Ⅰ-Ⅲ复合型裂纹疲劳扩展门槛值

以垂直于裂纹扩展径向平面上的主应力σ1 及极径r的组合量 2πr·σ1 为主应力强度因子 σ1 ,提出主应力强度因子下的复合型裂纹初始扩展准则及扩展的静态断裂模型 ,在此基础上推导复合型裂纹的门槛值方程和裂纹面扭转角公式及裂纹扩展速率公式 ,定义复合型裂纹的理论门槛值 ,进行Ⅰ Ⅲ复合型裂纹扩展试验。试验表明 ,文中提出的疲劳裂纹扩展门槛值模型是适用的     

(Ⅰ+Ⅲ)复合型疲劳裂纹扩展研究

采用斜裂纹矩形梁四点弯曲试件对低合金转子钢在(Ⅰ+Ⅲ)复合型加载条件下裂纹的起始扩展特点、疲劳门槛限以及裂纹扩展行为作了研究,对所得到的规律进行了分析和讨论,并与(Ⅰ+Ⅱ)复合型疲劳裂纹扩展特点作了比较。     

全复合型裂纹疲劳扩展门槛限估算

提出了可供工程设计使用的全复合型疲劳门槛限估算方法。该方法基于最大应变能释放率准则，根据（Ⅰ＋Ⅱ）及（Ⅰ＋Ⅲ）复合型疲劳实验数据求得有关材料常数后，导出该材料的全复合型疲劳门槛限计算表达式。依此式可以估算各种复合比加载条件下的疲劳门槛限。估算值与实际值的相对误差小于１０％。     

使用疲劳裂纹扩展数据的疲劳裂纹扩展的可靠性分析方法

利用现有的疲劳裂纹扩展数据或疲劳裂纹扩展试验的不完全数据 ,对疲劳裂纹随机扩展的可靠性进行了研究。基于疲劳裂纹扩展的确定性模型 ,导出了疲劳裂纹扩展的随机公式。利用现有的疲劳裂纹扩展数据或疲劳裂纹扩展试验的不完全数据 ,对疲劳裂纹扩展随机公式中的随机变量的分布进行了估计 ,得到了其分布的数字特征 ,用Monte Carlo方法得到了疲劳裂纹扩展寿命的失效概率的点估计。实例分析表明了本文方法的实用性和可行性     

Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹开裂角准则的评价

目前对Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹开裂角的研究已有许多种不同的判定准则。文中将各种不同的判定准则与实验结果进行分析比较发现,李中华等根据钝裂纹尖端应力场解,将控制断裂的物理量最大切向应力σθmax定义在裂纹尖端裂纹面上,获得一个新的复合型裂纹断裂准则,该准则不但物理意义明确、表达简捷,而且较其他准则更符合可收集到的实验数据。从而得到工程中比较简单实用的断裂准则。     

Ⅰ-Ⅱ复合型多裂纹板的应力强度因子分析

利用有限元方法求解多裂纹板的应力强度因子,讨论了板的尺寸、裂纹长度比、裂纹间距比对应力强度因子的影响。通过单裂纹的数值解与解析解的对比,证明了有限元位移外推法求解应力强度因子的有效性。计算结果表明:两侧裂纹长度越小、离中心裂纹越远,对中心裂纹尖端应力强度因子的影响就越小;当板的尺寸W/a>8时可视为无限大平板,忽略板尺寸的影响;当L/b>9或h/b>6时,两侧裂纹对中心裂纹影响很小,可忽略裂纹之间的相互影响而分开考虑。     

Ⅰ、Ⅱ型及复合型裂纹动态应力强度因子的有限元分析

对含有预制裂纹的中心穿透裂纹板和三点弯曲试样在动态载荷作用下进行了有限元模拟。前者裂纹面与载荷作用方向的夹角取15°~90°之间的6种情况,后者按纯Ⅰ型和纯Ⅱ型两种方式进行加载。得到了Ⅰ型和Ⅱ型动态应力强度因子的时间历程,并研究不同裂纹角对动态复合比的影响。结果表明:中心穿透裂纹板试样在15°和90°两种情况下KⅡ(t)和KⅠ(t)分别占主导成分;45°时KⅠ(t)和KⅡ(t)基本相同;随着裂纹面与载荷夹角的增加KⅠ(t)呈增加趋势而KⅡ(t)呈先增加后减小趋势。三点弯曲试样按纯Ⅰ型加载时KⅡ(t)基本为零,按纯Ⅱ型加载时KⅠ(t)幅值随时间而增加。     

LY12CZ铝合金中Ⅱ型裂纹疲劳扩展

对ＬＹ１２ＣＺ铝合金材料中Ⅱ型裂纹的疲劳扩展规律进行了研究。结果表明，Ⅱ型裂纹在ＬＹ１２ＣＺ材料中发生了稳定扩展。文中分析了Ⅱ型裂纹疲劳扩展速率ｄａ／ｄＮ与应力强度因子幅△КⅡ之间的相关性。得到了它们之间的关系式，二者可以用类似Ⅰ型裂纹的Ｐａｒｉｓ公式来描述。比较子该种材料中Ⅱ型裂纹的扩展速率与Ⅰ型裂纹扩展速率的关系式，在相同的应力强度因子幅值下（ｄａ／ｄＮ）Ⅱ远大于（ｄａ／ｄＮ）Ⅰ。对断口进行了     

疲劳裂纹扩展、合并规律试验研究

为研究两裂纹合并规律 ,验证裂纹合并准则 ,本文设计了裂纹扩展、合并试验的试验方案及有关试件 ,研究具有不同相对位置的的裂纹合并规律。试验结果表明 :裂纹的合并形式与两裂纹的侧面距离有关 ;对于不同的裂尖位置应采用不同的裂纹合并准则     

疲劳裂纹扩展速率统计分析

将疲劳裂纹扩展速率分解为确定性趋势和随机涨落两部分，应用概率统计和随机数据处理方法分析了疲劳裂纹扩展速率的确定性趋势参数的统计分布和随机涨落数据的幅值特性，相关函数和功率谱密度函数，为疲劳裂纹扩展统计规律研究提供了依据。     

有机玻璃疲劳裂纹扩展定量分析

采用断裂力学方法分析了有机玻璃裂纹尖端应力分布及银纹微纤化断裂机理 ,由此建立的力学模型所得到的疲劳裂纹扩展表达式 ,能较好地拟合有机玻璃疲劳裂纹扩展实验数据。而由裂纹扩展实验数据通过线性回归计算得出的裂纹扩展系数 B和理论门槛值 ΔKth可分别定量描述有机玻璃在中部区和近门槛区的扩展行为 ,且 B值与有机玻璃拉伸性能之间存在确定的函数关系 ,认为这两个参数可作为评估有机玻璃疲劳裂纹扩展行为的基本参量。     

球墨铸铁疲劳裂纹萌生及扩展机制的探讨

用电子显微断口分析和裂纹扩展途径的金相观察,探讨了不同珠光体和铁素体相对量的球墨铸铁的疲劳断裂机制,特别是疲劳裂纹萌生及早期扩展机制。结果表明：疲劳裂纹容易在石墨球和基体之间的界面萌生和扩展,石墨球边及基体中的次生裂纹对da/dN的影响有两重性。在疲劳裂纹萌生及早期扩展阶段,铁素体基本以周期解理和细条纹为主,珠光体基体为渗碳体解理和铁素体片上的疲劳条纹,80%珠光体球铁为上两种机制的混合。疲劳裂纹早期扩展速度为△K (th)所控制,疲劳裂纹孕育期N 0为σ s和△K (th)所控制。光棒或钝缺口下的N 0主要取决于σ s,尖锐缺口试样的N 0主要取决于△K (th)。在疲劳裂纹稳定扩展阶段,铁素体为疲劳条纹,珠光体为条纹与解理,80%珠光体中牛眼铁素体为条纹和晶间断。疲劳条纹的宽度能反映da/dN的变化,但两者往往不一致。疲劳裂纹快速扩展为条纹与静断特征混合,快速扩展速率受K (1c)的大小所控制。     

复合型裂纹扩展的椭圆规律准则

在 Griffith-Irwin 理论的基础上提出用(K_1/K_(1c))~2+A(K_2/K_(1c))~2+B(K_3/K_(1c))~2=1作为复合型裂纹扩展准则的通用表达式,来代替各种复合型断裂准则。式中的 A 和 B 将由被替代的准则确定.     

复合型裂纹扩展的有效应力准则

利用弹塑性理论中的有效应力概念,将裂纹体的复杂应力状态与单轴拉伸应力状态相联系;并考虑金属材料的裂纹扩展不可避免地伴随着裂纹尖端附近的局部塑性变形,裂纹总是沿最短路径穿过塑性区向弹性区扩展,因此裂纹尖端弹塑性区边界至裂纹尖端的最短路径,将决定裂纹扩展方向.在此基础上导出复合型裂纹扩展的有效应力准则.     

随机因素对疲劳裂纹扩展分散性影响的探讨

采用概率有限元和可靠性分析相结合的方法,将影响裂纹扩展的主要随机因素作为随机变量处理,研究裂纹扩展失效概率的计算问题。文中采用梯度投影方法,对各种主要随机因素作为随机变量时用于失效概率计算的可靠性指标进行了计算,在此基础上用一阶可靠性方法计算了疲劳裂纹扩展的失效概率。     

Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的应力强度因子有限元计算分析

ABAQUS软件对中心穿透斜裂纹板及边斜裂纹板进行了有限元模拟.计算复合型裂纹的应力强度因子KⅠ和KⅡ,并将计算结果与现有理论结果进行了比较;分析了裂纹尺寸和裂纹角对应力强度因子的影响.结果表明:裂纹角从0°增大到90°,裂纹类型由复合型向纯Ⅰ型转变;用ABAQUS软件计算复合型裂纹的应力强度因子相对误差保持在5%之内,计算精度完全满足工程要求.     

Ⅰ—Ⅱ复合型裂纹断裂机理与断裂准则的研究

本文采用四点弯曲试件考察了常用韧性材料16MnR钢中Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的断裂机理。实验测定了裂纹扩展方向和裂纹尖端位移参量的启裂值；与此同时，采用有限元程序计算了试件中复合型裂纹尖端邻域的应力、应变场，分析了各种控制空洞成核的力学参量的几何分布曲线，结合实验研究和有限元分析表明，Ⅰ-Ⅱ复合型断裂存在两种不同的断裂机理，它们的发生取决于Ⅰ-Ⅱ复合型载荷比的大小，当Ⅱ型载荷分量小于一临界值时、断裂为张开型．裂纹扩展方向与本文的бm峰值线准则一致；而当Ⅱ型载荷分量大于此临界值时，断裂表现为不稳定的剪切型断裂。     

Ⅲ型加载对Ⅰ型疲劳裂纹扩展速率的影响

通过有限元数值模拟和疲劳裂纹扩展试验,研究了Ⅲ型加载对Ⅰ型加载的疲劳裂纹扩展速率的影响.计算结果表明,在Ⅰ型加载的基础上进行Ⅲ型加载,应力强度因子K1随着Ⅲ型加载的增大而减小;KⅢ随着Ⅲ型加载的增加而增大.在相同边界条件下,裂纹前缘所在直线上,越接近中性面,K1的值越小.为了验证有限元数值分析结果,对铝合金材料进行了疲劳裂纹扩展速率试验.试验结果表明,在Ⅰ型加载的基础上进行Ⅲ型加载会使疲劳裂纹扩展速率减小;在一定范围内,疲劳裂纹扩展速率随着Ⅲ型加载的增加而减小.     

非共线复合型裂纹扩展特性分析

以带多点损伤的空孔板为研究对象,利用数值分析法分析裂纹起裂位置和裂纹倾斜角对应力强度因子的影响,对比了共线多裂纹与非共线复合型裂纹起始扩展速率和扩展寿命的差异。结果表明:非共线复合型裂纹起始扩展速率偏大,裂纹扩展寿命缩短约2.5%。在非共线复合型裂纹模型中,随着裂纹倾斜角增加,等效应力强度因子先增大后减小,且在15°时,整体裂纹扩展速率达最大值。相邻孔间裂纹的相对位置和相对方位影响裂纹的扩展路径,进而影响裂纹扩展寿命。