断裂力学 第六讲 断裂力学的工程应用

一、概述利用断裂力学的原理进行防断设计主要有下述几方面.1)估算含裂纹构件的安全性和寿命,确定构件在工作条件下的裂纹容限.2)用断裂力学作指导进行安全设计.3)分析各种断裂事故,提出改进措施.     

基于可靠度理论的焊接结构疲劳寿命评估

以16MnR钢的焊接结构为例,视主要变量为不确定的,考虑Taylor展开的方法求解一般函数的均值和标准差。根据断裂判据,采用JC法(国际结构安全度联合委员会JCSS推荐)对这种结构进行疲劳可靠性分析,并运用概率断裂力学方法进行给定可靠度下的剩余疲劳寿命计算。算例结果表明,JC法计算精度较高,采用断裂力学方法估算含裂纹构件的剩余疲劳寿命是可行的。     

疲劳断裂理论及钢结构疲劳设计

<正> 以往研究疲劳的方法,是进行结构构件或试件的常幅疲劳试验。根据试验结果统计出疲劳强度(S)和疲劳寿命(即循环次数N)曲线,对构件实际承受的应力作频谱分析后,利用Miner线性累积损伤理论进行寿命估算。七十年代以来,随着断裂力学的兴     

摩擦型连接高强螺栓节点的疲劳性能分析

基于断裂力学疲劳裂纹扩展理论,分析了摩擦型连接高强螺栓疲劳性能与连接接触面摩擦系数和温度的关系。建立摩擦型高强螺栓3维有限元模型,计算其在不同摩擦系数和温度下的疲劳寿命和疲劳损伤。结果表明:摩擦型连接高强螺栓节点的疲劳寿命随着摩擦系数的增加而降低,随温度的增加而降低。抗摩擦系数越大疲劳损伤越严重,温度越高结构的疲劳损伤也越大。随摩擦系数增加,接触面的几何不连续程度增加,导致裂纹的扩展速率加快、结构的安全系数降低;随温度的升高,结构的安全系数降低。研究成果可为今后相关构件的疲劳设计提供参考。     

高等级沥青路面表面裂纹J积分评价

在断裂力学理论的基础上，应用大型通用有限元软件，建立三维实体模型，对路面表面裂纹进行J积分数值计算，分析探讨了超载及不同路面结构参数对表面裂纹的影响，计算结果真实反映路面结构的现象和规律，可为高等级公路抗裂设计提供依据。     

圆管在承受交变载荷时的裂纹扩展寿命分析

起重机结构设计中,常常使用圆管结构作为重要的疲劳受力构件,其结构又往往设有应力释放孔,以方便结构制作。本文使用断裂力学的方法,对此结构的裂纹扩展寿命及裂纹的扩展速度进行了详细分析。     

带有裂纹构件的旧钢桁桥的安全评估

采用断裂力学理论对老化钢桁桥的安全性能进行评估并对最终承载能力予以估算,已越来越多地被工程界接受。为了得到试样破坏时的最终承载能力,对三组I型试样进行三点弯曲试验,并推出断裂韧性KIC以及带有一定长度裂纹的构件允许应力[σ]的计算式。采用现场无损测试和磁探法来测定钢构件的裂纹情况。通过对现场测试结果与理论计算结果的比较,可以得出,采用断裂力学方法对带有裂纹构件的老化钢桁桥的安全性能进行评估的必要性。     

基于断裂力学理论的钢筋混凝土受弯构件的抗裂度分析

建筑工程中的钢筋混凝土构件,在进行抗裂度验算时,多采用连续介质力学为基础的极限状态设计方法。以假设构件在开裂前存在宏观表面裂缝为基础,抗裂度定义由“抵抗裂缝出现”而修正为“抵抗裂缝发生失稳扩展”,基于断裂力学理论对钢筋混凝土受弯构件进行抗裂分析,与实测结果比较后表明计算合理。     

钱塘江大桥疲劳检算和剩余寿命评估研究探讨

基于原始档案资料,建立了钱塘江大桥三维力学模型,计算获知各验算构件的应力历程并利用雨流计数法统计得到应力谱。依据规范,采用传统的疲劳损伤积累原理计算构件的损伤度,由此确定出剩余寿命评估对象。利用断裂力学方法精确模拟临界构件的裂纹扩展,从而计算出评估杆件的剩余寿命,并依据计算结果确定该桥的检测间隔。     

低温对钢结构疲劳性能影响研究综述

寒冷地区存在大量低温下承受交变荷载的钢结构构件,其发生疲劳破坏的可能性和危害性很大.按目前国内外基于线性累积损伤准则的疲劳分析方法,得出的疲劳寿命随温度降低而增加的结论往往与实际破坏状况不符.为给低温环境下钢结构的疲劳性能研究和疲劳设计提供参考依据,文中对国内外有关低温钢材疲劳性能的试验研究、计算方法以及相应规范进行了综述和分析评价,介绍了断裂力学理论在疲劳寿命评估中的应用,对基于弹塑性断裂力学的低温下疲劳寿命评估研究进行了展望,并探讨了计算机数值仿真技术用于结构疲劳寿命预估的思路和方法.     

基于断裂力学的焊接钢梁疲劳寿命数值分析

研究应用断裂力学理论和有限元方法来数值模拟和预测焊接钢结构疲劳寿命的方法。首先基于两种具有不同焊接构造细节的钢梁疲劳试验中裂纹形成位置和扩展途径,建立了基于应力强度因子概念的疲劳裂纹扩展模型及相关参数;然后讨论如何利用有限元软件ABAQUS进行疲劳裂纹扩展过程中裂纹前缘的单元网格划分和应力强度因子的J积分计算,给出了疲劳寿命预测计算流程。最后经预测结果与试验结果的比较,验证了焊接钢结构疲劳寿命的数值分析模型和方法的适用性。     

随机变幅荷载作用下焊接节点海水腐蚀疲劳裂纹扩展试验

本工作采用国产海上平台用钢的T型和十字形板状焊接节点试件,模拟导管架臂节点的弯曲受力状态,在随机变幅荷载下进行了海水腐蚀疲劳裂纹扩展试验,分别测得在海水自由腐蚀和阴极保护条件下的(~—da/dN)-AK~(NM)关系曲线。对于十字型焊接节点试件,根据试验测得的裂纹扩展速率曲线,用断裂力学方法对其海水腐蚀疲劳裂纹扩展寿命(有阴极保护)进行了估算,估算得到的裂纹扩展寿命曲线与试验数据,以及用线性累积损伤理论估算的寿命曲线,进行了分析比较和讨论。     

瓷绝缘子临界裂纹尺寸的新型数值计算方法研究

针对电力系统中瓷绝缘子等复杂几何构件临界裂纹尺寸计算困难的问题,提出了一种基于断裂力学和有限元相关理论的临界裂纹尺寸新型数值计算方法,通过含圆孔平板临界裂纹尺寸解析解与数值解的对比分析,对本文提出的临界裂纹尺寸计算方法的有效性进行了验证。建立支柱瓷绝缘子的有限元模型,应用本文的临界裂纹尺寸数值计算方法分析了不同位置和不同长深比下的临界裂纹尺寸大小及其变化规律,获得了支柱瓷绝缘子的最小临界裂纹尺寸及其分布位置,为电力行业中瓷绝缘子的故障诊断及维护提供有效的技术指导。     

带有裂纹构件的旧钢桁桥的安全评估

采用断裂力学理论对老化钢桁桥的安全性能进行评估并对最终承载能力予以估算,已越来越多地被工程界接受.为了得到试样破坏时的最终承载能力,对三组Ⅰ型试样进行三点弯曲试验,并推出断裂韧性KIC以及带有一定长度裂纹的构件允许应力[σ]的计算式.采用现场无损测试和磁探法来测定钢构件的裂纹情况.通过对现场测试结果与理论计算结果的比较,可以得出,采用断裂力学方法对带有裂纹构件的老化钢桁桥的安全性能进行评估的必要性.     

受裂纹影响的结构分析

<正> 随着科学技术的发展,一门经典结构力学与断裂力学相结合产生的力学分支一受裂纹影响的结构分析,已经在工程学术领域内出现。大家知道,在超静定结构中,当某一杆件某一部位发生一定长度裂纹时,此杆的柔度必将引起变化,这种变化将使整个超静定结构产生内力重分布。例如在抗震计算中,结构局部开裂后,其柔度增大,结构自振周期增长,结果使结构所受地震荷载有所降低;不过要从理论上加以说明,做出定量分析,这在断裂力学出现以前是难以做到的,原因就在于裂纹出现与杆件柔度之间,无法建立起相互关系。现在,由于断裂力学的发展,特别是线弹性断裂力学理论     

实用结构工程防断裂技巧

近半个世纪兴起的断裂力学针对工程结构中意外出现的低应力脆断现象进行了深入的研究，已取得了显著的理论成果，但由于对细观裂纹破坏规律的力学描述较复杂，影响了研究成果向实际工程的应用推广。本文列举六种基于断裂力学原理的工程实用方法用于建筑结构设计，可以显著提高建筑结构抗断裂性能。     

土木工程结构设计中结构断裂和疲劳理论

在结构设计时,关于构件的断裂和疲劳是考虑的关键点,在实际工程中构件多数是在交变应力作用下工作,发生疲劳破坏的,因此疲劳分析在结构工程设计中占有重要的地位,对于结构设计寿命的影响是至关重要的。由于结构设计时没有充分考虑疲劳与断裂在结构构件中的影响,导致出现工程事故的比比皆是。疲劳和断裂是引起结构和构件失效的主要原因之一。疲劳理论为解决构件设计使用寿命提供了理论基础和计算方法。     

实用结构工程防断裂

近半个世纪兴起的断裂力学针对工程结构中意外出现的低应力脆断现象进行了深入的研究，已取得了显著的理论成果，但由于对细观裂纹破坏规律的力学描述较复杂，影响了研究成果向实际工程的应用推广。本文列举六种基于断裂力学原理的工程实用方法用于建筑结构设计，可以显著提高建筑结构抗断裂性能。     

碳纤维加固钢结构的疲劳寿命分析

采用断裂力学方法对CFRP加固钢结构的剩余疲劳寿命进行研究。引入考虑裂纹闭合的疲劳寿命分析模型对CFRP加固钢结构进行疲劳寿命计算,计算结果与疲劳试验结果吻合较好。实际结构承受的是随机变幅疲劳荷载,根据Miner线性累积损伤理论,将变幅疲劳荷载转化成等效应力幅下的常幅疲劳荷载,给出CFRP加固钢结构的疲劳验算建议方法。     

钢结构的低温疲劳性能研究进展综述

为明确建筑和桥梁钢结构低温疲劳性能可以进一步研究的内容和方向,从而提出其低温环境下的抗疲劳设计方法建议,从钢材力学性能与断裂韧性、基于材料与构造细节层面的应力疲劳寿命与疲劳裂纹扩展性能等方面,全面综述了国内外学者在钢结构低温疲劳性能方面取得的研究成果。结果表明,低温对钢结构疲劳性能的影响与钢材种类和其所在结构细节等因素有关;钢材疲劳韧-脆转变温度的存在,对钢材疲劳裂纹扩展行为会产生转折性的影响;对低温下建筑和桥梁钢结构的疲劳性能还要从材料、构造细节和构件3个层面,基于S-N曲线和断裂力学的方法,进行系统的理论与试验研究。