基于三剪统一屈服准则的复合裂纹断裂分析

基于三剪统一屈服准则,研究了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型复合断裂问题,对复合裂纹的断裂条件进行了分析计算,给出了包含十二面体单元上的2个主剪面应力对材料屈服的共同影响系数b及反映材料拉压性能的参数α的三剪统一屈服断裂因子,并根据裂纹扩展条件及临界状态下断裂因子的取值得到了复合裂纹断裂准则。算例中对35CrMn2材料的复合裂纹的开裂角及断裂因子进行了计算,并给出了影响系数b与开裂角θ0的关系曲线,算例的实验值与数值解的比较结果表明,通过改变参数可使该断裂准则适用于不同性质的材料且该准则可较好地应用于复合断裂问题。     

三维介质中复合型裂纹扩展的断裂准则

断裂准则是评定含裂纹构件或结构的工作状态是否安全的基准和依据。本文从三维介质中复合型裂纹问题的分析入手,考虑裂纹尖端小范围屈服区对裂纹扩展的影响,提出了描述三维介质中任意形状裂纹扩展规律的F_(?)准则和E_(?)准则。这两个准则均与现有的实验资料吻合得很好,而且还有一个较为突出的特点,即能反映Ⅰ—Ⅱ—Ⅲ型复合裂纹和Ⅱ—Ⅲ型复合型裂纹中KⅢ对裂纹开裂角的贡献。这一特点是S准则[1]、MG准则[9]、C判据[10]和W判据[11]等一些断裂准则不具有的。     

混凝土复合断裂的等效判据

分析了几种常用的混凝土复合断裂判据，根据裂纹前沿应力场分布，采用等效的原则确定其平均应力，通过反映混凝土破坏特征的Ｄｒｕｃｋｅｒ－Ｐｒａｇｅｒ强度准则，建立了等效的复合断裂判据，该判据与试验结果较吻合。     

混凝土材料裂纹尖端应力场的研究

为了准确地预测混凝土类材料复合断裂韧度及裂纹扩展路径,提出了结合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判据采用双参数模型(应力强度因子K和T应力)来描述混凝土断裂行为。在对三相材料混凝土断裂进行理论计算时,通过应用westergard应力函数,并利用级数展开求解了裂纹尖端的T应力和应力强度因子。计算结果表明,内聚物的性质和T应力能影响断裂韧度及裂纹尖端的应力,这为模拟混凝土断裂提供了依据。     

疲劳裂纹扩展理论及其在混凝土疲劳性能研究中的应用

指出了研究疲劳裂纹扩展阶段对于工程材料疲劳性能研究所具有的重要性。对工程材料疲劳裂纹扩展理论的发展进行了回顾,并且对该理论在混凝土材料中的应用及研究现状进行了介绍;对传统Ｐａｒｉｓ公式和Ｆｏｒｍａｎ公式在高密度钢纤维混凝土等复合材料中应用所面临的问题进行了探讨,提出按照分形理论,以表面裂纹的分维值Ｄ来建立材料断裂准则。     

裂纹起裂角预测方法研究

本文提出一个新的屈服准则,该屈服准则适用于岩石类材料的小范围屈服,旨在预测弹塑性材料的破坏行为,基于该屈服准则,推导出了I型,II型以及I-II混合型裂纹尖端塑性区半径并对在单轴拉伸和纯剪切等荷载作用下的裂纹尖端塑性区进行了分析。结果显示,荷载加载方式、裂纹倾斜角和材料内摩擦角对塑性区的形状与大小有显著影响。根据对裂纹尖端塑性区的分析,基于如下假设：裂纹沿塑性区最短路径扩展,本文在提出的屈服准则的基础上导出了新的断裂准则,该准则可预测裂纹开裂初始角。相较于其他断裂准则,文献实验结果与本文提出的准则吻合地更好,能更加精确的预测裂纹的起裂角。     

混凝土材料断裂韧度分形尺寸效应

根据混凝土材料裂纹的分形特性,分析了混凝土的断裂韧度与裂纹带高度之间的变化关系.结合裂纹弯折扩展模型,计算了裂纹分形维数,提出了分形断裂韧度的理论模型,并与实验结果进行了验证.     

梯度功能材料的断裂准则

基于断裂力学的能量释放率理论 ,研究了平面应变条件下梯度功能材料的Ⅰ ,Ⅱ型复合裂纹问题 .讨论了裂纹尖端附近的应力场和应力强度因子 ,建立了具有一般性的梯度功能材料的断裂准则即能量释放率判据 .     

含三维圆弧形裂纹圆盘应力强度因子分布及起裂规律

圆盘试件径向受载作用下,其起裂点沿着厚度方向裂纹并非呈简单的直线形式,有必要对含有三维构型的裂纹进行分析.应用三维断裂分析软件FRANC3D对假定具有不同形状的三维圆弧形裂纹圆盘试件的应力强度因子进行了数值计算.结果表明,圆弧形裂纹前缘的应力强度因子值与裂纹圆心角γ和无量纲裂纹长度α有关,给出了含有圆弧形裂纹圆盘试件的三维应力强度因子分布规律,并基于I型断裂准则对试件的起裂点进行了分析,有助于进一步认识圆盘试件的起裂和扩展规律.     

梯度功能材料的断裂准则

基于断裂力学的能量释放率理论，研究了平面应变条件下梯度功能材料的Ⅰ，Ⅱ型复合裂纹问题．讨论了裂纹尖端附近的应力场和应力强度因子，建立了具有一般性的梯度功能材料的断裂准则即能量释放率判据．     

分形插值方法对混凝土损伤裂纹的预测

混凝土在损伤演化期间所形成的微裂纹具有明显的自相似特征,即分形特征。研究表明,用分形理论方法可以定量描述和区分混凝土在损伤演化期间形成的极其不规则的微裂纹。通过分形理论中分形插值运算来构造迭代函数系统,并对其损伤裂纹进行了预测。结果表明,该方法对混凝土损伤裂纹的预测取得了较好的效果。     

Macroscopic and microscopic fracture features of concrete used in coal mine under chlorine salt erosion

The microscopic morphology and pore structure characteristics of concrete with composite admixtures(fly ash and mineral powder) after chlorine salt erosion were analyzed via scanning electron microscopy(SEM) and mercury injection porosimetry(MIP), providing the basis for the design and maintenance of concrete shafts in coal mines. The above-mentioned characteristics were compared with the macroscopic characteristic of concrete fractures under uniaxial compression. The results show that the macroscopic fracture characteristics of concrete under uniaxial compression change from longitudinal split fracture and oblique section shear fracture to conjugate cant fracture, and the degree of breakage increases.Interface cracks, cement paste cracks, spherical surface cracks, and aggregate cracks appear in concrete under uniaxial compression. In the early stages of corrosion, the original cracks which are obvious are repaired. When the corrosion becomes more serious, cement paste cracks appear, and the number of harmful holes increases while the number of harmless holes decreases. This study also reveals the relationship between the macroscopic properties and microscopic structure of concrete under chloride salt erosion. Finally, the paper preliminarily discussed the relationship between the macroscopic properties and mesoscopic characteristics of concrete under chlorine salt erosion.     

I-II-III复合型裂缝应力强度因子与能量释放率的关系

基于断裂力学理论,应用复合型断裂判据中的最大周向应力判据和最大拉应变判据,以单一型裂缝应力强度因子K与能量释放率G的关系为基础,推导出I-II-III复合型裂缝应力强度因子K_I、K_II、K_III与能量释放率G_I-II-III关系公式;并应用有限元软件进行I-II-III复合型裂缝的有限元模拟,模拟值与理论值之间相差为1.14%,拟合良好,分析验证了复合型裂缝应力强度因子K_I、K_II、K_III与能量释放率G_I-II-III关系公式的合理性。     

混凝土Ⅰ—Ⅱ复合型Ⅴ型切口断裂判据的初步探讨

本文从V型切口尖端附近的应力场和位移场出发,按最大周向拉应力理论和最大用向拉应变理论,研究了Ⅰ—Ⅱ复合型V型切口的最大周向拉应力判据(即(σ_θ)_(max)判据)和最大周向拉应变判据(即(ε_θ)_(max)判据),完善了文献[1]所得的结果,使得反映Ⅱ型影响的参数f_σ能够唯一地确定,避免了其取值的任意性。最后用混凝土Ⅰ—Ⅱ复合型断裂试验的资料分析了这两种判据对于混凝土的适用性。分析表明,两种判据与试验资料都比较相符,其中尤以最大周向拉应变复合判据更为满意。     

复合型裂纹疲劳扩展的新准则

把最近提出的及计材料拉压屈服强度不同对材料断裂影响的复合型裂纹断裂准则扩充到疲劳裂纹扩展的情况，建立了一个新的复合型裂纹疲劳扩展准则，进而将位移不连续法(一种边界元方法)和本文提出的复合型裂纹疲劳扩展准则结合在一起，用于数值模拟复合型裂纹疲劳扩展过程．对中心斜裂纹板的疲劳扩展的数值模拟结果揭示了材料拉压屈服强度不同对复合型裂纹疲劳扩展的影响。     

脆性材料在压缩载荷作用下的断裂破坏准则

目前多裂隙材料在压缩载荷作用下的力学行为问题已成为当前断裂力学及岩石力学等学科的重要课题.选取位于同一直线上的多裂隙体,考虑裂隙(纹)表面间的摩擦力并应用复变应力函数,推出了裂纹应力强度因子的解析表达式.当只有两个裂纹或一个裂纹存在时,给出了准确的应力强度因子解析解.最后依据共线双裂纹模型和单裂纹模型及传统的裂纹断裂准则,建立了脆性材料在压缩载荷作用下的断裂破毁准则.在一些特殊情况下, 这个准则可以简化,并且其简化后的准则具有应用价值,特别是当材料不含有宏观裂纹时,这个准则就和著名的库伦 - 摩尔准则相一致.     

用脆性材料进行水工结构的断裂破坏模型试验

模型材料石膏具有与混凝土相似的断裂力学特性。混凝土和石膏两者在复合型荷载下的试验数值与最大拉应力判据曲线颇为吻合,并且它们的断裂韧度是它们的抗拉强度的线性函数。二维石膏块体断裂破坏模拟试验结果与有限元计算十分相近,从而模型试验为解决水工结构断裂问题提供了途径。     

压力容器中倾斜裂纹的失效分析方法

现有含缺陷结构失效评定规范对倾斜裂纹按投影法处理,其理论基础是线弹性断裂力学的复合型断裂准则,对于韧性材料的应用具有局限性．将美国电力研究院(EPRI)对材料按Ramberg-Osgood规律硬化的含缺陷结构失效评定双判据法的理论阐述推广到一般的硬化材料;又根据I-11复合型裂纹韧性断裂的研究成果,并吸收英国中央电力局(CEGB)R6-Rev3方法的特点,提出含倾斜裂纹结构的失效评定图．