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     

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．     

混凝土试件裂纹扩展及破坏过程的计算机模拟

运用一个材料破坏过程分析ＭＦＰＡ＾２Ｄ系统,研究了混凝土试件中的裂纹扩展及破坏过程。该方法认为宏观破坏行为是由于具有弹性一脆性特征的细观微元体不断破裂造成的。而造成微元体不断破裂的原因是策元体材料性质的非均匀性。本文根据骨科类型和考虑界面与否,分４种情况模拟了混凝土试件的变形与破坏过程并给出模拟结果及结果分析。     

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。     

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。     

基于XFEM的垂直于双材料界面的裂纹扩展问题

 基于扩展有限元法,提出了双材料界面上垂向裂纹应力强度因子的计算方案。导出由6 项组成的新型裂纹尖端位移增强函数,基于裂尖应力场和位移场的解析解,建立路径无关J_kε积分与应力强度因子K_ⅠK_Ⅱ的关系式,利用扩展有限元法计算J_kε积分,通过上述关系式求得应力强度因子,用最大周向应力准则确定裂纹扩展角θ_p。数值计算表明,J_kε积分与XFEM 结合可有效解决垂直于双材料界面的裂纹扩展问题;当裂纹由弹模较小材料朝着弹模较大材料扩展时,裂纹扩展角θ_p较小,而由弹模较大材料朝着弹模较小材料扩展时,θ_p较大;4 点弯曲试验结果表明,裂纹扩展角θ_p与界面两侧材料的泊松比比值v₁/v₂无关,而与弹性模量比值的对数lg（E₁/E₂）成指数关系。     

切口尖端不同曲率半径试件的动态有限元分析

数值分析与试验均证明在裂纹尖端存在着J主导区,J积分可以作为决定裂纹起裂的参数.由于韧带较窄,机械加工难以获得深切口尖端的曲率半径为零.考虑裂纹尖端存在一定曲率半径的情况下,对不同切口深度比的裂纹进行动态有限元计算,并和切口尖端曲率半径为零的裂纹进行对比,讨论了切口的曲率半径对J积分的影响,为下一步的断裂试验提供数值分析依据.     

疲劳裂纹扩展可靠性分析的N-J模型方法

引入参数不确定性概念,采用概率统计方法研究了疲劳裂纹扩展过程中的可靠性问题,建立了以疲劳寿命N和J积分为随机变量的疲劳裂纹扩展可靠性模型,即N-J可靠性分析模型,并用Monte-Carlo法模拟了J积分的分布.与已有可靠性分析模型相比较,N-J模型更适合于描述疲劳裂纹扩展的可靠性问题.     

不同裂纹位置焊接接头J积分有限元数值分析

针对焊接接头中母材、焊缝、热影响区的性能各不相同的问题，利用有限元方法，建立了焊接接头有限元计算模型，编写了，积分有限元计算程序。计算结果表明，在平面应变和平面应力两种状态下，焊接接头三个不同裂纹位置的，积分值与全母材和全焊缝材料的，积分值均不相同，但具有一定的规律性；裂纹分别处于焊接接头不同位置时的，积分有限元计算结果也不相同。根据各种情况下的有限元计算结果，结合焊接结构安全评定的工程实际提出了指导意见和建议。     

基于有限元的弹塑性裂纹数值分析

在线弹性断裂力学和D-M模型的基础上,推导出了受单向拉伸含中心穿透裂纹的理想弹塑性材料J积分的解析式;通过ANSYS对弹塑性J积分进行数值计算,与推导出的解析解比较,表明了用有限元方法计算弹塑性J积分具有相当高的精度;分析了J积分与裂纹初始长度及外荷载的关系;对理想弹塑性材料塑性区大小进行了探讨,结果表明,塑性区尺寸随外荷载增大而增大,并且外荷载接近屈服应力时,裂纹塑性区尺寸趋近于无穷大,进入全面屈服.     

采用Paris公式描述缺口表面裂纹扩展速率的条件

通过两种材料的缺口表面裂纹扩展规律的实验研究和非线性有限元的数值计算,指出只有当缺口裂纹冲出缺口的非线性应力场,由线弹性断裂力学所确定的应力强度因子成为裂纹扩展的驱动力时,Paris 公式方可用于表征缺口表面裂纹扩展速率.为工程应用需要,提出当 n′>0.2和表面裂纹长度2c>1mm 时,Paris 公式可以应用于描述缺口表面裂纹的扩展速率.     

40CrNiMo钢工程短疲劳裂纹扩展规律

对调质40CrNiMo钢光滑及缺口试样进行了旋转弯曲疲劳试验,利用塑性复型技术实现了对工程短疲劳裂纹扩展过程的显微观测、由实验获得光滑试样的短裂纹扩展可由方程do/dN=Bσ~nα予以确定性描述。对于缺口试样的应力接近屈服极限时,疲劳损伤表现为萌生大量的短裂纹体系,利用等效裂纹概念进行统计,缺口试样的短裂纹扩展具有与光滑试样相似的规律。     

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。     

双金属脆性材料圆板界面反剪裂纹扩展研究

对双金属脆性材料复合网板界面反剪裂纹扩展进行研究.通过建立数学模型和基本方程,利用边界条件及连续性条件,采用Laplace域内变换方法,得到裂纹尖端应力位移场解析解和动态应力强度因子,并进行了讨论.     

受接触载荷作用的齿面下分叉裂纹扩展分析

利用裂纹面的边界条件建立起奇异积分方程,然后通过对奇异积分方程采用数值解,计算了受赫芝接触应力作用的齿面下分叉裂纹尖端的应力强度因子,最后用裂纹扩展理论对疲劳裂纹的扩展方向进行了分析。结果认为分叉裂纹将以与斜裂纹段约成60°角的方向向齿面扩展。     

注水开发中储层裂缝失稳扩展的力学机理

油井暴性水淹是裂缝性砂岩油田开发的普遍特征，其中很多是由注水引起裂缝失稳扩展所致。本文根据砂岩储层的物理力学特征，运用断裂力学理论，给出了储层裂缝的应力强度因子的计算方法，定量地分析了开发过程中储层裂缝失稳扩展的判据、裂纹扩展方向。对于合理确定注水压力及井网的合理布置，防治水窜及暴性水淹等具有重要的指导意义。     

熵理论在分析混凝土裂缝扩展过程中的应用探讨

混凝土裂缝的起裂、稳定扩展及失稳断裂,必然会引起系统内能量分布状态的变化.因而,本文从能量分布状态的角度对混凝土裂缝的扩展过程进行研究.应用耗散结构理论、熵理论等前沿非线性科学研究其稳定问题,在此基础上详细阐述了裂缝扩展过程中的熵变机理及信息熵的计算方法.结合具体试验进行数值模拟.结果表明,信息熵能够较好的描述混凝土裂缝的起裂、稳定扩展等阶段的变化.通过对初始裂缝周围区域的熵变规律研究,为混凝土裂缝的监测及试验方法从理论上提供了一条新的思路.     

LY12铝合金疲劳短裂纹扩展异常性的研究

本文证实了 LY12铝合金中物理短裂纹扩展异常性.实验指出,由于闭合效应,引起长、短疲劳裂纹尖端扩展驱动力的不同是造成扩展异常性的主要原因.认为采用有效应力强度因子幅△K_(eff)作为裂纹扩展驱动力是适宜的.本文还讨论 U 值(U=△K_(eff)/△K)的概念,以及 R 和△K 对 U 值的影响.