对应的波长和振幅,与Deegan等人的试验结果相符.通过对局部的速度场分析,观察到在裂纹尖端的漩涡状速度分布和负速度分布,并探讨了裂纹传播的Stick-Slip现象.研究结果表明,对于具有粘性超弹性性     

泛形裂面构造及其复杂度

基于真实材料物理性质的非均匀特征,提出了一个简单的统计泛形裂纹扩展模型,用以描述脆性材料中泛形裂纹（或断裂面）构形,并采用计盒维数方法确定其复杂度.其中,假设裂纹沿最小能量耗散（依次按最小强度、最短路径、最小偏折角判定）方向扩展,且材料性质服从Weibull分布.计算得到的泛形裂纹构形的复杂度结果与实验结果吻合较好.进一步分析表明,泛形裂纹构形的复杂度可由材料性质的Weibull分布参数确定,而与泛形裂纹构形的随机性或涨落无关.     

半无限大功能梯度压电材料中反平面Yoffe型运动裂纹

基于三维弹性理论和压电理论导出了材料系数在横观各向同性平面内梯度分布的压电体状态方程,进而对材料系数按指数函数规律分布的半无限大压电体中的反平面Yoffe型运动裂纹问题进行了求解.利用Fourier变换给出了半无限大压电体中位移、应力、电势、电位移的解析表达式,并求得了裂纹尖端动应力强度因子、电位移强度因子,分析了不同的非均匀材料系数、几何尺寸及裂纹运动速度对它们的影响.