弹塑性材料动态起裂止裂和裂纹稳态扩展轨迹的试验研究

利用一维试验原理，在冲击拉伸试验装置上实现了周边切口短圆柱试件的动态起裂和动态止裂试验，利用止裂试验中不同的裂纹止裂长度△a和止裂点处的总体柔度，拟合一标定曲线，根据P^-δ曲线上每一点的总体柔度由标定曲线来确定裂纹的稳态扩展轨迹，从而得到裂纹的扩展速度。     

45#钢动态断裂韧性测试的试验研究

利用旋转盘式间接杆—杆型冲击拉伸试验装置,对带周边切口的短圆柱小试件(45#钢)进行了室温下的平面应变型弹塑性材料动态断裂试验。用试件两端的平均载荷—相对位移曲线(P-δ)来推广Rice公式确定动态J积分,采用柔度变化率法确定起裂时间,从而获得表征弹塑性材料动态起裂韧度JID。冲击拉伸试验表明,作为典型的应变率相关弹塑性材料的45#钢,其断裂韧性随加载速率的增加而下降。     

不同应力状态下弹塑性材料动态起裂韧度的实验研究

由一维实验原理，利用冲击拉伸实验装置对周边切口的Lyl2cz铝合金短圆柱试件进行冲击拉伸加载，并推广Rice远场J积分公式，由试件两端的平均载荷—相对位移曲线来计算J积分，用起裂点处的J积分来表征弹塑性材料的动态起裂韧度JID，初步形成了一套平面应变型弹塑性材料动态起裂韧度的表征与测试方法．实验所获得的动态起裂韧度JID是与试件尺寸无关的材料常数，且比平面应力状态下的动态起裂韧度低，结果的离散性也很小．实验结果表明，该实验和测试方法比较合理可靠．     

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     

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.     

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。     

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。     

中低速冲击载荷作用下SCT岩石试样Ⅰ型裂纹的动态扩展行为

为研究侧开单裂纹三角形(SCT)岩石试样的动态扩展行为和断裂韧度,采用落锤冲击实验系统进行动态加载,通过裂纹扩展计(CPG)得到裂纹的断裂时间和扩展速度;用有限差分软件AUTODYN进行数值模拟,验证实验结果的可靠性;将实验测量的载荷条件代入有限元软件ABAQUS建立的数值模型中,得到动态应力强度因子时程曲线,通过普适函数修正后,利用断裂时间得到动态断裂韧度。研究结果表明:SCT试件构型能够较好地应用于岩石动态扩展行为的研究;砂岩的扩展韧度与裂纹扩展速度呈负相关;数值模拟得到的裂纹扩展路径与实验结果基本一致,裂纹扩展速度不为常数;岩石裂纹动态扩展过程中可能存在止裂现象,止裂韧度大于扩展韧度,但与起裂韧度相差不大。     

基于扩展有限元法的弹塑性裂纹扩展研究

为了得到紧凑拉伸(CT)试样应力强度因子和J积分,分别采用传统有限元法、扩展有限元法以及试验方法对其进行计算。在弹性情况下,扩展有限元法和传统有限元法获得的应力强度因子相近,并且与ASTM E1820—05a解相差很小。在弹塑性情况下,扩展有限元法和传统有限元法获得的应力场和J积分有较大的差别,扩展有限元法得到的J积分相对于传统有限元法的结果与实验值更吻合。结果表明:扩展有限元法由于考虑了裂纹扩展,比传统有限元法可以更加准确合理地模拟弹塑性裂纹扩展。     

高性能管线钢落锤撕裂试样断裂性能的试验研究

对不同缺口形式的X70管线钢试样进行了准静态三点弯曲断裂和示波落锤撕裂试验，详细研究了加载速度和缺口形式对管线钢断裂的影响，分析了高性能管线钢落锤撕裂试验中出现异常断口的原因．研究表明：异常断口常出现在韧脆转变温度附近，温度较低和较高均不易产生异常断口；管线钢动态断裂扩展是由许多裂纹扩展、止裂、重新起裂过程组成的，裂纹在整个韧带上的扩展速度变化幅度很大；裂纹扩展速度改变引起的裂尖应力状态变化、断裂的扩展方向和韧脆状态改变也可产生异常断口，仅通过改变试样缺口形式来减小试样起裂载荷和起裂功，并不能完全避免异常断口的产生．     

浅裂纹J积分研究

根据弹塑性断裂力学的工程方法提出了不同裂纹深度试样的Ｊ积分计算公式；试验测试及有限元结果表明该公式简便可靠。试验结果表明浅裂纹Ｊ积分守恒性有限元分析。     

能容纳二次应力的J积分断裂参量的实验验证

用带焊接残余应力的焊接试板对文题进行了研究。结果表明：用修正Ｊ积分作为裂断裂参量建立的断裂准则，测得的缺口和裂纹断裂预测值与实验实测值非常接近，其误差在１０％之内。     

沥青混合料粘弹塑性断裂参数研究

沥青混合料是一种典型的粘弹塑性材料，通过半圆弯拉试验，采用J积分和延迟开裂时间评价其延迟开裂性能；测得在不同荷载水平和不同试验温度条件下沥青混合料的延迟开裂时间以及不同试验温度下的断裂韧度，研究其裂缝起裂规律。研究结果表明，裂缝的起裂表现出明显的粘弹塑性特征，采用J积分理论和延迟开裂时间评价沥青混合料的断裂性能时，简单的流变本构关系依然适用。     

双材料V型切口断裂研究

基于双材料V型切口理论,给出了新的双材料V型切口问题的应力强度因子定义,将单材料裂纹问题、双材料裂纹问题、V型切口问题的应力强度因子的定义相统一,进而得到应力外推法计算双材料V型切口K1的计算公式.以单向拉伸和三点弯曲模型为研究对象,研究了双材料中切口深度、泊松比、切口张角变化对应力奇异场的影响,得到了一些相关结论,为异体材料形成的V型切口在应力断料中应用时的参数选取提供了必要的理论依据.     

关于韧性断裂的颈缩区模型

报告了对计算韧性断裂传播阻力的颈缩区模型的进一步研究。对冲击加载下拉伸撕裂双悬臂梁试件断面的精密测量,再次证实颈缩区模型反映了韧性断裂传播过程的主要特征。与静载撕裂相比,动载撕裂时颈缩区宽度减小而区内平均应变增大,但颈缩区宽度系数k1和应变系数k2的乘积nk则几乎与试件韧带厚度和加载速度无关,可看作韧性断裂传播阻力的材料常数。动载时阻力增大的主要原因是材料的应变率强化。颈缩区模型不仅提供了计算结构撞击破坏时韧性断裂所耗散能量的工程方法,也提供了用静载撕裂试验和动态拉伸试验确定动载下韧性断裂传播阻力的方法。     

循环塑性与疲劳裂纹扩展门槛值

基于材料的循环塑性预测了疲劳裂纹扩展的门槛值.所提出的模型强调材料的循环塑性对疲劳裂纹扩展的影响.结合无位错区理论和内聚区理论计算循环载荷下裂纹吸附区的J积分值,并以J积分作为断裂参数建立裂纹扩展的标准.由此计算的疲劳裂纹扩展速率符合通常的模式,预测的门槛值与实验拟合较好.当前模型的主要特点是近门槛疲劳主要由材料的循环变形行为确定,进而由标准循环加载的实验确定,这对于工程实际有重要意义.     

沥青混合料粘弹塑性断裂参数的研究

沥青混合料是一种典型的粘弹塑性材料.文中通过半圆弯拉试验,采用J积分理论和延迟开裂时间评价其延迟开裂性能,测得在不同荷载水平和不同试验温度下沥青混合料的延迟开裂时间,以及不同试验温度下的断裂韧度,研究其裂缝起裂规律.结果表明,裂缝的起裂表现出明显的粘弹塑性特征,采用J积分理论和延迟开裂时间评价沥青混合料的断裂性能时,简单的流变本构关系依然适用.     

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。