恒应力速率下陶瓷材料的亚临界裂纹扩展模型

从断裂力学出发,利用阻力曲线（Ｒ曲线）,建立了恒应力速率条件下陶瓷材料亚临界裂纹扩展模型．利用计算机数值计算,获得材料在动态载荷条件下,裂纹扩展速率Ｖ与应力强度因子Ｋ的关系（Ｖ－Ｋ曲线）,并分析了动态疲劳现象的本质．此模型的中心思想在于将亚临界裂纹扩展分为相互独立的２个过程,即：裂纹瞬时局域失稳扩展和应力腐蚀．利用此模型,对Ｓｉ３Ｎ４陶瓷的动态疲劳特性作出的理论预测与实验结果趋势一致．     

岩石亚临界裂纹扩展及其应用研究

 亚临界裂纹扩展是岩体工程破坏时间效应的原因之一。应力腐蚀机制能很好地说明亚临界裂纹的扩展,其中适合岩石材料的应力腐蚀理论是Charles理论。利用双扭试件可获得岩石亚临界裂纹扩展Charles理论的相关参数。将传统断裂力学中拉伸应力和压剪应力下的裂纹扩展模型与Charles理论相结合,推导出与时间相关的裂纹扩展模型。采用双扭试件测得了中条山有色金属集团某矿矿岩的亚临界裂纹扩展参数。将此参数应用于拉伸应力下与时间相关的裂纹扩展模型,预测矿岩崩落时间,结果表明：该模型能较好地预测矿体的崩落;同时,也可为其他岩体工程的施工开挖提供指导。压剪应力下与时间相关的裂纹扩展模型的应用及复杂状态下多裂纹相互影响的扩展模型,有待进一步研究。     

准脆性材料的细观损伤演化模型

针对以缺陷密度为参量的细观损伤演化模型的局限性 ,着重研究了微裂纹尺寸对损伤演化的影响。提出了含三相正交分布等尺寸微裂纹的准脆性材料稳定扩展的细观损伤演化模型。给出了微裂纹特征尺寸随应力变化的显式表达式 ,并由此得到了含微裂纹的准脆性材料损伤本构关系。通过实例 ,对初始含有相同密度、不同尺寸和数量的微裂纹的两种混凝土材料在单向拉伸载荷下的损伤演化进行了数值计算和比较。结果证实 :含大尺寸微裂纹的材料损伤发展较快 ,相应地 ,加载到同一应力水平时 ,具有较大的应变     

岩石裂纹亚临界扩展实验与压剪流变断裂模型

采用双扭试件的常位移松弛法对金川三矿区的大理岩、二辉橄榄岩和混合岩进行双扭试验,获得其裂纹扩展速率v与应力强度因子KI的关系及岩石断裂韧度,确定岩石亚临界门槛值K0。结合岩石压剪断裂理论和岩石亚临界裂纹扩展试验,建立压剪岩石裂纹翼形流变断裂扩展理论模型,提出翼形裂纹最终扩展长度由瞬时扩展长度和流变扩展长度组成。采用ANSYS断裂力学模块实现翼形裂纹尖端关键点随翼形裂纹扩展的自动生成,建立翼形裂纹流变扩展的数值分析模型。研究结果表明:采用常位移松弛法所测岩石的lg KI-lg v关系有很好的线性规律,3种岩石的K0/KIC在0.6~0.9之间;通过对算例进行理论分析和数值模拟,发现翼形裂纹流变断裂理论模型与数值分析结果很吻合。提出的岩石裂纹流变断裂理论为研究岩石裂纹流变扩展细观机理及岩体工程流变破坏的宏观机制提供了一个新的研究手段。     

疲劳裂纹扩展的非平衡统计模型

为了研究金属中微观结构对疲劳裂纹扩展性能的影响，在建立的宏观与微观相结合的疲劳断裂非平衡统计理论中，考虑了材料微观结构因素， 得到了包括疲劳短裂纹及长裂纹的整个金属疲劳寿命的普话裂纹扩展速度公式，并和他人的理论结果进行了比较。     

金川矿岩亚临界裂纹扩展试验研究

采用双扭试件常位移松弛法,对金川软弱复杂矿岩进行亚临界裂纹扩展试验研究。得出采场矿岩亚临界裂纹扩展速度与应力强度因子之间的关系,矿岩断裂韧度为(1.508 4±0.114 3)MN.m-3/2;试验相关系数为0.925 4,表明lgK-Ilgv关系曲线呈直线,数据离散性大是岩石本身的矿物成分、颗粒大小、力学性质的不均匀所致。该试验结果为预测金川Ⅲ矿软弱复杂矿岩自然崩落速度提供了可靠依据。     

裂纹尖端三维变形场的细观力学研究

裂纹尖端的变形在裂纹萌生和扩展过程中起着重要的作用。本文从理论上讨论了裂纹尖端面内变形场 ,对理论解和级数解作了比较 ,结果表明该级数解收敛很快 ,取到第 3项已接近理论解。通过试验测量了裂纹尖端的三维变形场 ,分别将面内变形场和离面变形场与理论面内变形场和有限元计算的离面变形场作了比较。表明裂纹尖端 3个方向的变形同时存在 ,在细观水平上均不能忽略     

电厂亚临界锅炉过热器连接管螺塞角焊缝裂纹分析及处理

2008年4月,锅炉巡检人员发现过热器连接管第一弯头处有蒸汽冒出,停炉后检查发现末级过热器连接管螺塞角焊缝中心沿圆周方向裂开,裂纹长约3/4周长,为贯穿性裂纹,并对焊缝进行裂纹分析及处理.     

准脆性类材料的等效裂纹断裂模型

基于线弹性断裂力学和叠加原理提出处理准脆性材料裂纹尖端微裂区的等效裂纹断裂模型，得到该模型在混凝土材料断裂研究中的方法和程序．该模型将线弹性断裂力学与非线性断裂力学方法融为一体，能较为准确地研究准脆性材料的断裂问题；使用该模型，可以有效、方便地探讨研究混凝土材料的断裂规律，得到初始参数与其断裂特征的联系，为改善混凝土性能、设计优良混凝土材料提供理论依据．并给出了应用实例     

脆性材料复合裂纹断裂判据研究

研究了混凝土等拉压强度不等的脆性材料在平面应力和平面应变情况下裂纹附近的塑性区的范围，并给出了相应的表达式；运用在一定外力作用下物体内等效应力作为断裂判据，推测含复合裂纹的脆性材料的裂纹扩展时的临界条件相扩展方向，计算了试件在6个不同裂纹角时断裂角的大小，其结果与最大周向正应力理论判据、最小应变能密度理论判据及实验结果比较，说明用最小等效应力作为含复合裂纹的脆性材料的裂纹断裂判据是可行的．     

脆性材料斜裂纹断裂与损伤耦合分析

对单向拉伸的斜裂纹,应用西多霍夫损伤模型和断裂力学耦合分析方法,推导出脆性材料斜裂纹损伤区与断裂区的边界方程,确定了脆性材料斜裂纹初始损伤区和断裂区的径向尺寸.提出了裂尖断裂区内径向应变能的概念,并建立了基于此概念上的裂纹扩展准则,即裂尖断裂区内径向最小应变能(RMSE)判据,从而确定了脆性材料斜裂纹在断裂区边界上的开裂角.最后确定了不同裂纹倾角起裂点的坐标.     

脆性材料单压时断裂机理与强度尺寸效应的试验研究

通过两种试验方案,研究了脆性材料HT200在压缩过程中的启裂点、断裂方向以及强度的尺寸效应。结果表明,脆性材料HT200单轴压缩时,启裂点位于应力三维度最大值处即试件中部,断裂方向为最大剪应力方向;不同尺寸的试件,其单轴抗压强度不同的主要原因是端面约束影响范围的大小不同所造成的。     

随机荷载作用下疲劳裂纹扩展新算法

认为疲劳裂纹扩展的机理是惯性效应,并在断裂力学的基础上,通过引入惯性效应因子导出等幅荷载作用下疲劳裂纹扩展速率解析表达式.将随机载荷用通用的傅立叶变换转换为等幅非对称循环载荷的叠加,这一方法具有力学概念清晰、简便的特点.通过与试验数据和其它方法的对比研究,证明了该方法的有效性.成功地将等幅载荷作用下疲劳裂纹扩展新公式推广到随机载荷作用.     

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。     

脆性材料强度条件的探讨

分析第一、二强度理论在实际应用中的一些不足，讨论并给出了一个修正的脆性断裂强度条件，且通过铸铁破坏试验的实验结果及其误差分析作了验证。     

压应力作用下预制裂纹脆性材料的断裂特性

利用矿相显微镜和与之配套使用的微型加载装置，对预制裂纹脆性材料的断裂特性进行了研究，得出了在单轴及双轴应力作用下Ｋ１－Ｋ１的变化关系：Ｋ１／Ｋｌｃ＝８．６７×１０＾－７（Ｋ１／Ｋｌｃ）＾２－０．８４Ｋ１／Ｋ１ｃ＋１．９４×１０＾４和Ｋ１／Ｋ１ｃ＝１．５６×１０＾－６（Ｋ１／Ｋ１ｃ）＾２－２．９５Ｋ１／Ｋ１ｃ＋４．７０×１０＾６，并与理论结果进行了对比，此外还得出了开裂角θ与裂纹倾角β的关系：θ＝６     

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．