复合型裂纹小范围屈服下裂尖塑性区统一解

采用俞茂宏统一强度理论,推导Ⅰ、Ⅱ复合型裂纹在小范围屈服条件下裂尖塑性区尺寸的统一解析解.给出材料参数在不同拉压比α、泊松比v和中间主应力影响参数b下的一族裂尖塑性区形状与大小的轨迹.讨论以上参数对裂尖塑性区变化的影响,其中拉压比α对塑性区影响较大,α≠1导致塑性区在裂纹上下表面处不连续,b=0和b=1分别对应裂尖塑性区的上限、下限边界.同Tresca准则、Mises准则的解进行比较分析,已有解均是它的特例或线性逼近,该理论解具有理论的统一性和对不同材料的普适性.     

小范围屈服条件下复合材料裂纹尖端塑性区分析

基于复合材料力学,推导Tsai-Hill强度准则在平面应力和平面应变条件下的一般表达式,得到了小范围屈服条件下,含中心裂纹无限大板Ⅰ型裂纹、Ⅱ型裂纹和Ⅰ/Ⅱ复合型裂纹尖端塑性区的解析解。针对不同裂纹倾角及泊松比 和,对裂尖塑性区进行了计算和分析。结果表明平面应变条件下塑性区范围小于平面应力条件下塑性区范围,参数、和 对复合材料裂尖塑性区范围和形状有明显的影响,不同的参数值得到的塑性区结果差别很大。另外,该解既适用于各向异性复合材料,也适用于各向同性材料。     

复合材料裂纹尖端塑性区的一种解法

基于Tsai-Hill强度理论,在平面应力条件下,推导正交各向异性复合材料Ⅰ型、Ⅱ型以及Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹塑性区方程,得到的结果适用于求解各向同性材料和拉压强度相等的各向异性复合材料的裂尖塑性区;数值算例给出不同材料坐标系与总坐标系夹角θ下的一组复合材料裂尖塑性区结果,讨论参数θ对裂尖塑性区大小和形状的影响,并与各向同性材料的结果进行比较.数值结果表明,参数θ对复合材料裂尖塑性区的影响很明显,各向同性材料具有更大的塑性区.     

非各向同性材料小范围屈服下裂尖塑性区研究

基于各向异性弹性力学的Stroh理论和Tsai-Hill非各向同性强度理论,预测非各向同性材料单一型和混合型裂纹裂尖塑性区的形状与大小,研究横向剪切强度以及材料主方向与裂纹坐标方向夹角θ等参数对裂尖塑性区的影响。研究发现,当材料反平面剪切强度相对面内强度较小时,反平面剪切应力对裂尖塑性区形状、尺寸的影响显著;反之则较小。偏角θ也会明显影响裂尖塑性区的尺寸和形状。     

平面应力Ⅰ型准静态扩展裂纹尖端场的弹粘塑性分析

由于材料率敏感性的影响,蠕变材料中裂纹尖端场的分析更加复杂.采用弹粘塑性力学模型,并假设粘性系数为等效塑性应变率的幂函数,推导出理想弹塑性材料的一种率敏感型本构关系.通过量级匹配表明裂纹尖端场具有幂奇异性,奇异性指数由粘性系数中的幂指数唯一确定.推导出平面应力条件下准静态扩展裂纹尖端场的控制方程,并给出Ⅰ型裂纹的边界条件.采用双参数打靶法,结合各材料参数的可能取值范围,对控制方程进行了数值求解,并讨论裂尖场特性随各材料参数的变化规律.结果表明当材料服从理想塑性规律时,裂纹尖端的应力场是连续的,不存在某些无粘性解中出现的不合理间断线.裂尖场应力强度由材料的粘性所控制,泊松比对于裂尖场没有影响,并且不存在弹性卸载区.     

压应力对长短疲劳裂纹尖端塑性区影响的有限元分析

应用弹塑性有限元方法,研究压应力对长短疲劳裂纹塑性区的影响.分别建立两个具有长短中心穿透裂纹高强铝合金板的有限元模型,进行拉压加载模拟分析.结果表明,压应力对长短疲劳裂纹尖端塑性区有显著影响,相同的应力强度因子条件下,在一个拉一压加载周期,当拉载荷减小到零时裂纹尖端应力不为零,裂纹尖端应力对裂尖的挤压作用产生反向塑性区,裂尖反向塑性区随压应力的增加而增加,压应力的大小是决定裂纹尖端塑性区大小的主要因素,压应力对短裂纹的影响比长裂纹大.     

双剪广义T准则

采用统一强度理论定义裂尖塑性核心区域,推导出T (maximum dilatational strain-energy-density) 准则塑性核心区域的上、下限公式,作出一簇塑性核心区域,并与Tresca和Mises准则得到的结果加以比较;据此,计算出裂纹扩展的初始开裂角与裂纹倾斜角的对应关系,形成新的双剪广义T准则.     

风力机叶片裂纹尖端温度场数值模拟

基于复合材料力学Tsai-Hill屈服准则推导平面应力条件下复合型裂纹尖端的塑性区。应用热耗散能量理论和ANSYS的热力耦合方法计算塑性区0°与45°开裂角玻璃纤维复合材料的热传导温度场。结果表明:0°与45°开裂角的裂纹温度变化趋势一致;0°开裂角裂纹数值与解析计算结果对比误差在5%内,可以对各向异性复合材料预制微裂纹进行温度场模拟分析计算;45°开裂角裂纹对玻璃纤维复合材料的温度场影响大,得出开裂角越大对复合材料的温度场影响越大。     

Ⅰ-Ⅱ复合型裂尖区晶粒变形的金相观测

采用金相观察和图形分析相结合的方法研究裂尖区域的晶粒变形,可以对试件内部断裂过程区受载后的塑性变形进行直接的定量测试,从而为分析复合型裂纹的破坏机理和断裂过程提供实验依据.本文研究表明,Ⅰ-Ⅱ复合型裂尖延伸区的破坏以空穴机理为主导,较低的塑性变形即可引起韧窝型起裂;锐化尖角区可以承受很大的累积塑性变形,是集中剪切型断裂的起点.研究结果还表明,拉伸试件的等效塑性变形远低于Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹锐化尖角区的变形,用拉伸试件得到的应力应变曲线不能满足分析复合型裂纹尖端应力应变的需要.     

三轴应力状态下复合型裂纹尖端前缘的塑性区分布

利用Ｍｉｓｅｓ屈服准则从理论上分析了Ⅰ－Ⅱ复合型裂纹尖端前缘的塑性区分布。推导出了由三轴应力约束参数Ｔｚ参与表征的裂纹尖端前缘塑性区尺寸ｒｐ的表达式，并绘制出了Ⅰ－Ⅱ复合型裂纹在单轴、双轴载荷作用下裂纹尖端塑性区的分布图。     

小范围屈服条件下裂尖塑性区统一解

采用俞茂宏双剪统一屈服准则求解了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型裂纹在小范围屈服条件下的塑性区形状与大小的统一解答。已有Tresca准则、Miss准则的解答均是该解答的特例或线性逼近,该解答可以适合于多种工程材料,具有普遍性和适用性,从得出的解析解和图形分析中可以得出一些新的结论。     

Moving finite element analyses for fast crack propagation in sheet metal

The conventional fracture mechanics parameters K_IC and/or J_IC are used as fracture toughness criteria necessary for the start of crack propagation under plane strain conditions. These criteria are defined only for small-scale yielding or infinitesimal deformation, though actual fractures involve large plastic deformation. Hence, measurement of fracture resistance during crack propagation is difficult with the conventional parameters.Estimating the mechanical conditions around the propagating crack tip is very useful for reducing damage during accidental fracture. Therefore, establishing a criterion for crack propagation with large-scale yielding is very important for not only science fields but also some industrial fields. For fractures with large-scale yielding, micro- or mesoscale damage processes in the crack tip vicinity have to be considered.In this study, Gurson's constitutive model for void occurrence and growth was introduced into the finite element method to discuss failure behavior in the crack tip vicinity. Fast crack propagation behavior under high-speed deformation was simulated using the moving finite element method based on the Delaunay automatic triangulation. The excellent far-field integral path independence of the T* integral was verified for pure mode I fast crack propagation and non-straight crack propagation under mixed mode conditions. The void growth conditions near the crack propagation path were evaluated.     

铝合金板材中心孔裂纹尖端塑性区数值计算

通过有限元对铝合金板材中心孔裂纹尖端处塑性区模拟计算,说明在裂纹尖端产生了较大的塑性区,并相应地计算出塑性区的大小。本文通过有限元模拟2124铝合金板材中心孔裂纹扩展情况。铝合金材料为典型的脆性材料,2124铝合金板材在疲劳加载情况下会先进行弹性形变,达到屈服强度后进行塑性形变。本文对2124铝合金板材进行有限元模拟时,先采用线弹性模型,计算裂纹扩展的应力强度因子,然后采用弹塑性模型,计算裂纹尖端的塑性区大小,从而进一步对裂纹尖端应力强度因子进行修正。在建立有限元模型时,以二维的Ramberg-Os-good（R-O）本构为基础,采用参数化的方式,这样是为了可以更好地对有限元程序进行调试。在有限元网格划分时,由于在相同精度下四边形单元的计算效率是三角形单元的几倍,所以采用四边形单元,提高计算精度。有限元建模时,采用plane42、solid 45和solid 95三种单元,plane42单元用于建立2D网格,solid45单元用于建立3D网格,而solid95单元则是用于引入奇异单元。同时,由于试样模型对称性,所以取1/4模型来进行计算。在计算裂纹尖端应力强度因子及塑性区大小时,采用恒ΔK方式和增ΔK两种加载方式来进行计算。首先在恒ΔK下,计算出相应的应力强度因子,其值和理论值相吻合,同时观察得到的塑性区形状与理论形状相似,计算塑性区尺寸大小,首先证明有限元程序的正确性。进一步有限元模拟计算在增大ΔK情况下不同预裂纹长度下塑性区的变化情况。经过有限元计算得到的塑性区尺寸大小,最后可以近似用经验公式表达。     

无缺陷弯管的塑性极限载荷的统一解

采用双剪统一强度理论,分析等厚度薄壁弯管在内压作用下的塑性极限载荷问题,推导出塑性极限载荷统一表达式。在该表达式中,当其系数取不同的值时,就可得到按Tresca屈服准则、双剪统一屈服准则所得的结果,并能较好逼近Mises屈服准则所得的结果。     

加筋板广布疲劳损伤的剩余强度分析

给出加筋板广布疲劳损伤的两种损伤类型和两个剩余强度判据,剩余强度判据是净截面塑性区屈服判据和裂尖韧带屈服判据.给出蒙皮带有多裂纹和蒙皮带有多裂纹且桁条也带有裂纹时应力强度因子的近似工程估算方法.文中也给出加筋板含多裂纹时剩余强度净截面塑性区屈服判据和裂尖韧带屈服判据的表达式及塑性区尺寸估算方法.对三种损伤的加筋板进行剩余强度试验,指出多裂纹尤其是桁条也带裂纹时剩余强度降低较多.用上述两种判据进行加筋板广布疲劳损伤剩余强度预测,预测结果和试验结果比较符合.     

金属简支圆板在边缘均布载荷作用下的塑性极限解

采用双剪统一屈服准则首次对金属类材料的简支圆板在边缘均布载荷作用下的塑性极限进行求解，得出相应的统一解形式。已有的Tresca准则、vonMises准则、双剪应力准则的解答是文中解答的特例或逼近。并得到圆板的极限载荷随不同屈服准则以及边缘载荷内半径的变化曲线。     

A unified brittle fracture criterion for structures with sharp V-notches under mixed mode loading

A unified brittle fracture criterion for cracks and V-notches under mixed mode loading is proposed by extending the maximum circumferential stress criterion and Novozhilov’s criterion. The mixed mode fracture toughness and crack orientation of PMMA plates with a sharp V-notch are predicted by the proposed criterion. Tests were also carried out in order to investigate the mixed mode fracture of the PMMA plates. The fracture criterion is validated by comparison to experimental results.