管道钢裂纹扩展阻力曲线测试研究

采用多试样法测试X65和X80两种管材的R曲线、启裂韧性及撕裂模量,对比分析R曲线参量的塑性铰模型法和η因子法。结果表明:塑性铰模型法和基于载荷-裂纹嘴位移曲线的η因子法的测试结果比较接近,基于载荷-加载线位移曲线的η因子法与前两种方法的差别较大;对于中等强度的X65管材,塑性铰模型法、基于载荷-裂纹嘴位移曲线和载荷-加载线位移曲线的η因子法得到的R曲线较为一致,而对高强度的X80管材,这3种方法得到的R曲线偏差较大,特别是δ-R曲线的分散性较高;基于R曲线的撕裂模量趋于稳定,展现了裂纹的稳态扩展特性。     

基于局部法由示波冲击试验对断裂韧性的预测

研究了基于局部法由冲击试验对三点弯曲试样断裂韧性的预测。通过对X65管线钢韧脆转变温度下的示坡冲击及三点弯曲试验，得到示波冲击试验每个试样的能量-时间、载荷-时间、载荷点位移一时间的关系曲线和三点弯曲试验每个试样的断裂韧性值。利用有限元方法分析了示波冲击及三点弯曲试样裂纹尖端的应力场，通过自编程序求出示波冲击试样和三点弯曲试样的材料局部断裂参量，验证了临界成布尔应力符合局部法理论中的双参数成布尔分布，且证明了对本研究的两类试样，临界成布尔应力与试样尺寸和加载形式无关。基于局部法在脆性断裂条件下成功地实现了由示波冲击结果来预测三点弯曲试样的断裂韧性，不仅验证了局部法理论对X65管线钢的适用性，而且证明基于局部法可以通过冲击吸收功来预测和评价材料的断裂韧性。     

考虑薄膜效应的钢筋混凝土双向板承载力分析

为了简单地确定钢筋混凝土双向板荷载-位移关系曲线,基于塑性铰线理论,考虑受拉薄膜效应,提出三阶段分析模式,建立修正板块平衡法;同时,根据面向对象方法和板壳有限元理论,建立钢筋混凝土双向板非线性分析程序;采用上述两方法计算双向板荷载-位移关系曲线及极限荷载,并结合有限元程序,验证修正板块平衡法合理性.结果表明:与有限元方法相比,修正板块平衡法原理简单、精度满足要求,可用于确定混凝土双向板的荷载-位移关系及极限荷载.     

在裂纹有限扩展时Garwood假设的修正及应用

对修正的Ｇａｒｗｏｏｄ假设作进一步论证。该假设指,当预裂试件与相应静裂纹试件的外载荷Ｐ、位移Ｖ相等时,其实时裂纹长度ａ也相等。以前的验证是基于少数实验结果,定量显得不够。最近Ｌａｎｄｅｓ等用载荷分离法对多种材料塑性因子和规则化载荷－塑性位移曲线作了系统研究,这就为进一步论证创造了条件。结果表明,修正的Ｇａｒｗｏｏｄ假设的正确性是肯定的。按照这一假设,可用静裂纹塑性位移解求解预裂试件实时裂纹长度,并校核实测结果,也为规则化方法寻找补充标定点提供依据。     

直通型CT试样COD弹塑性换算

基于刚性转动假设和功等效原理,推导了直通型CT试样的裂纹嘴张开位移和加载线张开位移弹塑性换算公式,并采用Cr2Ni2MoV钢对公式进行试验验证.根据弹塑性有限元分析,刚性转动假设得到了很好的验证,刚性转动中心靠近裂尖位置且受材料本构关系的影响甚微,转动半径R仅与裂纹长度和试样宽度之比a/W有关.有限元分析和试验结果表明,直通型CT试样的COD弹塑性换算公式用于塑性功计算具有更好的精度.     

弹塑性材料中裂纹的仿真研究

针对含裂纹的弹塑性材料结构,根据弹塑性断裂理论分析了裂纹增长的条件.建立了基于裂纹尖端存在塑性区的计算模型,得到了描述含裂纹弹塑性材料在外荷载作用下的塑性区尺寸及塑性区前端裂纹张开位移的解析解.按照所建立的计算模型对不同的裂纹长度、不同的外荷载对塑性区尺寸及张开位移的影响进行探讨.并给出了材料在外荷载作用下破坏的临界应力强度因子曲线.     

PP-ECC墩柱抗震设计方法初探

针对将RC墩柱塑性铰区全截面置换为聚丙烯纤维工程水泥基复合材料(PP-ECC)的墩柱开展了抗震设计方法的研究。基于平截面假定,针对PP-ECC墩柱(将RC墩柱的塑性铰区混凝土置换为PP-ECC)首先推导了其塑性铰区截面弯矩-曲率曲线关键点(屈服弯矩、屈服曲率、峰值弯矩和峰值曲率)的计算方法,然后推导了PP-ECC墩柱力-位移曲线关键点(屈服承载力、屈服位移、峰值承载力、峰值位移)的计算方法,进而提出PP-ECC墩柱的抗震设计方法;基于PP-ECC(抗压强度fpp-c=30 MPa)的单轴力学性能试验确定了其一维拉压本构关系,依据所提出的PPECC墩柱的抗震设计方法计算确定了PP-ECC墩柱模型塑性铰截面的弯矩-曲率关键点值及PP-ECC墩柱模型力-位移曲线的关键点值,并与相应的RC墩柱模型(抗压强度fc=30 MPa)进行了对比分析,结果表明:PP-ECC墩柱相较于塑性铰区采用同等强度混凝土的RC墩柱,其承载力略有提高,且变形能力显著提高。     

Ⅰ-Ⅲ型复合加载下铝合金疲劳裂纹扩展速率

通过有限元数值模拟和疲劳裂纹扩展试验,研究了铝合金材料在Ⅰ-Ⅲ复合型加载条件下的疲劳裂纹扩展规律,得到了在不同加载情况下裂纹的应力强度因子、裂纹前缘能量场和塑性区半径.在分析Ⅰ型拉力载荷对裂纹扩展的基础上,着重分析了Ⅲ型加载对Ⅰ型裂纹应力强度因子及裂纹前缘能量场的影响.结果表明:应力强度因子KⅠ随着Ⅲ型加载的增大而减小,而裂纹附近塑性区半径增大.进行Ⅲ型静态加载会使疲劳裂纹扩展速率减小,在一定范围内,Ⅰ-Ⅲ复合型疲劳裂纹扩展速率随着Ⅲ型加载的增加而减小;而在进行Ⅲ型循环加载会使疲劳裂纹扩展速率增大,在一定范围内,Ⅰ-Ⅲ复合型疲劳裂纹扩展速率随着Ⅲ型加载的增加而增大.     

压应力对裂尖塑性区影响的量化研究

为了量化压应力对裂尖反向塑性区尺寸的影响,填补压应力作用下裂尖塑性区尺寸估算的空白,基于理想弹塑性材料采用有限元数值计算方法,研究了含有中心穿透裂纹有限平板在拉压循环载荷作用下裂尖塑性区尺寸的变化规律,并分析了裂纹长度、应力比、时间历程等因素的影响;建立了压应力引起的裂尖最大反向塑性区尺寸的估算模型,提出了一种适用于R0拉压循环载荷作用的基于裂纹最大张口位移确定最大反向塑性区尺寸的简便方法.     

基于扩展有限元法的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹扩展研究

基于扩展有限元法(XFEM)研究了Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹扩展问题. 对于裂纹面间的力学行为,用内聚力模型(CZM)进行了描述. 推导了引入内聚力模型后扩展有限元法的单元刚度矩阵,研究了加载方向对紧凑拉剪试件复合型裂纹扩展的影响. 研究结果表明:加载方向对裂纹起裂角影响较大,试件的最大承载力随着加载角度的增大近似线性增加;同时,在不同加载角度下数值模拟得到的裂纹起裂角和力-开口位移曲线与实验结果相吻合.