考虑约束效应的概率断裂失效分析

针对试样几何、加载方式会在裂纹尖端产生不同的约束效应,对存在缺陷的构件进行安全性评定、寿命评估和失效概率计算时考虑约束效应,在R6失效评定曲线基础上,采用T-应力作为约束参量,建立与约束相关的失效评定曲线.在单向和双向载荷情况下,利用Mont-carlo法对存在半椭圆形表面裂纹的构件进行概率断裂力学分析,并与由传统R6失效评定曲线得到的结果进行比较.在不同的双向载荷比和裂纹几何情况下,讨论约束效应对裂纹失效概率和失效点位置预测结果的影响程度.结果表明,裂纹尖端的约束效应对构件断裂失效概率和起裂点位置均具有较大的影响;载荷比越大,由两种评定曲线计算得到的失效概率越接近.     

裂纹端约束效应的J-A2双参数分析

针对经过辐照的A533B压力容器钢,采用有限元方法对单边缺口弯曲和拉伸试样进行弹塑性数值计算.分析了在-60 ℃,-40 ℃,-20 ℃,浅裂纹试样和标准深裂纹试样在不同载荷情况下裂纹尖端区域的应力场.用J-A2双参数方法对裂纹端约束效应进行了计算.结果表明,在不同温度下试样裂纹前沿张开应力是自相似的.匹配点距裂纹尖端的距离、载荷水平对约束参数A2的影响不明显,A2是与裂纹体构形和载荷形式相关的主要约束参数.最后对单边缺口拉伸试样进行加载设计,用不同的偏心载荷来模拟各种载荷形式和约束水平,给出了偏心距e与约束参数A2的关系.由此,可以在实验室里模拟结构的约束,用试验结果预测实际结构的断裂行为.     

混凝土双参数断裂模型和尺寸效应模型R阻力曲线比较

对混凝土的两类基本断裂模型(双参数断裂模型和尺寸效应模型)求解得到的第Ⅰ类几何形式下的R阻力曲线进行了详细的分析比较.首先对有效裂纹长度和裂纹尖端张口位移进行了修正,在此基础上由双参数断裂模型和尺寸效应模型得到了R阻力曲线的解析表达式.通过两类R阻力曲线计算得到的荷载-位移曲线与试验结果的对比,发现尺寸效应模型得到的临界有效裂纹长度稍大于双参数断裂模型的结果,而根据双参数断裂模型R阻力曲线得到的最大荷载大于尺寸效应模型的结果,且当相对初始裂纹长度较大时,双参数断裂模型R阻力曲线得到的最大荷载远大于试验值.双参数断裂模型的R阻力曲线适合于初始裂纹长度相对试件高度较小的情况.     

脆性材料在双向应力下阻力特性数值模拟

应用一个材料失效分析模拟软件MFPA2D模拟了玻璃在平面双向应力下不同破坏失稳过程,重点研究了平行于裂纹面的应力对脆性材料临界断裂参数的影响,运用数值模拟和试验及理论分析相结合的方法,阐明脆性材料在双向和单向应力下断裂参数的区别等问题.研究结果证明,双向应力对断裂韧性有明显影响,平行于裂纹面的拉应力对裂纹扩展有抑制作用,压应力对裂纹扩展有促进作用.因此,线弹性材料在双向荷载作用下,传统的应力强度因子准则不适用,裂纹扩展由裂纹尖端应变决定,即双向应力下裂纹扩展具有应变依赖性.     

含异侧偏置裂纹试件的冲击断裂试验

利用新型数字激光动态焦散线试验系统,分析了含异侧偏置裂纹有机玻璃(PMMA)试件破坏的时程特性和裂纹尖端扩展过程中的应力奇异性变化。得出该加载条件下试件的断裂韧度约为1.16 MN/m_3/2,异侧偏置裂纹间距对试件冲击断裂韧度没有明显影响。一定范围内,异侧偏置裂纹间距越大,裂纹扩展的对称性越明显。贯穿主裂纹的扩展路径上存在一个明显的应力变化转折点,此处裂纹尖端的应力集中程度加强,试件由以拉伸破坏为主过渡为拉伸、剪切复合破坏。次裂纹尖端发生明显应力释放的同时,主裂纹尖端的应力集中明显加强。裂纹扩展过程中,裂纹尖端的动态应力强度因子表现出明显的震荡变化,主裂纹相对于次裂纹裂尖奇异性更强。     

碳布补强含裂纹梁的断裂特性实验

为了解采用纤维复合材料加固含裂纹结构的断裂机理,通过光学焦散线方法对碳纤维布加固含裂纹梁进行3点弯荷载下的断裂实验,研究了其补强效果及断裂特性。实时记录了不同载荷状态下裂纹尖端应力集中引起的焦散斑光学图像,确定了不同初始裂纹长度的试件在粘贴加固不同长度碳布的情况下裂纹尖端的应力强度因子演化规律,分析了初始裂纹和粘贴碳布两种因素对加固效果的影响。实验结果表明:加固碳布可以大幅度地提高含裂纹梁强度,在该文实验中强度最大增加了近2倍。     

平行双裂纹应力强度因子的计算方法

为了快速、方便地估算多裂纹尖端的应力强度因子,以承受均匀拉伸载荷的含平行双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量确定平行双裂纹尖端应力强度因子的新方法.该方法以单裂纹问题中最大张口位移与应力强度因子间的函数关系为基础,考虑了平行双裂纹的垂向、纵向裂纹间距比和裂纹长度比的影响,拟合出纵向间距比为0时不同裂纹长度比下与垂向间距比相关的修正系数表达式,并进一步分析了裂纹纵向间距比对双裂纹尖端应力强度因子的影响,最终建立了平行双裂纹应力强度因子的简便方法.     

混凝土在双向受压下力学性质的试验研究

采用大吨位等刚度双向加载系统,对混凝土立方体试块进行了双向和单向加载的试验研究。实验结果表明：在双向加载条件下,混凝土的破坏强度远大于单轴破坏强度;由于中间主应力的增加,约束了试件的横向变形,使1：l加载破坏强度大于双轴2：1加载破坏强度;总结了在最小主应力σ3=0的情况下,试件双向σ1—σ2关系。     

横向约束对Fe-C合金凝固微观组织的相场法模拟

以Fe-C二元合金为例,采用多相场法模拟了横向约束条件下枝晶与共析组织微观形貌的演化过程,探讨了横向约束的长度、厚度对枝晶与共析组织生长形貌的影响.结果表明:横向约束的存在限制了枝晶和共析组织的正常生长,横向约束上方的微观组织形貌明显改变;随着横向约束长度的增加,横向约束上方的枝晶间距明显减小,共析组织的层间距越来越大;随着横向约束厚度的增加,横向约束上方新枝晶的生长速度降低,共析组织中Fe₃C相偏转增大,使得层间距变大.     

移动荷载下沥青路面双Top-Down裂纹扩展特性

目的研究沥青路面双Top-Down裂纹在移动荷载作用下的扩展特性.方法基于断裂力学与动力学理论,考虑沥青混合料的黏弹性特性,采用有限元数值模拟方法,研究含双Top-Down裂纹沥青路面在移动荷载下的动力响应,分析裂纹间距与面层材料类型对裂纹尖端应力强度因子的影响.结果在移动荷载的作用下,双裂纹并存时面层加速发生Ⅰ、Ⅱ型开裂扩展要比单裂纹的情形更为严重;对于居中裂纹,随着裂纹间距的增大,K_Ⅰ的峰值略有增加,而KⅡ的左峰值逐渐增大,右峰值则逐渐减小;对于侧边裂纹,K_Ⅱ峰值随裂纹间距的变化规律与居中裂纹相反;当荷载作用在居中裂纹或侧边裂纹正上方时,就裂纹间距而言,间距大易引发Ⅰ型裂纹扩展,间距小易引发Ⅱ型裂纹扩展.结论在移动荷载作用下,对于已存在居中裂纹或侧边裂纹的面层,改性沥青SMA材料Ⅰ的抗开裂扩展性能最优,改性沥青AC材料Ⅲ其次,而普通沥青AC材料Ⅱ最差.     

22NiMoCr3-7钢椭圆裂纹体断裂预测

采用ABAQUS有限元分析软件对核压力容器用22NiMoCr3-7钢椭圆裂纹体进行弹塑性数值计算,用J-A2双参数描述韧-脆转变温度区椭圆裂纹前沿的应力场,根据RKR断裂准则预测椭圆裂纹扩展的起始点和材料韧-脆转变参考温度.结果表明:载荷一定时,随着温度的上升,J积分和约束参数A2也相应提高,温度对J积分的影响比对约束参数A2的影响要大;浅椭圆裂纹的最大J积分值出现在最深点处,而半圆裂纹则出现在表面点附近;根据RKR准则和J-A2三项解建立断裂预测公式,可以将标准三点弯曲试样的断裂韧性测试数据转移应用到带表面裂纹构件的断裂评估,为解决工程实际问题提供一种实用方法.     

应用XFEM模拟研究钻杆裂纹扩展过程

钻杆裂纹扩展是一个典型的不连续问题,采用常规有限元方法难以实现裂纹扩展过程的仿真模拟,而扩展有限元法(XFEM)是近年来发展起来的分析断裂问题的一种有效方法。在介绍了扩展有限元法的基本原理的基础上,建立了基于XFEM的含不同深度初始裂纹的5in钻杆在拉力和扭矩共同作用下的裂纹扩展模型。通过钻杆裂纹扩展过程的分析后发现,钻杆的初始裂纹深度小于1mm时,裂纹不易扩展,但初始裂纹深度超过2mm时裂纹会在相对较低的外载荷下扩展,且扩展面较大并与初始裂纹面存在一定夹角,最终造成钻杆断裂失效。通过对钻杆裂纹的扩展过程仿真模拟,展示了XFEM在钻具断裂失效分析方面的独特优势,并为这方面的研究提供了一种新方法。     

断裂控制爆破中裂面控制的断裂力学分析

介绍了一种定向方法。通过对断裂过程中动力学分析,建立了动的开裂判据和计算方法,并讨论了裂纹扩展中分义的可能性以及孔内初始压力(p_a)和孔几何参数对最终裂纹长度的影响。     

地铁扣件螺旋道钉断裂过程分析及改进措施

引入扩展有限元方法,结合现场调研与实测数据,建立均匀受力理想状态和偏载受力不利工况下螺旋道钉扩展有限元模型,通过预设横向、竖向微裂纹以及单条和多条微裂纹工况,分析研究了扣件螺旋道钉的裂纹发展过程.结果表明,由于螺旋道钉的道钉头部和螺杆结合部位存在较大的结构尺寸变化,导致了该处存在较大的应力集中,易萌生微裂纹,并在列车荷载长期作用下裂纹沿着横向扩展、贯通.对比看出,研究结果与实际扣件螺旋道钉的断裂形式相符,表明采用扩展有限元方法能很好地进行扣件螺旋道钉的断裂过程分析.此外,为避免和减少螺旋道钉的断裂发生,分13种工况研究了螺旋道钉肩胛过渡圆弧的设置.研究结果建议,对于T30×155型扣件螺旋道钉应设置1.6 mm半径的过渡圆弧,相对于不设置过渡圆弧,最大应力可减小40%.     

基于上限定理的含裂缝边坡稳定性图表分析方法

大量地灾现场勘测发现,滑坡外表面广泛分布着裂缝,在地震、静水压力、边坡超载等条件下均会加剧裂缝边坡失稳.为详细分析含裂缝边坡在不同条件下的安全性能,文章通过强度折减法结合极限分析上限定理,建立了综合性分析任意深度、位置的临界裂缝边坡稳定性的评估方法,推导得到安全系数求解方程,并优化了算法:将随机搜索法与非线性序列二次规划法相结合,解决计算中的大量迭代问题和易陷入局部最优解等问题;还原了裂缝边坡的形态并与经典结构、有限元计算结果对比验证.结果表明:与经典解相比,优化后算法显著提高计算稳定性与准确性;不同的工况条件会对边坡稳定性产生较大的影响;相同参数设计下,不利的工况易产生更深的裂缝.最后利用研究结论绘制了一系列的安全性图表,可作为工程师进行边坡安全性初步快速评估的依据.     

基于ANSYS的减速机齿轮有限元分析

采用有限元法研究齿轮轮齿在受到不同载荷的情况下,其齿根弯曲应力和应变的变化情况。结果表明,在静载荷的作用下,齿轮齿根处的最大弯曲应力和最大应变都在许可的范围之内;而当齿轮受到冲击,在动载荷作用下,齿根处的应力大于齿轮材料的屈服极限。结合对断齿形貌的分析,可推断出轮齿的断裂是在出现疲劳裂纹后受冲击载荷作用而产生的过载断裂。     

T形钢管混凝土压弯构件强度承载性能

采用普通T形钢管混凝土柱的核心混凝土等效单轴本构关系,利用纤维模型程序分析了不同参数对T形钢管混凝土单向压弯、双向压弯柱截面强度的影响,参数包括钢材屈服强度、混凝土抗压强度、管壁宽厚比、截面肢宽厚比、加载角度和轴压比等.研究表明:混凝土工作承担系数和加载角度对归一化的轴力与弯矩相关曲线的形状有重要影响;截面肢宽厚比和轴压比对归一化的双弯矩相关曲线的形状有重要影响.基于截面全塑性假设和大量数值结果回归分析,提出了T形钢管混凝土柱纯弯、单向压弯和双向压弯截面强度承载力的简化计算方法,简化方法计算结果与纤维模型分析结果吻合良好,简化方法可为工程设计提供参考.     

非理想边界拱的面内失稳模式与屈曲荷载

将拱结构中既非固结也非铰支的非理想边界考虑为沿不同方向的具有一定刚度的弹性约束,利用变形几何关系和能量变分原理推导了拱的非线性平衡方程.以圆弧拱为例建立了径向均布荷载下外荷载与结构内力、径向位移之间的关系,通过定义拱的深浅参数和临界约束刚度进行分析并得到了跳跃屈曲、分岔屈曲等的发生条件及存在区间.本文方法所得屈曲路径和屈曲荷载与有限元法所得结论吻合良好,且用数值法分析了不同约束刚度时的屈曲路径和临界荷载.结果表明,临界深浅参数和临界约束刚度对圆弧拱的屈曲模式及屈曲临界荷载影响显著.     

钢筋混凝土框架柱多维恢复力特性的试验研究

利用拟静力试验对钢筋混凝土框架柱分别进行了不同轴压比下单，双向循环加载和双向变轴力循环加载，得到了在不同加载路径和加载方式下力与位移关系的本构模型，通过比较不同加载形式下柱的破坏形态，破坏程度，对试验现象和滞回曲线的分析得出：双向荷载作用使得柱的承载力较单向荷载作用有较大的下降，在双向荷载作用下，构件的强度退化和刚度退化现象均较单向荷载作用下严重得多，且轴压比的增大加重了构件的强度退化和刚度退化现象，双向荷载作用使得柱的延性也大为降低。