三维裂纹端部应力场的三参数描述及等效厚度概念

传统的二维断裂理论忽略了各种断裂参数的三维厚度效应,将其应用到三维结构的损伤容限设计及评定中具有明显的局限性.另一方面,工程中存在的裂纹通常具有复杂的形状,并且无法直接考虑其对应的厚度.因此,工程中通常采用最保守的平面应变断裂韧性或固定的裂纹扩展速率曲线来描述裂纹的扩展和断裂,这无疑会带来巨大的误差.事实上,在含裂纹的三维结构中,裂尖局部场总是呈现出复杂的三维应力状态,而裂尖复杂的三维应力场对结构的强度起着至关重要的作用.对裂尖三维应力场进行研究、发展三维断裂理论将是解决实际工程问题的必然路径.本文介绍了近年来本研究组有关裂尖场描述体系从二维到三维,从单参数到多参数体系,从线弹性体系到弹塑性以及蠕变理论体系的发展,重点介绍了有关裂尖场三维三参数描述体系的研究进展和基于裂尖三维应力场和约束等效原则发展起来的裂纹的等效厚度概念及其工程应用情况.     

含表面梯度强化层的缺口样品疲劳起源寿命数值分析

以Tanaka和Mura的疲劳模型为基础,引入弹性应变能释放项,构建了新的适用于复杂载荷的疲劳模型.利用这一模型,结合表面梯度强化层的强度、模量和残余应力的梯度分布特征,对含表面梯度强化层的缺口样品的疲劳形核寿命分布及裂纹起源位置进行数值分析.分析结果表明:表面强化会增加样品的疲劳形核寿命,强化层厚度变化会改变裂纹形核位置.存在临界厚度,当强化层厚度小于临界厚度,裂纹形核于强化层与基体的界面;反之,形核于强化亚表层或表面.硬度比增加会导致临界厚度增加,过大的残余压应力会降低疲劳裂纹形核寿命.相同名义应力集中系数值(Kt)的样品在同一强化工艺处理后,其疲劳形核寿命和裂纹起源位置随样品缺口尺寸而改变.     

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。     

带有油膜轴承的裂纹轴转子系统故障特征分析

通过大量仿真计算，对于带有油膜轴承的裂纹轴转子系统的故障特征进行了较为全面的论证．这些特征是通过三维频谱、转速-振幅特性和周期分岔特性来表达的．除了分析裂纹轴转子系统的基本故障特征外，还重点分析了作为故障特征的一个重要方面的非线性行为．为诊断转子系统裂纹故障提供了理论依据．     

连铸板坯凝固过程的应变分析

通过建立连铸板坯凝固过程的传热模型和采用实测温度数据进行检验,获得了铸坯温度及坯壳厚度的数据.在此基础上建立了凝固过程的应变分析模型,得到了实际工况条件下坯壳所受的拉应变.结果表明,在正常工况下,连铸坯凝固前沿所受的应变很小,铸坯不会产生内部裂纹;当导辊开口度的偏差大于2mm时,其引起的应变大于鼓肚应变,且凝固前沿所受的应变大于临界应变,内部裂纹发生的可能性很大.支撑辊对中精度是产生内部裂纹的重要影响因素.     

含轴对称抛物线曲裂纹平面弹性问题的解析解

研究含轴对称抛物线曲裂纹平面弹性问题.采用了传统的复变函数保角映射法,给出了一个新的保角变换公式,从而将抛物线曲裂纹外的区域映射到一个复平面的单位圆内.得到了含轴对称抛物线曲裂纹平面弹性问题的曲裂纹尖端Ⅰ型应力强度因子的解析表达式.本解在特殊极限条件下可解析地退化到穿透型直线裂纹的经典解.参数分析表明轴对称抛物线曲裂纹尖端的应力强度因子与抛物线曲裂纹的尺寸和形状有关.     

一种带可靠性的疲劳裂纹扩展速率表达式

利用旧桥梁钢实验研究了疲劳裂纹扩展速率表达式，并以一种新的方法获得了带有可靠性的疲劳裂纹扩展速率表达式．该表达式表明了疲劳裂纹扩展门槛值的存在，它覆盖疲劳裂纹扩展A区和B区．为精确评估在役钢结构的安全寿命提供了理论依据．     

煤体裂纹水力致裂的扩展机理

基于现有的岩石断裂力学和细观损伤力学，在引用裂纹尖端损伤局部化模型，考虑煤体的远场应力、煤体注水压力及局部损伤带内应力作用的前提下，分析了裂纹尖端应力分布，对水力作用下煤体裂纹尖端损伤局部化、裂纹扩展的基本条件及裂纹扩展的方向进行了理论分析与探讨。     

圆孔孔壁裂缝水压扩张的压力参数理论分析

运用水压致裂法和Griffith理论，对地应力场中岩体孔壁水压诱致裂缝扩展过程进行了分析，将孔隙压力作用下孔壁裂纹的扩展过程分为3个阶段，即孔壁破裂、第二次扩展、第三次破裂扩展阶段；且不同的破裂阶段分别对应着不同的水力压力。分析了含内压裂纹的扩展压力与原始地应力场及围岩力学特性的关系，随着岩体埋深由浅至深的逐渐增加，水力致裂圆孔的孔壁破裂压力变化由2个阶段过渡为3个阶段，且存在一个钻孔位置的临界埋深。为实际坚硬顶煤水力弱化的试验设计提供了依据。     

裂纹缺陷对液化气球罐强度的影响

在役的液化石油气球罐缺陷以裂纹为主,且内表面裂纹占很大比重。运用有限元软件,分析了球罐内表面横向裂纹和纵向裂纹对球罐强度的影响。结果表明,在其他条件相同情况下,同一位置的横向裂纹比纵向裂纹对球罐的危害性大。横向裂纹深度越深,危险性越大;长度越长,危害性反而越小。研究结果对在役带裂纹缺陷的液化石油气球罐的安全使用和评定具有实际意义。