U形切槽三点弯曲梁的应力集中系数

三点弯曲梁被广泛应用于测试材料的断裂性能,但对准脆性材料难以制作尖锐的裂纹,因此考虑三点弯曲梁具有U形切槽,此时可以用应力集中系数来表征切槽端部的应力峰值。用有限单元法计算了三点弯曲梁的U形切槽顶部的应力集中系数,给出了应力集中系数随切槽深度和切槽宽度变化的规律,弥补了现有应力集中系数手册的欠缺。将U形切槽梁三点弯曲的应力集中系数与对应的U形切槽梁纯弯曲的应力集中系数作比较,发现前者比后者小,最大相对偏差达到-7.3%。将所得的应力集中系数应用于三点弯曲梁的无量纲最大承载力和挠度的分析,可以全面考虑切槽深度和切槽宽度的影响。     

U形切口平均周向应力准则的工程应用

线弹性切口断裂准则常借助于材料的基本参数来预测构件的承载能力;反之,可利用U形切口平板试样最大载荷来确定材料的断裂韧度.根据I型U形切口平均周向应力准则,提出了运用临界切口应力强度因子KU1C确定脆性材料断裂韧度K10C的工程方法,并对有关文献中的U形切口三点弯曲试验结果进行了相应计算和验证.结果表明,该方法为切口断裂准则的工程应用提供了新的思路..     

带U形缺口梁弯曲的局部应力和极限载荷的工程计算方法

本文根据折线形截面假设,探讨了一种计算带对称U形缺口梁弯曲的弹塑性局部应力和极限载荷的工程方法.文中分析了缺口宽系数(ρ/a)和缺口深系数(t/a)对局部应力的影响,比较了深缺口和浅缺口这两种情况,并给出了极限载荷与弹塑性交界面的关系.     

矩形小孔对薄板弯曲应力集中的影响

对于内含矩形小孔的弹性薄板的应力集中问题,传统的解决办法是运用数值计算方法或者保角变换并得到数值解.基于弹性理论和有限元方法,针对矩形薄板的特性建立了具有循环周期性的控制方程,并应用U变换技术,得到具有3个自由度的位移方程,给出级数形式的位移解析解,矩形孔的长宽比是解的一个参数;然后,可以很方便地由结点位移讨论薄板弯曲的内力和应力集中系数.文中给出一个具体的算例,当薄板受到单向弯曲荷载作用时,利用四结点12自由度薄板弯曲非协调单元得到内力的解,并且改变矩形孔的长宽比,讨论了矩形孔形状对于应力集中系数的影响.研究结果表明:当长宽比等于1时,应力集中系数为1.591 1,并且随着长宽比的增大而迅速增大,随着长宽比的减小而平缓下降.     

混凝土类材料断裂实验的试件尺寸问题

本文在混凝土尺寸效应公式和混凝土的切口敏感性规律的基础上,推导出对于三点弯曲、四点弯曲、紧凑拉伸断裂实验,能够得到有效K_(1c)值的试件的最小高度。结果表明,三点弯曲和四点弯曲实验的试件的最小高度,非常类似于Modeer公式所得结果,而紧凑拉伸试件的最小高度则随相对裂缝长度增加而增加。     

浅裂纹三点弯曲试件的J和r_p研究

本文应用位移分解法导出用于浅裂纹的 J 积分值计算式。通过五组不同 a/W 比值三点弯曲试件的断裂实验和有限元分析,研究了浅裂纹的 J 积分值和塑性转动因子 r_p。     

硫酸盐侵蚀环境下混凝土双K断裂参数试验研究

为了评估硫酸盐侵蚀环境下混凝土的工作性能并为断裂分析提供依据,采用三点弯曲梁试验方法,研究在硫酸盐侵蚀和干湿循环双重作用下混凝土双K断裂参数等断裂性能的劣化规律.基于断裂力学理论,通过在裂缝尖端表面粘贴应变片来监测裂缝的起裂、扩展和失稳断裂情况,得到在不同硫酸盐侵蚀龄期下试件的P-CMOD曲线.以侵蚀系数为评价指标,采用混凝土双K断裂准则计算构件的失稳韧度和起裂韧度.结果表明:起裂荷载与最大荷载的比值PQ/Pmax大致分布在0.55～0.90,失稳韧度和起裂韧度在侵蚀初期均有较明显的增大,转折点分别为60和30d,之后随侵蚀龄期不断缓慢减小.与失稳韧度相比,起裂韧度受硫酸盐侵蚀因素的影响较敏感.     

硝胺火药断裂性能的研究

本文用紧凑拉伸、三点弯曲和单边裂纹拉伸等三种实验方法对硝胺火药在不同温度和不同裂纹深度下的断裂性能进行了研究.在所做实验条件下,用紧凑拉伸实验测得的断裂韧性K_c值的范围是0.97～4.23MPa·m~(1/2);用三点弯曲实验测得的K_c值之范围是0.65～2.08MPa·m~(1/2);用单边裂纹拉伸实验测得的K_c值范围是1.48～6.1 7MPa·m~(1/2).并且得出,随温度和裂纹深度的增加,K_c值都逐渐减小.最后文章还对这三种实验方法进行了讨论,得出单边裂纹拉伸实验是研究炮药断裂性能的一种较好的实验方法.     

拉伸速率对FGH95缺口小试样断裂性能的影响

研究了不同加载速率和不同的缺口形状对粉末冶金FGH95缺口小试样拉伸断裂性能的影响.结果表明:名义断裂应力σnom随着加载速率的增大而减小;仅对具有相同缺口深度的缺口试样,σnom随着名义应力集中因子Kt的增大而减小,缺口深度对断裂应力的影响远大于缺口形状,当缺口深度达到某一数值,将产生缺口强化现象.随着加载速率的增大,缺口敏感系数Cm呈下降趋势,应力集中因子越大的试样,缺口敏感性越强.γ′沉淀粒子的强化作用和高温动态回复对FGH95高温变形起主要作用.     

玄武岩纤维混凝土断裂性能实验研究

为探讨玄武岩纤维混凝土的断裂性能,对31组相对切口深度为0.4的玄武岩纤维混凝土试件进行了三点弯曲实验,分析了玄武岩纤维混凝土的裂纹扩展过程,从断裂韧度、断裂能和延性指数三个方面对玄武岩纤维混凝土的断裂性能进行评价,探讨了玄武岩纤维对混凝土断裂性能的影响机理。结果表明:掺入适量纤维可以有效提高混凝土的断裂韧度、断裂能和延性指数,但这种提高与纤维特征系数不成线性关系。纤维对混凝土的断裂性能同时存在增强和削弱两种影响。通过引入以纤维特征系数为变量的削弱系数和削弱函数,获得了较高精度的各断裂参数关于纤维长径比和体积率的表达式,提出了玄武岩纤维混凝土的配比优化方案,可为玄武纤维混凝土的断裂性能研究提供参考。     

应力吸收层沥青混合料的半圆弯拉试验参数

针对应力吸收层组成材料及结构受力的特殊性,探索一种与之相匹配的低温抗裂性能的评价方法具有重要意义。在比较分析已有的沥青混合料低温抗裂试验方法的基础上,得出半圆弯拉试验方法用于评价应力吸收层混合料低温性能的合理性及优越性。采用三维有限元方法,建立带缺口的半圆弯拉试验模型,进行各试验参数下的应力分析。结果表明:试件的最佳厚度为50mm,底部拉应力基本上趋于稳定,受外部影响不大;随缺口宽度的增加,缺口处底部拉应力逐渐减少,基本上成线性关系,缺口宽度的最佳尺寸1.5mm;随缺口深度的增加,缺口处底部拉应力逐渐增大,在小于20mm时成线性增加,支座间距宜为0.8倍试件直径。     

脉冲激光加工连杆裂解槽数值仿真

建立了YAG脉冲激光加工裂解槽三维瞬态温度场有限元模型,并对热源加载形式、离焦量、材料热物理性能参数、单元生死等技术问题进行了分析。对激光在C70S6高碳微合金非调质钢上移动切割裂解槽进行了数值模拟,得到不同切割参数下槽深、槽宽及温度场,总结出光斑直径、激光功率、脉宽、加工速度等参数对裂解槽加工的影响规律。将数值分析结果与激光切槽试验进行了对比,对激光加工裂解槽工艺参数的选择提出了建议。     

脆性材料三点弯曲试样的最大荷载及其挠度和刚度

三点弯曲试样广泛用于测定各种材料的强度,断裂能和断裂韧度.利用材料力学和断裂力学原理,得到脆性材料三点弯曲试样的最大荷载及其挠度和刚度的无量纲化显式表达式,并给出这些无量纲化力学量的图表,揭示它们随切槽深度变化的规律.两种力学分析方法所得结果基本一致,还指出使它们进一步完善的研究方向.验证和讨论了与文献[6～8]中相应的实验荷载-挠度曲线,理论与实验结果比较吻合.利用得到的表达式和图表,可以鉴别脆性材料荷载-位移曲线峰前（最大荷载前）部分所显示的无量纲化最大荷载及其挠度和刚度的变化合理性, 以及预测实验时这些力学量随切槽深度变化的情况.     

基于复合梁的钢桥面铺装断裂参数数值模拟

基于桥面铺装的裂缝特点及断裂力学理论,引入J积分并建立复合梁三点弯曲试验数值模型,研究了温度和初始缝高比对其断裂特性的影响。研究分析可得,随切口深度的增加,梁启裂、失稳时的J积分和裂纹的亚临界扩展量逐渐降低,启裂Jini的降低幅度比失稳扩展Jmax小;复合梁的Jini、Jmax和裂缝亚临界扩展长度随着环氧沥青混凝土的模量增大而变小。研究可为桥面铺装的抗裂设计提供依据,并为铺装结构的裂缝修补时机研究提供思路和参考。     

配筋率影响钢筋混凝土悬臂梁碳纤维抗弯加固效果的有限元分析

利用ANSYS有限元分析软件,对7根碳纤维布加固的钢筋混凝土悬臂梁(第I组)进行有限元模拟,对加固后的构件破坏的形态、抗弯承载力提高幅度以及构件破坏时钢筋的利用率进行了分析.分析发现,构件纵向受拉钢筋的利用率与加固效果密切相关.在此基础上,通过减小第I组构件纵向受拉钢筋的截面尺寸改变配筋率,重新建立了7根钢筋混凝土悬臂梁(第II组).分析表明,纵向配筋率较小,受拉钢筋利用越充分的受弯构件,其抗弯承载力提高幅度越明显,经济价值更为突出.     

中等厚度高强钢缺口板断裂试验及数值分析

为研究中等厚度高强钢断裂机理,对厚度为16mm的Q345缺口板和开孔板各10个试件进行了拉伸断裂试验,研究了缺口尖锐度对中等厚度高强钢断裂模式的影响.试验表明,初始裂纹形成于缺口边缘内侧,缺口较尖锐的试件断裂延性较低,初始开裂点位于载荷位移曲线的强化阶段,呈脆性断裂;缺口较钝的试件断裂点位于载荷位移曲线的下降段,呈延性断裂.对高强钢缺口板和开孔板断裂试验进行了基于广义屈服模型和椭球面断裂模型的数值模拟和断裂分析,结果表明,金属椭球面断裂模型对预测中等厚度高强钢缺口板和开孔板的初始开裂有较高精度,但对中等厚度高强钢延性断裂的预测偏于保守.     

连杆预制裂纹槽几何参数对胀裂力的影响

为了减小连杆裂解加工中所需的裂解力,提高裂解加工质量,利用MSC.Marc软件,建立了连杆裂解加工的有限元模型;采用正交试验设计方法,分析了预制裂纹槽几何参数对裂解力的影响规律;通过方差显著性分析得出槽深h对裂解力的影响最为显著,其次是张角α,而曲率半径r对裂解力的影响较小。裂解力在张角α≤45°时增大相对缓慢。随着槽深h的增加裂解力降低,当h≥1.0 mm时,裂解力降低缓慢。     

结构钢缺口板断裂试验及数值分析

通过对25个结构钢缺口板进行的单向拉伸断裂试验,验证了提出的结构钢广义屈服模型和椭球面断裂准则.用ANSYS软件中的参数化设计语言APDL和用户编程功能UPFs,将提出的静水应力型广义屈服模型编制成子程序模块,对结构钢缺口板断裂试验进行了基于广义屈服模型和椭球面断裂准则的数值模拟分析.试验结果表明:裂纹起始于缺口边缘内侧,裂纹在厚度方向贯通后沿宽度发展,试件最终断裂于缺口薄弱断面.缺口板断裂应力场分析表明,提出的椭球面断裂准则对预测结构钢缺口板初始开裂具有广泛适用性和较高精度.     

基于预插粘性界面单元的全级配混凝土梁弯拉破坏模拟

为确定预插粘性界面单元法模拟全级配混凝土梁在弯拉荷载作用下断裂破坏过程的有效性和适用性,基于粘结裂缝模型的基本原理,在混凝土梁的中心区域采用Monte—Carlo法生成随机骨料模型,通过自编程序实现了砂浆单元间和界面处粘性界面单元的预插,对全级配细观混凝土梁的弯拉断裂破坏过程进行数值模拟,模拟结果与相关文献结果吻合良好。研究结果表明：预插粘性界面单元法能够有效地模拟细观混凝土材料的弯拉断裂破坏过程和宏观力学特性。