橡胶增韧环氧树脂机理的研究

本工作以端羧基丁腈橡胶/E-51环氧树脂/2-乙基-4-甲基咪唑体系为代表,探讨橡胶改性环氧浇注体破断功、冲击强度及断裂表面能增加的机理。观察了拉伸试件的断裂面形态以及受力变形时表面形态的变化。发现橡胶颗粒不仅使裂缝分枝,引发河流线,而且能引发裂纹和剪切带。根据双悬臂梁劈裂试件裂缝扩展过程中裂端变形特征,提出裂缝端部钝化模型,分析裂缝失稳扩展的临界条件,并且推导了裂端临界曲率半径和断裂表面能的估算公式。断裂表面能的计算值与实验值较吻合。     

路面结构裂缝应力强度因子数值计算

路面裂缝尖端应力强度因子是判断裂缝开裂扩展的重要指标 .应用奇异等参元及断裂力学理论 ,对 3种荷载简化模式下路面单裂缝问题进行了数值分析 .在裂缝尖端附近采用最小二乘法回归得到了相应的裂缝尖端应力强度因子 ,同时应用有限宽板条模型进行了数值验算 .计算结果表明 ,裂缝长度与基层模量对裂缝尖端应力强度因子影响较大 ,凸形荷载作用下裂缝更易扩展 .     

建筑构件裂缝稳定性分析

依据断裂力学原理,以钢筋混凝土受弯构件为研究对象,分析建筑构件中微裂纹扩展与裂缝终止问题,指出裂纹跨越钢筋后因作用构件应力将发生转移而重新分布,裂缝终止条件与跨钢筋裂缝尖端附近的应力分布有关。     

低温冲击环境下的加筋板骨材裂纹扩展分析

针对低温冲击作用下含裂纹船海结构物易呈脆性断裂破坏的问题,选取加筋板单元进行了面外横向冲击载荷作用下裂纹发展路径和断裂规律的研究。构造了骨材裂纹I型和I-II复合型动态断裂的条件,使用局部应力与损伤模型控制裂纹起裂和发展;采用扩展有限单元法进行数值求解。研究表明:本文方法可以很好的预测此类问题中的裂纹发展;研究I型开裂发现,断裂能减小,裂纹扩展速度加快;研究I-II复合型开裂发现,裂纹与骨材垂向中心线距离减小或初始长度增加,裂纹起裂时间变早且整体发展路径偏离裂尖初始方向程度减小。     

身管内膛涂层界面裂纹的应力强度因子分析

针对火炮身管内膛的损伤、裂纹扩展及涂层剥落问题,基于断裂力学理论,结合有限元分析软件ANSYS对火炮身管内膛涂层界面裂纹进行仿真分析.应用APDL语言对内膛基体与涂层的界面裂纹结构进行参数化建模,对裂纹尖端应力场进行分析,探究不同裂纹尺寸、载荷等因素对界面裂纹扩展及I型、II型应力强度因子的影响.结果表明,I型、II型...     

激光控制裂纹扩展的路径迭代法及收敛性分析

为了诱导和控制脆性材料板中裂纹沿非对称的预定轨迹扩展,给出一种求取激光扫描路径的迭代法,分析控制参数对收敛性的影响.基于PID控制理论,将裂纹扩展的实际轨迹与预定轨迹的偏差及其积分和微分项的组合构成激光扫描路径的迭代算式,通过强制裂纹按预定轨迹扩展的仿真分析,求得各步的扩展方向,并依此估计裂纹路径的偏差,避免了裂纹的自适应扩展分析及相应的网格重划分.选取不同的比例、积分和微分控制参数对典型实例进行路径迭代分析,结果表明比例控制参数对收敛性影响明显,较大的比例控制参数值有利于迭代的收敛,而微分控制参数应取较小的值.自适应裂纹扩展仿真分析显示,当激光沿迭代所得路径扫描时能够有效地诱导和控制裂纹沿预定轨迹扩展,证明了提出方法的有效性.     

有表面微裂纹的金属薄膜力学性能的有限元分析

研究在PI基体上的铜金属薄膜表面I型裂纹对薄膜力学性能的影响.以断裂力学基本理论和有限单元法进行数值计算相结合对计算模型分析研究.分析了表面微裂纹对PI基体上的铜薄膜的屈服和后继塑性行为的影响,特别是研究了裂纹深度对最大塑性应变和等效塑性应力的影响,同时考察了薄膜材料硬化指数和载荷对最大塑性应变的影响.随着裂纹深度的增加,裂纹尖端塑性区增大;但当裂纹深度接近和超过薄膜厚的一半时,最大应力值变小,塑性区变大,塑性应变增大.这是因为薄膜承载能力变小,主要是由基体承受载荷.     

沥青路面多裂纹温度应力的数值模拟

本文考虑了沥青混合料的粘弹性,基于断裂力学理论,通过有限元数值模拟研究了含多裂纹沥青路面在温度荷载作用下的响应,考察了裂纹间距变化对应力强度因子以及温度应力的影响,结果表明:随着温度降低,基底裂缝的I型应力强度因子逐渐增大;随着裂纹间距的增大,基底裂纹先增大后减小并趋于稳定,表面裂纹尖端的最大压应力亦呈现先增大后减小的趋势,同时对加铺土工布这一阻裂措施利用数值模拟进行了验证.     

钻柱在扭转、纵向振动下的疲劳寿命估算

鉴于目前钻柱的疲劳寿命估算多是以单一裂纹理论为基础,不能很好地反映钻柱扭转和纵向振动的共同作用.根据复合型裂纹扩展理论和断裂力学方法,以及钻柱在生产和应用中的表面线性裂纹现象,提出了钻柱在扭转、纵向振动下的疲劳寿命计算模型.应用实例表明,该模型计算方法简单,便于工程应用.     

近场动力学与有限单元法的混合模型与隐式求解格式

利用近场动力学方法(PD)在模拟不连续变形问题的独特优势和有限单元法(FEM)的计算效率,提出近场动力学与有限单元法混合建模的方法,并用于求解断裂力学问题.裂纹出现的区域采用改进的近场动力学微观弹脆性(PMB)模型进行离散,其他区域采用有限元离散,通过杆单元连接不同的子区域.在隐式求解体系下实现了两种方法的混合建模,该模型在求解静力学问题时无需引入阻尼项,有效提高了计算效率和计算精度.通过模拟计算简支梁的弹性变形和三点弯曲梁I型裂纹的扩展过程,与理论解吻合良好,验证了提出的混合模型和求解方法的准确性和有效性.     

混凝土虚拟裂缝模型的有限差分法分析

本文用有限差分法于虚拟裂缝模型,分析了混凝土三点弯曲切口梁中裂缝的扩展至断裂的全过程。所得的结果与有限元法和实验结果吻合较好,表明该法是混凝土断裂力学研究的有效数值方法之一。文中分析了不同的几何尺寸、材料参数对混凝土断裂能G_f的影响,可供实验测定断裂能数据分析时参考。     

扩展有限元法在重力坝断裂分析中的应用研究

扩展有限元法是近年来发展起来的分析不连续问题(特别是断裂问题)的一种有效方法。介绍了扩展有限元法的基本原理,给出了采用扩展有限元法进行裂纹扩展分析的方法,最后采用扩展有限元法模拟了混凝土重力坝坝踵裂缝扩展过程,分析了其变形、应力场分布规律。算例表明扩展有限元法在进行断裂分析时克服了常规有限元法的缺点,避免了常规有限元法在分析断裂问题时繁琐的前处理过程,不需要裂纹面与有限元网格一致,不需要在裂缝周围布置高密度网格,模拟裂纹扩展过程时不需要不断地重新划分网格,展示了扩展有限元法在大坝开裂分析中的独特优势。     

扩展有限元法求解应力强度因子

在常规有限元单元形函数中加入模拟裂纹不连续位移场的跳跃函数,在裂纹尖端构造反映位移场奇异性的裂尖增强函数,采用相互作用积分法求得裂尖应力强度因子．算例结果表明,扩展有限元方法在分析断裂力学问题时具有计算精度高,对有限元网格依赖性小,操作简便等优点．     

岩石压剪断裂及其强度特性分析

籍助于断裂力学的理论和有限元数值计算方法，分析了压剪断裂过程中裂纹尖端应力场的演变规律；修正了应力强度因子的有关计算式，建立了表征初裂的新的断裂准则；反映了裂纹几何尺寸、分布规律、裂纹面物理力学性质、岩石材料断裂韧度，以及围压效应对岩石压剪断裂的影响．     

正交异性复合材料板界面裂纹尖端应力强度因子

研究了两种不同的正交异性复合材料板受对称载荷作用的界面裂纹问题.据弹性力学理论、断裂力学知识,给出了该问题的力学模型:一类偏微分方程边值问题.通过引入特殊的应力函数,采用复变函数方法和待定系数法求解了八阶齐次线性方程组,推出了两种相异正交异性复合材料板的双材料弹性常数的计算公式,得到了受对称载荷作用的界面裂纹尖端应力强度因子的计算公式,给出了一个工程应用算例.其结果在相关断裂分析的理论研究与实际应用中具有重要的参考价值.     

应力断料及其在破坏力学层面上断裂机理

应力断料是产生于八十年代初建立在断裂力学基础上的 ,能实现固体材料连续界面快速和规则分离的先进加工工艺方法。通过有色金属应力断料中的开拓性工作 ,从微细观层次上解释了应力切断断口上裂纹源的形成 ,以及裂纹扩展的物理过程 ;首次提出了变形局部化的形成与演化是材料准脆性断裂主要内因的新见解。还借助理论引伸出提高工件转速 ,以缩短圆棒件应力切断机动时间的构想     

典型结构件疲劳寿命分析研究

为建立疲劳裂纹对典型结构件性能影响的机理性模型,解决疲劳分析问题,以飞机的典型部件机翼为研究对象,建立了机翼的变幅载荷谱.基于弹塑性断裂力学,进行了机翼裂纹的扩展分析,利用多自由度动态有限元解析理论,进行了机翼的工作状态模拟和疲劳断裂分析,并给出了裂纹寿命预测的公式以预测构件的裂纹寿命.     

SEM in-situ investigation on fatigue cracking behavior of P/M Rene95 alloy with surface inclusions

The low-cycle fatigue behavior of powder metallurgy Rene95 alloy containing surface inclusions was investigated by in-situ observation with scanning electron microscopy （SEM）. The process of fatigue crack initiation and early stage of propagation behavior indicates that fatigue crack mainly occurs at the interface between the inclusion and the matrix. The effect of inclusion on the fatigue crack initiation and the early stage of crack growth was very obvious. The fatigue crack growth path in the matrix is similar to the shape of inclusion made on the basis of fatigue fracture image analysis. The empiric relation between the surface and inside crack growth length, near a surface inclusion, can be expressed. Therefore, the fatigue crack growth rate or life of P/M Rene95 alloy including the inclusions can be evaluated on the basis of the measurable surface crack length parameter. In addition, the effect of two inclusions on the fatigue crack initiation behavior was investigated by the in-situ observation with SEM.     

含界面裂纹的GFRP沥青混合料巴西盘断裂力学分析

为研究GFRP沥青混合料界面裂尖力学特性,对混合料进行强度分析,设计了含预制界面裂纹的双材料巴西盘试件,实测了加载角度在25°90°之间27个巴西盘试件断裂荷载、裂纹扩展路径和断口形式等试验数据,结合试验数据建立了考虑GFRP正交异性双材料巴西盘有限元模型,采用数值外插法反算了界面应力强度因子,进行了GFRP沥青混合料巴西盘断裂力学性能的理论分析和试验研究.结果表明,含预制界面裂纹的双材料巴西盘试件能全面地反映GFRP沥青混合料的断裂形态,是一种有效的试验方法;以界面应力强度因子作为力学评价指标,能够很好地解释试验现象;含预制界面裂纹的GFRP沥青混合料巴西盘符合椭圆强度准则.