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.     

多相介质层状材料中围道^J积分守恒性的研究

通过证明得到了多相介质层状材料中的任意一种均质材料的回路^J积分等于零;证明了在多相介质层状材料的界面上裂纹,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.     

基于J积分分析固体火箭发动机药柱界面裂纹的稳定性

为探讨某型固体火箭发动机药柱前端壳体/绝热层、绝热层/包覆层、包覆层/推进剂界面裂纹在点火发射时的稳定性,采用3维黏弹性有限元方法,通过在3维J积分柱面内脱黏裂纹尖端上构建奇异界面裂纹单元的方法提高计算精度,分别计算随着界面裂纹沿界面扩展不同深度的J积分,根据J积分随脱黏裂纹深度与位置的变化规律探讨脱黏裂纹的稳定性.结果表明,发动机点火发射时,对应发动机前翼槽结构的各界面裂纹J积分值为全局最大,并且各界面裂纹的J积分值随着脱黏深度的增加呈单调增长趋势,即当界面裂纹脱黏深度到达一定的深度后将失稳扩展.      

滑动接触效应对裂纹尖端J积分值影响分析

采用断裂力学和有限元法对无润滑摩擦条件下滑动接触效应对摩擦表面裂纹尖端J积分值的影响进行研究,分别得到了不同摩擦因数、接触压力、裂纹长度和裂纹形态下裂纹尖端J积分值的变化规律.结果表明:摩擦效应对裂纹尖端J积分值的影响因裂纹形态不同而变化;对于竖直型裂纹,摩擦效应的增加加剧了裂纹尖端J积分值的变化;对于斜裂纹,在滑动至裂纹附近时,摩擦效应的增加减弱了裂纹尖端J积分值的变化.裂纹尖端J积分值波动幅度随着接触压力的增大而增大.相同接触压力和摩擦效应下,裂纹与滑动速度方向的夹角越小,裂纹尖端J积分值变化越显著.裂纹尖端J积分值随着裂纹深度的增加先增大后减小.     

J积分与断裂力学数值方法

在弹塑性断裂力学中,J积分起着非常重要的作用,决定着裂纹尖端场的性质,是裂纹发展的重要判据。本文讨论了J积分与相互作用J积分的有限无数值方法以及提取应力强度因子的方法,并给出有限元数值方法算例。     

计算功能梯度压电材料能量释放率的修正J积分法

功能梯度压电材料的非均匀材料特性将导致标准J积分失去与路径无关的特性．为此,提出了修正J积分来计算裂纹尖端的能量释放率,该修正J积分在功能梯度压电材料中具有与积分路径无关的性质．以功能梯度压电板的平面问题为例,给出了一些数值算例以说明修正J积分在计算功能梯度压电材料能量释放率方面的优越性．     

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.     

含损伤焊接接头裂纹体J积分的有限元数值研究

针对三点弯曲裂纹试样，利用弹塑性损伤-应变耦合的有限元方法，研究了在不同强度匹配焊接接头中，母材区断裂应变的变化对焊缝区裂纹断裂力学参量J积分的影响规律研究结果表明，在焊接接头中，材料损伤的出现将使裂纹扩展驱动力J积分增加，即裂纹更易扩展。对于高、等和低匹配的焊接接头，在焊缝区各项力学性能参数保持不变的条件下，随着母材区断裂应变的减小，焊缝区的塑性应变及裂纹扩展驱动力J积分均有明显的提高，使结构的安全性下降。随着接头强度匹配比的降低(母材屈服强度的升高)，母材区断裂应变的变化对J积分的影响作用逐渐减弱。     

正交异性复合材料板裂纹尖端J积分的理论探讨

本文对线弹性正交异性复合材料单层板裂纹尖端附近的J积分进行了系统的理论研究。借助于复变函数方法 ,通过将J积分化为复形式 ,首先证明了弹性主方向的Ⅰ型、Ⅱ型、混合型裂纹尖端附近的J积分的路径无关性 ,推出了该J积分的计算公式。其次对于非弹性主方向的受对称载荷作用、受非对称载荷作用的裂纹尖端附近的J积分给出了相应的结果     

火焰筒掺混孔边裂纹在变温情形下的J积分、C(t)积分

针对某型火焰筒高温条件下裂纹萌生以及扩展问题,利用含裂纹圆孔模型和有限元方法分别在稳定温度场和瞬态变化温度场下进行数值模拟,通过J积分和C（t）积分结果估计裂纹尖端场强度。J积分和C（t）积分在两种情况下表现出明显差异,表明瞬态温度场下的裂纹扩展与稳态温度场下的情况显著不同。对这种现象进行了初步探讨,利用J积分和C（t）积分判断火焰筒掺混孔边裂纹扩展趋势。     

切口尖端不同曲率半径试件的动态有限元分析

数值分析与试验均证明在裂纹尖端存在着J主导区,J积分可以作为决定裂纹起裂的参数.由于韧带较窄,机械加工难以获得深切口尖端的曲率半径为零.考虑裂纹尖端存在一定曲率半径的情况下,对不同切口深度比的裂纹进行动态有限元计算,并和切口尖端曲率半径为零的裂纹进行对比,讨论了切口的曲率半径对J积分的影响,为下一步的断裂试验提供数值分析依据.     

用J积分对含穿透裂纹碳钢管道进行断裂分析

通过对6根管试样的试验研究和理论分析,确定了含穿透裂纹20#钢管道J积分和JR阻力曲线的计算方法,使得应用J积分理论对含穿透裂纹碳钢管道进行断裂分析得以实现.     

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．     

疲劳裂纹扩展可靠性分析的N-J模型方法

引入参数不确定性概念,采用概率统计方法研究了疲劳裂纹扩展过程中的可靠性问题,建立了以疲劳寿命N和J积分为随机变量的疲劳裂纹扩展可靠性模型,即N-J可靠性分析模型,并用Monte-Carlo法模拟了J积分的分布.与已有可靠性分析模型相比较,N-J模型更适合于描述疲劳裂纹扩展的可靠性问题.     

基于XFEM的垂直于双材料界面的裂纹扩展问题

 基于扩展有限元法,提出了双材料界面上垂向裂纹应力强度因子的计算方案。导出由6 项组成的新型裂纹尖端位移增强函数,基于裂尖应力场和位移场的解析解,建立路径无关J_kε积分与应力强度因子K_ⅠK_Ⅱ的关系式,利用扩展有限元法计算J_kε积分,通过上述关系式求得应力强度因子,用最大周向应力准则确定裂纹扩展角θ_p。数值计算表明,J_kε积分与XFEM 结合可有效解决垂直于双材料界面的裂纹扩展问题;当裂纹由弹模较小材料朝着弹模较大材料扩展时,裂纹扩展角θ_p较小,而由弹模较大材料朝着弹模较小材料扩展时,θ_p较大;4 点弯曲试验结果表明,裂纹扩展角θ_p与界面两侧材料的泊松比比值v₁/v₂无关,而与弹性模量比值的对数lg（E₁/E₂）成指数关系。     

裂纹慢稳定扩展问题的J_R曲线方法研究

本文用修正J积分和带侧槽三点弯曲试样测定了几种国产中低强钢的J_R曲线;研究了J_R曲线受试样厚度的影响。还介绍了弹塑性裂纹扩展推力曲线及其确定方法。最后由J_R曲线的概念确定了材料抗裂纹扩展的最大阻力。     

传统断裂力学参量在TBCs界面断裂中的可行性分析

通过对TBCs/Q345涂层试样进行拉伸强度测试试验,并结合有限元模拟计算,对复应力强度因子K及J积分用于评定TBCs涂层界面断裂问题的可行性进行了分析.通过采用应力计算法计算涂层界面裂纹的复应力强度因子K,发现在裂纹尖端区域存在一个K主导的弹性区域,可以说明K因子有效,可用于评价脆性涂层的界面断裂问题;而通过有限元方法得到的J积分分布很不均匀,表明J积分不适于评价涂层的界面断裂问题.     

拉丝过程中的缺陷模拟及其在拉拔工艺优化中的应用

模拟了无缺陷时盘条在高形变区的应力场分布,说明了芯部人字形裂纹形成的机理.然后针对芯部圆盘状裂纹提出轴对称计算模型,基于此计算模型研究模具顶角、摩擦系数等工艺参数对形变区内裂纹尖端应力场分布的影响,得出随着拉丝模具顶角的增大和摩擦系数的减小,裂纹尖端应力集中区域与拉丝轴之间的夹角变小,即形成笔尖状断口的斜角变大,笔尖变得更细长.最后定量研究了模具顶角、摩擦系数、裂纹尺寸对J积分的影响.结果表明:随着裂纹尺寸的增加、模具顶角的增大和摩擦系数的增大,J积分值随之增大;在摩擦系数为0.1时,对于相同尺寸的裂纹,J积分值随着模具顶角的减小而减小,当达到模具顶角8°后,J积分值变化较小,趋于一定值.研究结果应用于拉丝工艺优化,为进一步改进工艺提出了指导性建议.     

弹塑性双材料界面裂纹尖端场一阶项分析

详细分析了弹塑性材料与弹性材料或另一硬化指数ｎ不同的弹塑性材料固结时，界面裂纹尖端场渐近展开中一阶项的力学意义，给出由Ｊ积分和应力三轴度Ｑ两个参数共同确定应力和位移分布的条件。     

大直径周边切口试件的冲击拉伸试验系统的弹塑性有限元分析

为在旋转盘式间接杆杆型冲击拉伸试验装置上更好地实施起裂止裂试验 ,对采用直径大于杆径的周边切口试件的动态断裂试验系统进行了弹塑性有限元动力学分析 .结果表明 ,尽管试件端面的应力场和位移场是非均匀的 ,但对于深裂纹大直径试件 ,围道J积分仍是守恒的 ,J积分仍可作为裂纹尖端的表征参量 ,且Rice远场J积分公式仍可推广应用 ,但必须对由一维试验原理所得到的试件两端的平均相对位移和载荷进行修正 .为此 ,提出了一种有效的相应修正方法 ,由此得到的远场J积分与动态围道J积分吻合得很好