考虑初始等距共线微裂纹列影响的Ⅰ型裂纹体的蠕变断裂分析

利用宏观裂纹-微裂纹相互作用模型和蠕变断裂应力强度因子理论,对具有初始等距共线微裂纹列影响的平面Ⅰ型裂纹体的蠕变断裂问题进行了分析.并给出了混凝土Ⅰ型裂纹体的蠕变断裂应力强度因子与裂纹体初始应力强度因子的关系式.     

内聚力模型在裂纹萌生及扩展中的应用

断裂及开裂是工程中严重的结构失效形式.结合传统断裂力学中应力强度因子K以及J积分,综述了内聚力模型基本思想及发展,分析了典型的内聚力模型及模型应用的局限性,总结了不同内聚力模型在有限元中的实现形式,概述了国内外学者关于内聚力模型解决不同材料裂纹萌生与扩展的研究状况,得出了内聚力模型可以用以研究裂纹尖端塑性变形、静力和疲劳载荷条件下的蠕变开裂,以及金属、岩土材料及混凝土、复合材料及纳米晶材料裂纹萌生与裂纹扩展的结论.     

立方准晶的反平面问题与Ⅲ型裂纹问题

发展了立方准晶材料的断裂理论 .通过应用Fourier分析和对偶积分方程理论 ,得到了立方准晶材料Ⅲ型裂纹问题的精确解析解 ,并由此确定了位移与应力场 ,应力强度因子和应变能释放率 .结果表明 ,应力强度因子与材料常数无关 ,而应变能释放率依赖于所有的材料常数 .这些为研究此新固体材料的变形和断裂提供了重要的信息 .     

颗粒复合材料微裂纹增韧的数值模拟

将弹性复合材料体中主裂纹尖端划分为3个不同的区域,导出了各个区域的本构模型及饱和区域的范围。在最大饱和区域内,应用Monte-Carlo技术产生均匀分布的微裂纹来表示损伤的各向同性,并采用轮流迭代数值技术来评估主裂纹和微裂纹相互作用。在稀疏微裂纹的假设前提下,忽略微裂纹间的相互作用,主裂纹与每一个微裂纹相互作用的应力强度因子可以叠加。分析了两种荷载源,一个是在无限远荷载作用下主裂纹和微裂纹的相互作用,另一个是伴随着微裂纹面上残余应力的释放主裂纹和微裂纹的相互作用。结果表明,两种荷载源都对主裂纹有屏蔽作用,且主裂尖后的微裂纹有最大的屏蔽作用,主裂尖前的微裂纹没有屏蔽作用。     

材料属性连续性对边裂纹应力强度因子的影响

为了能够有效求解含复杂界面材料内的应力强度因子,发展了一种相互作用积分方法,使该方法不要求材料属性可导.而且当积分区域内部含有材料界面时,相互作用积分仍然有效.将相互作用积分方法与扩展有限元方法结合计算了一个典型的断裂问题来验证方法的正确性.最后,采用相互作用积分方法考察了材料属性的连续性对边裂纹应力强度因子的影响.     

涂层中裂纹应力强度因子的计算及裂纹扩展

在涂层工作过程中，由于喷涂材料硬度高、抗裂性能差、喷涂工件刚性大工件表面产生应力集中，涂层很容易产生裂纹．对于含初始裂纹的喷涂材料，在拉伸载荷作用下裂纹的扩展与裂尖应力强度因子有很大的关系，根据断裂力学的基本原理，提出了利用数值模拟的方法来计算裂纹尖端的应力强度因子．并讨论了裂纹前沿网格划分对应力强度因子的影响，预测了裂纹扩展时形状的变化．     

涂层中裂纹应力强度因子的计算及裂纹扩展

在涂层工作过程中,由于喷涂材料硬度高、抗裂性能差、喷涂工件刚性大工件表面产生应力集中,涂层很容易产生裂纹.对于含初始裂纹的喷涂材料,在拉伸载荷作用下裂纹的扩展与裂尖应力强度因子有很大的关系,根据断裂力学的基本原理,提出了利用数值模拟的方法来计算裂纹尖端的应力强度因子.并讨论了裂纹前沿网格划分对应力强度因子的影响,预测了裂纹扩展时形状的变化.     

混凝土材料裂纹尖端应力场的研究

为了准确地预测混凝土类材料复合断裂韧度及裂纹扩展路径,提出了结合T应力的修正最大周向应力断裂判据。该修正最大周向应力判据采用双参数模型(应力强度因子K和T应力)来描述混凝土断裂行为。在对三相材料混凝土断裂进行理论计算时,通过应用westergard应力函数,并利用级数展开求解了裂纹尖端的T应力和应力强度因子。计算结果表明,内聚物的性质和T应力能影响断裂韧度及裂纹尖端的应力,这为模拟混凝土断裂提供了依据。     

GH169合金疲劳与蠕变裂纹萌生及扩展的微观动态物理过程研究

研究了镍基高温合金GH169的疲劳,疲劳蠕变复合作用下裂纹萌生、扩展的微观动态物理过程,结果表明,高温疲劳裂纹在滑移带与晶界相交处萌生,以晶内驻留滑移带处微裂纹连接方式扩展。疲劳蠕变复合作用下裂纹在垂直于应力轴方向的晶界处萌生,以晶界滑动方式扩展。疲劳蠕变复合作用使裂纹扩展方式由切变型转变为止应变型。晶粒大小对疲劳/蠕变复合作用下材料断裂寿命的影响远大于第二相的作用。晶粒越小,其断裂寿命越长。     

异型管扭曲环向周期裂纹应力强度因子

断裂是工程结构中常见的失效形式之一,控制结构断裂的重要参量是应力强度因子。本文以异型管周期裂纹为例,提出了利用J2守恒积分求解II型裂纹的应力强度因子方法。     

混凝土微裂纹受单向拉伸应力作用的弹脆性静力破坏分析

混凝土是典型的受拉脆性材料,内部微裂纹的受荷扩展破坏是土木工程界十分关心的问题。本文采用裂纹线附近分析方法,从平衡方程和混凝土材料的破坏准则出发,对混凝土内受单向拉伸的Ｉ型微裂纹进行弹脆性静力破坏分析,得出了单向拉伸应力大小与微裂纹脆断长度之间的关系。     

正交异性复合材料板星形裂纹的应力分析

研究了正交异性板中星形裂纹的平面弹性问题。采用复合材料断裂复变方法,选取适当的保角映射和特殊应力函数推出了裂纹尖端附近的应力场及Ⅰ型、Ⅱ型星形裂纹应力强度因子的解析解。     

考虑接触的斜裂纹动态应力强度因子分析

为了研究含中心穿透斜裂纹的有限板在拉伸冲击载荷下裂纹尖端的动态应力强度因子,本文采用有限元方法建立模型进行系列分析。裂尖的应力奇异性通过1/4节点奇异单元来模拟,应用相互作用积分法计算动态应力强度因子,考虑了裂纹面接触作用、冲击载荷形式、裂纹长度、裂纹角度及裂纹位置等参数的影响,并给出了接触应力随时间的变化曲线。数值结果表明:裂纹面的接触作用可消除负的Ⅰ型动态应力强度因子,接触刚度比摩擦系数的影响明显,载荷形式在总冲量不变的情况下对动态应力强度因子的影响也非常大,而裂纹长度等裂纹参数对Ⅰ型动态应力强度因子的影响比Ⅱ型显著。     

Ⅰ-Ⅱ型裂纹发展的剪应力准则研究

将Ⅰ-Ⅱ型裂纹表面的剪应力引入裂尖应力强度因子的计算,获得了含中心闭合裂纹在不同裂纹长度、倾角以及摩擦系数下裂纹尖端的应力强度因子值。引入等径向剪应力线τrθ这一概念,在预测裂纹发生临界扩展时提出以下两个假设：闭合裂纹将沿着等τrθ线上双剪应力和最小的方向扩展;裂纹尖端的应力强度因子KⅡ达到材料的临界值KⅡc,裂纹将开始扩展;建立了Ⅰ-Ⅱ型闭合裂纹的剪应力准则。利用所建立的断裂判据计算求得的临界起裂角鼠与各种经典复合型断裂准则计算裂纹起裂角的结果较为接近,将其应用于Ⅰ-Ⅱ型裂纹的断裂判定是安全的。     

混凝土斜裂纹损伤断裂分析

混凝土构件中宏观裂纹尖端附近，伴随有损伤，随着损伤的发展，微裂纹集度不断增大，合并形成宏观裂纹，本文将Mazars混凝土损伤模型应用于混凝土断裂分析中，带斜裂纹的构件受拉应力作用时，将产生Ⅰ、Ⅱ型复合裂纹．本文分析了宏观裂纹尖端附近区域的损伤，所得结果与最大拉应力理论的结果比较相符。     

基于三剪统一屈服准则的复合裂纹断裂分析

基于三剪统一屈服准则,研究了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型复合断裂问题,对复合裂纹的断裂条件进行了分析计算,给出了包含十二面体单元上的2个主剪面应力对材料屈服的共同影响系数b及反映材料拉压性能的参数α的三剪统一屈服断裂因子,并根据裂纹扩展条件及临界状态下断裂因子的取值得到了复合裂纹断裂准则。算例中对35CrMn2材料的复合裂纹的开裂角及断裂因子进行了计算,并给出了影响系数b与开裂角θ0的关系曲线,算例的实验值与数值解的比较结果表明,通过改变参数可使该断裂准则适用于不同性质的材料且该准则可较好地应用于复合断裂问题。     

斜裂纹应力强度因子的有限元计算及分析

介绍和讨论了斜裂纹应力强度因子的有限元分析方法，分别计算了单轴、双轴压缩下有限大板中存在的中心贯穿斜裂纹的应力强度因子．通过对求得的应力强度因子值与解析解的比较，表明用有限元法计算应力强度因子具有相当高的精度．同时，通过对不同倾角的裂纹尖端应力强度因子的计算，分析得到了裂纹倾角对应力强度因子的影响，为斜裂纹在复杂载荷作用下的断裂判据的计算提供了有效的方法。     

方孔分支裂纹的一种边界元分析

方孔分支裂纹是一个很复杂裂纹问题.本文利用笔者最近提出的边界元方法来研究内部压力作用下方孔分支裂纹问题.数值算例与文献报道的结果进行比较,发现这种数值方法无论对无限大板还是对有限大板中复杂裂纹的应力强度因子计算都非常有效.另外本文报道的方孔分支裂纹的应力强度因子数值结果可以揭示裂纹体几何对应力强度因子的影响.     

斜裂纹应力强度因子的有限元计算及分析

介绍和讨论了斜裂纹应力强度因子的有限元分析方法,分别计算了单轴、双轴压缩下有限大板中存在的中心贯穿斜裂纹的应力强度因子.通过对求得的应力强度因子值与解析解的比较,表明用有限元法计算应力强度因子具有相当高的精度.同时,通过对不同倾角的裂纹尖端应力强度因子的计算,分析得到了裂纹倾角对应力强度因子的影响,为斜裂纹在复杂载荷作用下的断裂判据的计算提供了有效的方法.     

粘弹性材料中动态扩展裂纹尖端场的分析

为了研究粘性效应作用下的动态扩展裂纹尖端渐近场,建立了粘弹性材料动态扩展裂纹的力学模型.在稳态蠕变阶段,弹性变形和粘性变形同时在裂纹尖端场中占主导地位,应力和应变具有相同的奇异量级,即(σ,ε)∝r-1/(n-1).通过渐近分析求得了裂纹尖端应力、应变和位移分离变量形式的渐近控制方程;采用靶法求得了Ⅰ型Ⅱ型动态扩展裂纹尖端的应力、应变的数值解.数值计算表明:裂尖场变化主要受材料的蠕变指数和马赫数的控制.通过对裂纹尖端场的渐近分析,为动态扩展裂纹的断裂判据提供参考依据.