用于延性断裂韧性测试的载荷分离方法与应用

使用载荷分离理论的延性断裂韧性单试样方法,选取汽轮机转子钢Cr2Ni2MoV对规则化法和SPb分离参数法进行了研究.结果表明,在规则化法中,钝化修正时的钝化线方程仅对裂纹扩展较小时的J阻力曲线产生影响.提出了改进SPb分离参数法,消除了参考钝裂纹试样的影响;同时采用钝化修正后的初始裂纹长度和试验终止裂纹长度进行标定,可获得合理的裂纹长度预测结果.由改进SPb分离参数法得到J阻力曲线在较小裂纹扩展范围内均略高于由规则化法得到的J阻力曲线,而当裂纹产生扩展较大时,两种方法得到的J阻力曲线几乎完全重合;由规则化法得到的条件启裂J积分JQ值偏于保守.     

压应力对裂尖塑性区影响的量化研究

为了量化压应力对裂尖反向塑性区尺寸的影响,填补压应力作用下裂尖塑性区尺寸估算的空白,基于理想弹塑性材料采用有限元数值计算方法,研究了含有中心穿透裂纹有限平板在拉压循环载荷作用下裂尖塑性区尺寸的变化规律,并分析了裂纹长度、应力比、时间历程等因素的影响;建立了压应力引起的裂尖最大反向塑性区尺寸的估算模型,提出了一种适用于R0拉压循环载荷作用的基于裂纹最大张口位移确定最大反向塑性区尺寸的简便方法.     

基于VMCOD确定裂尖反向塑性区尺寸的方法

为了及时掌握动态变化的裂尖塑性区尺寸,以承受交变拉伸载荷作用的含有中心穿透裂纹的有限平板模型为研究对象,提出了一种基于裂纹最大张口位移变化量确定动态变化的裂尖反向塑性区尺寸的简便方法.以理想弹塑性材料的无限大板为基础,通过理论分析和有限元数值计算,建立了裂尖反向塑性区尺寸与裂纹最大张口位移变化量之间的函数关系,并研究了模型尺寸、裂纹长度、弹性模量、屈服极限和应力比等因素对函数关系的影响.研究结果表明:提出的方法能够消除这些因素的影响,适用于应力比大于等于0交变载荷作用的任意材料的有限平板模型.     

孔边裂纹J积分换效评定曲线

计算了单边椭圆缺口试件高应变区裂纹的Ｊ答分失效评定曲线，考察了影响ＦＡＣ的几种因素。结果表明：在外加载荷与塑性屈服载荷这比≤１．０时，用Ｒ６通用失效评定曲线进行结构高应变区裂纹断裂评定与疲劳剩余寿命估算是安全的。     

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．     

疲劳裂纹在TA2板中扩展及超载迟滞效应的实验研究

以中心裂纹拉伸M(T)试样为试件,研究了TA2钛板中Ⅰ+Ⅱ复合型缺口裂纹在不同载荷条件下的扩展情况,重点研究了在恒幅载荷和超载载荷下新裂纹的起裂、扩展和迟滞。结果发现在TA2材料中,从I+II复合型缺口裂纹尖端起裂的新裂纹是以Ⅰ型裂纹型式向前扩展的,并且与缺口裂纹取向以及是否受到超载无关;裂纹疲劳扩展速率和Ⅰ型应力强度因子变化幅之间的关系符合Paris公式;经过超载后,裂纹在TA2材料中的起裂和扩展难度显著提高,而且裂纹越短,超载迟滞效应越明显,超载后在裂纹尖端附近形成的残余压应力塑性区是产生超载迟滞效应的原因。     

不同韧性材料扩展裂纹尖端GH奇异场(英文)

用云纹法和光学空间滤波技术测量了双边裂纹单向拉伸的４种不同硬化指数铝 试件扩展裂纹尖端三维位移场；分析了位移奇异性；与ＧＨ理论解进行了比较。给出了 Ｉ型、平面应力、幂硬化材料扩展裂纹尖端奇异场比较的形式。证明和确定了试验的 ＧＨ奇异场主导区的存在及其范围和形状。ＧＨ主导区的尺寸和形状与材料特性、试件 几何尺寸和外载形式有关。在ＧＨ场内裂纹尖端附近有三维变形损伤区，该区内不是ＧＨ 奇异性．紧靠裂纹尖端有一个断裂过程区。随着外载荷增加将随机地出现孔洞并导致裂 纹扩展。     

含界面裂纹压电体界面上作用位错和集中载荷的基本解

研究了压电体双材料界面上的裂纹与位错、集中载荷的相互作用,得到了问题的闭合解,包括应力－电位移场、裂纹张开位移和电势差,结果表明,在界面上的位错和集中载荷作用下的压电体双材料界面上的裂纹裂尖近区仍具有ｒ＾－１／２＋ｉε的振荡奇异性,并求得了裂尖应力强度因子和集中载荷作用下的权函数的显式。     

周边切口试件裂纹稳态扩展过程的动力学有限元分析

建立了以实测的平均载荷^P作为试件端面的力边界条件；以实测的tid和a(t)作为运动边界条件，将周边切口短圈柱试件简化为左右对称且轴对称的精细有限元模型；成功地、较真实地反模拟了冲击加载下裂纹稳态扩展的运动过程，进一步论证了在起裂纹时的围道j(t)积分和裂纹稳态扩展的围道J(t)积分在裂尖稍远处是守恒的；计算得到的阻力曲线与试件尺寸无关；模拟了裂纹起裂及稳态扩展时的变形场和应力场的演化过程，并通过这些精细场的演化过程进一步论证了相应的表征和测试方法。     

TBM滚刀动、静载荷组合破岩数值模拟

在对TBM破岩实际工况的合理简化基础上,采用颗粒流软件建立动、静载荷组合破岩数值模型,从微观裂纹发育与宏观损伤断裂角度出发,研究动、静载荷作用下单滚刀破岩特性。研究结果表明:在不同频率及速度振幅动、静载荷作用下,TBM滚刀切削扩展模型与钝刀切削扩展模型相类似,主要差异体现在密实核与损伤区域面积和宏观裂纹发育之上;在多数情况下,动、静组合加载有利于剪切微裂纹的发育而不利于张拉微裂纹发育;动、静载荷会在一定程度上增大密实核与损伤区域面积;中低频时,中间裂纹长度与频率成正比,而高频时中间裂纹长度与频率成反比,高频不利于中间裂纹发育;当频率小于等于2 Hz时,中间裂纹发育与速度振幅成正比,而当频率高于2 Hz时,利于中间裂纹发育的速度振幅为0.4 mm/s;低频大速度振幅加载有利于侧向裂纹发育,高频大速度振幅加载不利于侧向裂纹发育。     

局部应力-应变法应用于海洋石油钻井平台构件疲劳强度的计算

本文介绍了计算结构疲劳寿命的新方法——局部应力-应变法,并就这种方法应用于海洋石油钻采平台构件的疲劳寿命计算问题中作了一些探讨。针对这一应用中出现的特殊问题提出了解决的方法。并进行了随机载荷作用下试件的疲劳寿命估算和海水环境中试件的腐蚀疲劳实验及相应的裂纹萌生寿命估算。经计算,理论值与实验值的相对误差为17.2％,表明本文所述裂纹萌生寿命的计算方法可行。     

Dynamic crack growth in a fiber-reinforced composite plate

The dynamic fracture process of fiber-reinforced com-posite materials due to impact loading is a complex me-chanical phenomenon. There have been much profound researches by means of theoretical analysis, experiment and numerical simulation[1,2]. But most of them focused on two aspects: the orientation of dynamic crack growth is either parallel to the fiber direction, or along a bimaterial interface of two fiber-reinforced composites. They simply assumed the mechanical model of fiber-reinforced…     

J积分全塑性近似解及其在紧凑拉伸试样上的应用

将具有一定应变硬地指数的二维裂纹体在单一载荷作用处的位移分成线弹性部分和塑性部分。在平衡裂纹条件下，将塑性部分表达为该载荷与裂纹长度的函数。由此推得的Ｊ积分全塑性解析解具有适用于各种构形的一般性，且具有较高的精确度。本文将此解应用于紧凑拉伸试样，引用Ｃ．Ｆ，Ｓｈｉｈ等人的有限元结果及准解析解，发现本文得到的第二项比Ｍｅｒｋｌｅ－Ｃｏｒｔｅｎ公式的第二项具有明显优越的修正效能。     

裂缝在压剪条件下的应力场和扩展能

用无缝宽的光测模型试验和位移不连续边界无法研究了压剪条件下缝面和缝端的能量分配和敏感性。试验和计算表明压剪裂纹在缝端存在强烈的应力集中区,属于断裂问题,应由韧性判别,由实验得到的应力场和计算应力场在整体上很相近,但在缝端相差较大,压剪缝延伸可用离缝端一定距离的应力当量韧性来判断。     

16MnR钢应变疲劳裂纹扩展速率的实验研究

通过16MnR裂纹试样在载荷控制和位移控制下的应变疲劳给出了16MnR应变疲劳扩展速率;比较载荷控制与位移控制下裂纹疲劳扩展速率发现,两种方式的应变疲劳所获得的应变疲劳扩展速率差异明显;实验证明裂纹试样的应变疲劳扩展速率与疲劳过程中塑性变形功的大小密切相关。     

基于强度组配对设计曲线的简单修正

将相当应变的观点应用到含有一个焊缝裂纹的焊接宽板中，可以看出焊缝金属与母材塑性的差异显著影响其断裂韧性和裂纹扩展驱动力，重要的一点是仅根据断裂韧性或裂纹扩展驱动力来衡量焊接接头非等组配的影响是不够的，如果材料的应力应变曲线合线性硬化规律，得出一个简单的ＣＴＯＤ设计曲线的修正表达式，可以用来预测焊接结构的极限载荷、极限应变或极限裂纹长度。     

解理断裂前裂纹尖端变形与开裂的有限元模拟

对16MnR钢三点弯曲(3PB)裂纹试样进行了实验和有限元计算,模拟了裂尖开裂与钝化的构形和应力应变分布图.发现在临界载荷前,预裂纹尖端仅仅发生钝化;当载荷达到临界值时,开始有小裂纹起裂,随后钝化;再达到又一临界载荷时,小裂纹再次起裂,而后扩展,反复出现直至解理断裂发生.在模拟裂纹沿斜面起裂时,当小裂纹很短时,对对称面上的应力、应变和三向应力的分布影响比较小;只有小裂纹扩展到足够长并钝化到足够宽,才能够影响主裂纹的扩展及其前端应力、应变的分布.并针对采用有限元法在模拟裂纹扩展时所遇到的问题,探讨了模型的建立、网格的划分、断裂准则的应用以及网格重组技术的运用.     

多处损伤LY12CZ铝合金加筋板的疲劳裂纹扩展研究

进行了多处损伤LY12CZ铝合金加筋板的疲劳裂纹扩展的分析与试验研究。给出了典型的随机载荷谱下铝合金加筋板多裂纹扩展的预计方法。用组合法和类比法计算多处损伤LY12CZ铝合金加筋板的应力强度因子。考虑每个载荷循环裂纹之间的相互作用影响,以Walker裂纹扩展公式和Willenborg-Chang裂纹扩展公式为基础,用循环续循环进行裂纹累积,用虚拟施加剩余强度载荷和裂尖韧带塑性区连通判据确定临界裂纹尺寸。进行了恒幅谱载荷及程序块谱载荷下加筋板多裂纹的扩展试验研究。对比了铝合金多裂纹扩展的分析预计结果和试验结果,对比结果表明,预测的寿命与试验结果吻合较好。     

Determination of Concrete Fracture Parameters from a Three-Point Bending Test

The mechanical behavior within the processing zone of concrete material can be well described by the crack bridging performance. The material properties related to the crack bridging are cracking strength, tensile strength, and the stress-crack width relationship. In general, the cracking strength is lower than the tensile strength of concrete. Crack propagation is governed by the cracking strength. This paper presents a method to determine the above material parameters from a three-point bending test. In the experiment, a pre-notched beam is used. Corresponding values of load, crack mouth opening displacement, and load point displacement are simultaneously recorded. From experimentally determined load-crack mouth opening displacement curves, the above-mentioned crack bridging parameters are deduced by a numerical procedure. The method can be used to evaluate the influence of coarse aggregate and cementitious matrix strength on the stress-crack width relationship, tensile strength, and fracture energy of concrete.