应力幅比对2A12-T4铝合金多轴疲劳裂纹萌生及扩展行为的影响

许多工程结构在服役过程中往往承受着复杂的多轴疲劳载荷,仅靠单轴载荷来简化复杂载荷状态的失效预测方法将不再适用。因此,准确预测复杂载荷下工程结构的多轴疲劳失效行为对提高结构安全性具有重要意义。疲劳裂纹萌生及扩展是疲劳失效行为最直观的反应,针对2A12-T4铝合金实心圆棒试件,在相同的等效von Mises应力幅值下,开展了不同应力幅比下的多轴疲劳试验。采用金相显微镜对试件表面裂纹萌生及扩展行为进行了观测,研究了不同应力幅比下试件表面裂纹形态及扩展路径,探讨了不同应力幅比下2A12-T4铝合金多轴疲劳失效行为。结果表明,对于2A12-T4铝合金,试件表面均存在多条裂纹,导致疲劳破坏的主裂纹只有1条;裂纹萌生方向接近于最大切应力幅值平面,裂纹扩展第Ⅰ阶段的长度与方向同时受到应力幅比的影响;主裂纹扩展路径主要沿着最大切应力幅值平面,最大切应力幅值是引起2A12-T4铝合金多轴疲劳失效的主要控制参量。     

单轴加载下裂隙试件主控裂纹演化规律及 锚固止裂机理

为研究裂隙岩体锚固作用机理,采用水泥砂浆预制不同倾角的裂隙试件,在裂隙上下两端一定距离预埋GFRP(玻璃纤维塑料筋材)锚杆制作加锚裂隙试件进行单轴压缩试验.结果表明:主控裂纹的形成与贯通是导致试件最终破坏的直接原因.无锚裂隙试件,主控裂纹贯通路径单一、贯通速度快,且受预制裂隙影响明显,裂隙倾角越大,主控裂纹扩展方向与裂隙轴线夹角越小.裂隙试件加锚后,主控裂纹贯通路径增多,裂隙倾角对主控裂纹的引导作用减弱.锚杆对裂隙试件峰前平均强度和峰值强度作用不大,但能够有效延长试件峰后强度的持续时间.无锚试件加载过程中能量释放具有"突变性",释放的总能量较少,加锚试件能量释放具有"渐变性",释放的总能量较多.裂隙扩展过程中能量的快速释放是主控裂纹形成和扩展的标志,主控裂纹数量越多、路径越长释放的能量就越大.锚杆的主要作用在于限制主控裂纹的快速形成和扩展,在相同的外力功作用下产生更多、更大范围的损伤和微裂纹,从而改变主控裂纹扩展路径,延长主控裂纹的贯通长度,通过遏制主控裂纹快速贯通来增加裂隙岩体的峰后强度和抗变形能力.     

压力容器疲劳加载下埋藏裂纹扩展规律的研究

针对压力容器埋藏裂纹扩展过程中其几何形状变化难以确定的问题,运用Newman和Raju方法获得裂纹前沿的应力强度因子,并结合Paris公式得到不同裂纹的深度与长度变化的关系式.同时,通过将椭圆形裂纹前沿离散化成为距离相等的多个点,并使用Simpson求积法,获得不同材料压力容器埋藏裂纹在循环载荷作用下埋藏裂纹的几何形状变化关系.结果表明：在拉力作用下,埋藏裂纹的疲劳扩展总是趋向于最优扩展路径的方向扩展.初始裂纹深长比和指数m越大,则收敛于最优扩展路径的速度越快,即形成近似于圆形的趋势更快.     

基于塑性损伤模型的三点弯曲梁裂缝扩展规律研究

为研究冲击荷载作用三点弯曲梁动态破坏规律,采用塑性损伤模型,运用拉格朗日算法模拟了含偏置裂纹三点弯曲梁在冲击荷载作用下的动态破坏过程,通过与已有研究结果比较验证了该模拟方法的准确性。研究结果表明:横向偏置裂纹位置对裂纹扩展倾角和破坏总时长均有影响,裂纹扩展倾角、试件破坏总时长随着横向偏置裂纹与加载点间距离的增加而先增大后减小;横向偏置裂纹宽度对裂纹扩展倾角有影响,对试件破坏总时长无影响,偏置裂纹宽度越大,裂纹扩展倾角也越大;纵向偏置裂纹长度对裂缝扩展没有影响;纵向偏置裂纹的位置对裂纹扩展倾角无影响,对试件破坏总时长有影响,当纵向偏置裂纹与加载点间距离的增大时,破坏总时长也增大;偏置裂纹高度对裂纹扩展路径有影响,当偏置裂纹高度增加时裂纹扩展倾角减小;弹性模量取值对裂纹扩展路径无影响但对破坏时长有影响,总时长随着弹性模量的增大而增大。     

齿根裂纹的闭合效应对齿轮疲劳寿命的影响

考虑裂纹闭合效应对裂纹扩展的影响,将裂纹闭合力转化为裂纹表面之间的恒定牵引力引入齿根裂纹,利用有限元方法对齿根裂纹的扩展过程进行模拟.与不考虑裂纹闭合效应时齿根裂纹扩展过程进行了对比分析,结果表明:考虑裂纹闭合效应时,裂纹扩展过程中的KⅠ的值比不考虑裂纹闭合效应时低;裂纹闭合效应对齿根裂纹扩展路径没有显著影响,但能阻碍裂纹的扩展,有效延长了齿轮的疲劳寿命.     

用面积表示裂纹扩展速率公式

本文根据不同几何形状试件的疲劳裂纹扩展实验结果,提出用面积表示的裂纹扩展速率公式.在dS_0/dN-ΔW_i对数坐标图中,试验点落在同一分散带中.     

T应力对岩石断裂韧度及扩展路径的影响

为了准确预测岩石类材料复合断裂韧度及裂纹扩展路径,提出结合T应力的修正最大周向应力断裂判据.该修正最大周向应力断裂判据是采用双参数模型(应力强度因子K和T应力)来描述岩石断裂的行为,对岩石类材料复合断裂进行理论计算和实验.结果表明:软岩半圆盘实验所得断裂韧度与传统最大周向应力断裂判据预测结果有较大误差,而修正最大周向应力断裂判据预测结果和实验结果相吻合;当T应力为正并且超过某一定值时,裂纹的扩展路径将发生偏折;T应力对脆性材料断裂试件的断裂韧度和裂纹扩展路径有影响.     

表面裂纹对大理岩破坏特性影响

为研究表面裂纹对大理岩破坏特性的影响,采用室内试验的方法,获得了0°、30°、60°倾角单预制表面裂纹和45°倾角的双表面裂纹试件的单、三轴试验结果.结果表明:表面裂纹对试件中新裂纹的产生具有明显的诱导作用,但未对试件整体强度产生明显影响;围压对试件的破坏形式有决定作用:单轴压缩下,试件多表现为劈裂破坏,三轴压缩下,试件为剪切破坏;单预制表面裂纹对最终的破裂扩展路径不起决定性作用,双预制表面裂纹则对破裂断面作用明显.研究结论可以为岩土工程中裂隙岩体的失稳和破坏的预警提供参考.     

石墨边位印压裂纹的产生和扩展规律

为揭示石墨切削材料的去除过程和已加工表面的形成机理,研究了石墨边位印压时裂纹的产生和扩展规律.结果表明:当印压载荷增加到某一临界值时,裂纹突然产生并迅速扩展;初始裂纹朝试件内部扩展,然后逐渐向印压表面扩展,最后到达印压表面,裂纹扩展路径呈圆弧形;随着压头楔角和印压厚度的增加,裂纹愈朝试件内部扩展,在试件表面留下的凹坑深度和宽度愈大.切削实验结果表明,边位印压裂纹的产生和扩展规律能很好地解释石墨切削时切屑的去除过程和已加工表面的形成原因.     

深裂纹弯曲试件裂纹扩展的突变模型

本文将数学突变理论应用于分析裂纹扩展的稳定性，建立了深裂纹弯曲试件裂纹扩展的尖点突变模型，给出了裂纹扩展失稳的新判据，从几何角度宏观描述了裂纹扩展的复杂过程。     

基于XFEM的重力坝裂缝扩展路径的探讨

近年来,扩展有限元法被广泛用于处理不连续问题,因该方法克服了常规有限元法在模拟裂缝扩展时需不断的网格重划分及对裂纹面与单元边界一致性的要求而导致的繁琐计算和误差等缺点.用二维扩展有限元法模拟了带水平缝混凝土重力坝在水压作用下裂缝的扩展路径.首先,讨论了裂缝扩展增量对其路径的影响,然后研究了裂缝在不同高度和初始长度下的扩展路径.结果发现扩展增量对裂缝扩展路径方向影响甚微,但对大坝的位移影响较大;裂缝的高度和长度对其扩展路径影响均不大.     

几何不对称试件启裂前应力变化的激光实验研究

从裂纹技术的需要出发 ,对几何不对称试件进行了启裂前应力状态变化的激光实验力学研究 ,观察有切口试件的应力场变化情况 .结果表明 ,试件在启裂前的应力状态基本上是对称的 ,应力无大的变化 .     

不同晶向取向的裂纹扩展演化模拟

【目的】研究具有不同初始晶向倾角的样品在单轴拉应变作用下的纳观尺度裂纹扩展行为,了解裂纹的生长特征和扩展规律,揭示纳米级裂纹扩展机理及其对材料断裂的影响。【方法】采用晶体相场法观察不同晶向倾角下裂纹的扩展演化图及对应的应力分布图。【结果】当拉应变作用达到临界值时,无预应变的样品裂口开始起裂,并伴随着位错出现。在晶向倾角为0°、5°时,裂口在起裂时,缺口两端裂纹和裂口相连接,裂纹主要是解理脆性断裂模式扩展;在晶向倾角为10°时,裂口向左右两边各发射一个位错,位错在滑移过程中留下一系列空位,空位连通形成裂纹再与主裂口相连,裂纹主要是韧性断裂模式扩展。【结论】不同晶向取向对裂纹的扩展演化有重要影响。     

三孔定向爆破作用下的空孔效应实验研究

为得到三孔定向爆破作用下空孔对爆生主裂纹扩展过程的影响规律,采用动态焦散线法进行实验,研究了不含空孔和含空孔情况下爆生裂纹的动态应力强度因子、扩展轨迹及扩展速度的变化规律。研究结果表明:空孔对爆生裂纹扩展轨迹的导向作用十分明显。无空孔时,爆生裂纹的扩展速度震荡幅度较大;有空孔时,爆生裂纹的扩展速度震荡幅度较小。无空孔时,三条爆生裂纹在相互贯通之前,裂尖的动态应力强度因子会突然增大,然后迅速下降;有空孔时,爆生裂纹与空孔贯通前,其动态应力强度因子则稳定在一定范围内震荡。     

混凝土三点弯曲试验的计算机模拟

根据混凝土试件三点弯曲试验的物理模型,用ＭＦＰＡ数值模拟系统对砂浆和混凝土三点弯曲试件中预裂纹的扩展直至试件宏观破裂的整个过程进行了模拟分析·计算机模拟给出了试件的载荷 加载步曲线和混凝土试件的破坏过程的应力分布图·最后,对试件的破坏过程进行了分析,认为裂纹尖端的拉应力是裂纹扩展的动力,指出了混凝土组成材料的非均匀性是造成裂纹扩展路径曲折性的重要原因·     

基于LS-DYNA模拟碰撞诱发的裂纹扩展

以限位装置这一实例为研究对象,基于LS-DYNA有限元软件,根据材料的结构特性,选择了分段线性塑性材料模型,进而模拟了运动物体与限位装置碰撞产生的裂纹扩展路径.分析了不同裂纹角度、裂纹深度、失效应变以及冲击速度等4种工况下的裂纹扩展规律.研究结果表明针对本研究的限位装置,冲击速度和裂纹角度对裂纹扩展路径影响较大,而裂纹深度和失效应变对裂纹扩展路径影响较小.     

坚硬顶板砂岩水力压裂裂缝扩展规律分析

为探究不同因素对水力裂缝扩展行为的影响,以塔山煤矿坚硬顶板砂岩为研究对象,采用扩展有限元法模拟裂缝扩展过程,分析了水平应力比、抗拉强度、泊松比、间隔时间、注液速率和裂缝间距对裂缝扩展行为的影响。结果表明：单裂缝扩展时,应力比和泊松比越大,抗拉强度越小,越有利于裂缝延伸,且稳定扩展压力越小;应力比和泊松比越小,抗拉强度越大,越有利于裂缝张开;注液间隔时间对裂缝扩展影响较小。双裂缝扩展时,注液速率和裂缝间距越大,越有利于裂缝延伸;注液速率越大和裂缝间距越小,越有利于裂缝张开;注液速率减小,裂缝间距增大,稳定扩展压力减小。针对坚硬顶板砂岩的水力压裂,此研究可为煤矿现场设计与施工提供参考和借鉴。     

高温环境2A12–T4铝合金多轴疲劳失效规律研究

许多工程结构在服役过程中往往承受着复杂的多轴疲劳载荷和热力耦合作用,仅靠常温情况下的单周载荷来简化复杂多轴载荷状态的失效预测方法将不再适用。为研究2A12–T4铝合金的高温多轴疲劳失效规律,本实验在175℃环境温度下,选取等效Von-Mise应力幅值,通过间断式加载记录不同拉扭加载循环下的裂纹萌生与扩展情况,研究特定加载路径对裂纹萌生与扩展的影响。实验结果表明,相位差为0时,裂纹萌生方向沿MSSA平面;在相位差为45°时,裂纹萌生传播方向与最大切应力平面方向相近,最大切应力在裂纹萌生过程中起到主要作用;在λ=0.5、φ=0和λ=1.0、φ=0两种情况下,裂纹萌生初期沿着最大切应力平面方向传播,传播过程中存在第I阶段向第II阶段转变的过程;在λ=0.5、φ=45°和λ=1.0、φ=45°两种情况下,不存在明显的第I阶段向第II阶段转变的过程;对比4种加载方式下的疲劳裂纹萌生期与疲劳寿命比,发现切应力比重的增大加速裂纹的萌生过程,相位差的存在阻碍了裂纹的萌生过程。     

16MnR钢裂纹体空穴扩张的有限元分析

本文采用弹塑性有限元方法,对16MnR钢的三点弯曲试件进行了应力应变分析,发现空穴扩张比V_G在裂尖前方存在一极大值,且V_G值随COD单调增加,文中指出,对高韧性材料,当裂尖前方V_G～y曲线的极大值达到某一临界值时,可作为主裂纹向前扩展的判据.     

基于损伤力学与安全衰减路径的含裂纹缺陷压力容器扩展寿命分析

针对含裂纹缺陷压力容器的疲劳裂纹扩展寿命问题,在裂纹缺陷的安全衰减路径仿真基础上,提出了一种预测裂纹缺陷疲劳扩展寿命的计算方法。首先根据裂纹长度和深度的几何关联变化模型,基于该关联模型与失效评定图（FAD）仿真裂纹缺陷的安全衰减路径轨迹,然后采用数学积分方法求解安全衰减路径的长度和剩余轨迹线段长度,以此为度量建立裂纹缺陷安全裕度及损伤程度的计算模型,结合低周疲劳试验数据,在Lemaitre能量损伤理论上建立一种裂纹疲劳扩展寿命预测模型。此外,本文对某压力容器进行了算例分析,并运用本文提出的模型计算结果与Paris公式的计算结果及扩展有限元仿真的结果进行对比,结果表明,该方法对压力容器含裂纹缺陷的疲劳寿命评估有一定的实用价值。