裂纹尖端的塑性区分析

应用叠加原理，将Ⅰ型，Ⅱ型和Ⅲ型裂纹尖端附近区域的应力场进行叠加，从而得到Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ复合型裂纹尖端附近区域的应力场。在此基础上，依据Ｍｉｓｅｓ屈服准则，导出Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ复合型裂纹尖端的塑性区边界曲线方程。最后，对各种类型的裂纹尖端的塑性区进行了讨论。     

Ⅰ,Ⅱ复合型裂纹尖端的塑性区分析

应用叠加原理,将Ⅰ型和Ⅱ型裂纹尖端附近区域的应力场进行叠加,从而得到Ⅰ,Ⅱ复合型裂纹尖端附近区域的应力场。在此基础上,依据Mises屈服准则,导出Ⅰ,Ⅱ复合型裂纹尖端的塑性区边界曲线方程。通过一个实例对塑性区的尺寸与形状进行了具体地分析和有意义地探讨。     

热影响区强度对裂纹尖端塑性区的作用

用弹塑性有限元（ANSYS软件）计算了低组配焊接接头中不同热影响区屈服强度条件下，接头裂纹尖端塑性区的形状和大小的变化。计算结果表明，热影响区屈服强度的变化对接头裂纹尖端塑性区影响规律为屈服强度的降低，塑性区增大，焊缝和母材的塑性区减少。抗断性能分析表明，热影响区强度变化导致裂纹尖端塑性区变化，从而影响热影响区和焊缝的抗断性能。     

疲劳裂纹尖端塑性区的云纹法测定

本文用云纹法获得了GCr15钢经拉一拉疲劳试验后裂纹尖端的云纹信息,计算处理得出裂纹尖端塑性区的主应变场,其形状好似蝴蝶,建立了蝴蝶形主应变场的数学式子。实验结果表明:与轴呈45°方向上的ε_x为零且主应变场梯度最小,而沿裂纹方向主应变梯度最大,间接地证实了Laird的展性裂纹扩展钝化机制。     

两条等长共线裂纹尖端塑性区扩展理论研究

采用Kachanov法基本思想求解2条等长共线裂纹相互作用下裂纹的应力强度因子,分别基于Mises屈服准则和D-P屈服准则推导了裂纹尖端塑性区半径的表达式,并求得裂纹相互作用下塑性区半径的扩大倍数,其值为2条裂纹相互作用下的应力强度因子与单裂纹状态下应力强度因子比值的平方。在此基础上,分析了裂纹间距对塑性区扩展的影响。研究发现,同一裂纹倾角下裂纹间距与裂纹长度比值越小,2条裂纹尖端的塑性区半径越大,裂纹尖端塑性区扩展速度越快,直至塑性区发生接触,且不同的裂纹倾角,裂纹尖端塑性区发生接触的条件不同。     

裂纹尖端塑性损伤场及近场损伤准则

本文应用损伤理论研究裂纹尖端区域,得到了裂纹尖端的损伤场。根据细观实验分析提出了一个近场损伤准则,建立了宏观力学参量与材料细观组织参量之间的关系,并用实验结果进行了验证。     

I型裂纹尖端无位错区近场的微观断裂模型

经微观实验及在位错理论的基础上建立了Ｉ型裂纹尖端无位错区（ＤＦＺ）近场的微观断裂模型，对其进行了数值计算。结果表明：位错密度最大值处即是实验观察到的微孔洞萌生位置。     

DSCM测量铸铁裂纹尖端演化过程

基于梯度的搜索算法计算亚像素位移、基于位移场局部最小二乘拟合计算应变场.测量了铸铁预制裂纹三点弯曲梁裂纹尖端的演化过程,给出了试件加载过程中的全程荷载-位移曲线以及试件裂纹扩展的过程.由DSCM分析结果,给出了试件在不同加载阶段下裂纹尖端的位移场及应变场.     

具有中间穿透裂纹载流薄板裂纹前缘的应力场

用复变函数方法研究了带有中间穿透裂纹的载流薄板在瞬间电流通入时，在裂纹尖端处由于电流集中及电磁热效应而形成的点热源的计算方法，进而推导并计算了由此热源在裂纹前缘产生的温度场和应力场。通过控制通入电流密度，可以使裂纹尖端温升达到熔化状态，至使裂尖钝化，由温升产生的压应力可以遏制裂纹的扩展。在文中讨论了裂尖附近材料的热传导系数、线胀系数、弹性模量随温度的变化，及其对应力场的影响。     

C-Mn钢裂尖区解理断裂行为的研究

对C-Mn钢三点弯曲裂纹试样进行了实验和有限元计算,分析了裂尖断裂行为.研究结果表明在达到某一临界载荷前,裂尖只发生简单的钝化,并且在裂尖前端满足解理断裂三个判据的不同区域是相互分离的.因此形核的裂纹因不能扩展而不能引发解理断裂.随外载荷增加,高于这个临界载荷时,小裂纹在裂尖处形核、扩展,随后被钝化.此时裂尖前端的塑性应变被保留下来,但是三向应力度被释放掉,随后又重新建立,从而使得三个区域相互靠近.在第二个临界载荷下,三个判据都满足的区域相互重叠,解理裂纹形核并扩展.可以在裂纹形核区域和裂纹扩展区域刚要重叠的那一瞬时,决定解理断裂的最小距离.结合解理断裂的三个判据,裂尖断裂行为及由其产生的断裂驱动力参数(εp,σm/σe和σyy)的相应变化为钢的解理断裂在细观上提供了一个完整的物理模型.     

裂纹顶端塑性区内方向应变能的裂纹扩展准则

在应用断裂力学和塑性力学对裂纹顶端的分析基础上,提出了裂纹顶端塑性区内方向应变能的概念,并建立了基于此概念上的裂纹扩展准则,引入裂纹顶端临界扩展本征区概念,消除了应变能积分中的奇异性.与其它裂纹扩展准则的比较结果表明,在此基础上建立的裂纹扩展准则是合理可行的.     

四点弯曲型试件的裂纹面张开位移

研究了四点弯曲型试件在各种类型载荷作用下的裂纹面位移，并考虑了裂纹尖端塑性区对它的影响。得到了它的计算式与数值计算程序，为研究疲劳裂纹的闭合行为提供了分析手段。     

裂纹尖端位错发射与运动的分子动力学模拟

带缺陷的高强度X80管线钢基体相α-Fe裂纹顶端的变形机理对于揭示该材料的失效机理是非常重要的.采用嵌入原子方法（EAM）描述原子间作用势,由大型分子动力学并行软件LAMMPS（Largescale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator）,建立足够大的模型以避免边界对位错发射与运动的影响,对中心裂纹板施加远场应力载荷,获得了裂尖发射位错的临界应力强度因子.模拟结果显示,在远场应力作用下,裂纹尖端出现了间歇性发射出位错的现象,即,首先在裂尖沿［1 1〖     

裂纹的相互作用对于岩石动力行为的影响

岩石作为非均匀介质含有大量的微裂纹,在外载作用下裂纹会相互作用.本文基于岩石的翼状裂纹模型,考虑了正方形裂纹阵列和六边形裂纹阵列两种情况下裂纹的相互作用,利用裂纹的运动方程和加载方程,研究了动力加载下Ⅰ型裂纹之间的相互影响对于岩石动力行为的影响.通过数值分析,定量研究了不同裂纹密度对岩石动力变形和破坏过程的影响.结果表明,裂纹密度越大,裂纹的相互作用越强烈,破坏时加载强度越低,惯性引起材料的轴向附加应力越大.     

双相介质界面裂纹的J积分守恒性研究

通过证明得到了双相介质层状复合材料中的任意一种均质材料的回路J积分等于零;证明了在双相介质层状复合材料的界面上裂纹,以及平行界面的裂纹尖端的围道J积分是守恒的,为J积分表征多相材料的断裂韧性提供了理论依据.利用有限元的方法对给出的J积分,进行数值验证.     

结构钢材裂纹尖端张开位移的低温试验

目前对结构钢材低温脆性断裂的控制主要通过冲击韧性指标,难于获得定量的结果,因此,有必要对结构钢材的断裂指标进行低温测定。试验测定了结构钢材Q235A、Q345B和Q390E(屈服强度标准值分别为235MPa、345MPa和390MPa)在20～-70℃下12～48mm试样的裂纹尖端张开位移指标(CTOD),并分析了最大载荷CTOD特征值δm随温度和厚度的变化规律。结果表明,总的趋势是δm随着温度的降低而下降,其规律可以比较好的用Boltzmann函数描述;厚度增大,δm的总趋势降低,但在厚度12～24mm范围附近也会出现δm随厚度增加而上升的现象。     

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