复合材料剪切板的裂纹扩展与剩余强度

对剪切载荷下带中心裂纹层板的损伤情况、宏观裂纹的扩展及剩余强度问题进行了计算和分析,着重探讨了裂尖铺层的破坏形式、宏观裂纹扩展及剩余强度三者的特点及相互关系。对两种材料Ｔ３００／６４８Ｅ和Ｔ３００／ＱＹ８９１１进行了比较,发现裂纹的扩展不仅与铺层形式有关,还与材料有关,且有明显规律可循。另外,层板铺层不同,裂尖损伤的累积过程也不同。裂尖铺层的２向（垂直于纤维向）破坏和面内剪切破坏尤其是前者对层板的剩余强度影响较大。所得结论得到了实验的验证。     

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。     

用正电子湮没技术研究Ⅰ型裂纹尖端附近的损伤区

用正电子湮没技术研究ＬＹ１２ＣＺ铝合金材料裂纹尖端附近的损伤区，采用正电子湮没寿命谱的两态捕获模型，将正电子在缺陷中湮没的平均寿命τ作为损伤变量的参量，得到裂纹沿着附近区域损伤值Ｄ的分布，并从裂尖到离裂尖大约１／２板厚处范围内具有三维效应     

裂纹深度对裂尖应力分布及韧性的影响

对Ｃ－Ｍｎ钢不同裂纹深度试样的有限元分析及力学实验的结果表明，在未出现延性裂纹的下转变区（－１００℃），临界ＣＯＤ值δｃ随裂深度的增加而降低，在相同裂尖张开值时，浅裂纹端的三轴应力度明显低于深裂纹，表面为δｃ明显依赖于三轴应力度。解理的临界阶段和为第二要尺寸的微裂纹向周围基体扩展的应力控制过程。为例裂端主应力提升至相同水平（δｆ），浅裂纹需要更大的裂尖张开值，这是浅裂纹试相具有较高韧性的内在原因。     

晶界损伤对裂尖应力场的影响分析

以奥氏体钢低应力脆断微观组织特征为基础,提出了晶界损伤的分析模型;采用有限元方法分析了裂尖邻域里微观组织晶界上杂质、孔洞对宏观裂纹裂尖应力集中情况的影响;建立了晶界损伤对裂尖应力集中系数影响的等势图,分析结果与实验观测结果基本一致.     

晶界损伤对裂尖应力场的影响分析

以奥氏体钢低应力脆断微观组织特征为基础,提出了晶界损伤的分析模型;采用有限元方法分析了裂尖邻域里微观组织晶界上杂质、孔洞对宏观裂纹裂尖应力集中情况的影响;建立了晶界损伤对裂尖应力集中系数影响的等势图,分析结果与实验观测结果基本一致．     

泥岩实时细观破坏过程及其声发射事件产生机制研究

利用自制的与CT系统和声发射系统配套的加载装置,研究了泥岩在破坏过程中裂纹、孔隙等变化规律及与声发射事件之间的关系.研究表明:从CT图像可以观测到不同加载阶段试件中微裂纹闭合、扩展、分叉等细观损伤活动,声发射事件的空间分布规律很好地反映了内部微破裂、微裂纹的演化过程,定位结果与裂纹发育区域较一致.破坏模式不同反映了破坏过程和破坏机理的不同,破坏从规模较大的原生微裂纹处起裂,起裂载荷约为峰值载荷的80%,无原生裂纹区域和含坚硬夹层区域发生突发性脆性破坏,坚硬夹层对破坏模式起控制作用.声发射事件主要来源于加载初期新生裂纹的形成、原生裂纹的压密及裂纹的稳定扩展,此时声发射信号为突发型.裂纹的起裂和非稳定扩展过程不能形成声发射事件,此时声发射信号为连续型.能量累积陡增是裂纹起裂、分叉及宏观破坏的标志.     

复合型裂纹的混合开裂准则

利用两个基本假设：１裂纹启裂方向为裂尖距其近旁等应变能密度线最近的方向;２当裂尖近旁材料的有效应力达到Ｉ型裂纹的临界拉应力时即发生启裂;由此给出了复合型裂纹的应力和能量混合型断裂判据。对临界断裂,准则还计入了尖端损伤区的影响。与实验结果对比证明了混合型断裂准则的有效性。     

交变载荷作用下Ⅰ型裂纹准静态稳定扩展的有限元模拟

本文用二维弹塑性有限元素法分析了交变载荷作用下Ⅰ型裂纹准静态稳定扩展时裂尖前方应力场、应变场的变化和裂纹面的开闭现象;得到了裂纹扩展过程中的闭合应力和张开应力;裂尖塑性区和裂尖反向塑性区与裂纹长度的关系。在文献[1]的基础上,本文分析了扩展裂纹的开闭行为,进而揭示其与静止裂纹的差异。这种差异是由裂纹扩展时残留在裂纹面上的拉伸变形所致。本文详细地讨论了模拟裂纹扩展时,裂尖节点力释放技巧的重要性及其力学意义;并且利用共线双裂纹模型的概念对裂纹闭合现象作了进一步的分析。文中所得到的裂纹扩展时裂尖张开角的结论与文献[2]的实验结果基本一致。     

无限大板椭圆孔的分支裂纹的边界元分析

采用常位移不连续单元和裂尖位移不连续单元构成的边界元方法研究内部压力作用下无限大板中源于椭圆孔的分支裂纹.在该边界元方法的实施过程中,左、右裂尖位移不连续单元分别置于裂纹的左、右裂尖处,而常位移不连续单元则分布于除了裂尖位移不连续单元占据的位置之外的整个裂纹面及其他边界.结果表明,该数值方法对计算无限大板中复杂裂纹的应力强度因子是有效的,可以揭示裂纹体几何对应力强度因子的影响.     

复合型裂纹扩展过程的温度场分析

针对实际工程结构中广泛存在的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹,以有限元软件ANSYS为平台,采用能量释放率准则作为判定依据,模拟了复合型裂纹的扩展路径;将裂纹扩展过程中裂尖前面耗散的塑性功视为内热源,采用热-力耦合方法,分析了扩展过程中的裂尖温度场变化,讨论了预制裂纹角对裂尖起裂塑性区和起裂温度的影响.通过与红外热像仪记录的实验结果进行对比,发现有限元模拟结果与实验结果一致.     

不同状态590车轮钢的疲劳裂纹原位分析

本文结合车轮钢复杂的制备过程,利用激光共聚焦显微镜研究了车轮钢热轧态、冷变形态、焊接态疲劳裂纹萌生及扩展的过程。研究发现：冷变形10%板的裂纹萌生最早,热轧板介于中间,焊接接头启裂最晚。变形10%的样品,裂纹的扩展速度最高。焊接态裂纹扩展的速度居中,热轧态最低。热轧态的疲劳裂纹扩展速度呈现由低到高逐渐变化的过程,开始阶段扩展速率较低,然后进入缓慢增长区,随着裂纹长度的增加,应力强度因子也随之增大,裂纹扩展速度迅速提高。通过背散射电子衍射分析发现,疲劳裂纹的萌生与位错滑移过程密不可分。铁素体组织中裂纹萌生与{001}<110>织构强度直接相关。     

裂尖损伤对弹塑性断裂特征量的影响

依据Lemaitre损伤演化模型,建立了裂尖塑性区内损伤材料的损伤演化,并对金属材料裂纹尖端损伤以及弹塑性断裂有关特征量的影响进行了分析.     

裂尖损伤对弹塑性断裂特征量的影响

依据Lemaitre损伤演化模型，建立了裂尖塑性区内损伤材料的损伤演化，并对金属材料裂纹尖端损伤以及弹塑性断裂有关特征量的影响进行了分析．     

TiB2P／2024Al复合材料高周疲劳损伤机制

为了研究颗粒增强金属基复合材料的高周疲劳损伤机制,对压力浸渗法制备的TiB2P／2024Al复合材料进行了轴向疲劳实验,采用扫描电子显微镜观察了疲劳断口．结果表明:裂纹多萌生于材料的内部缺陷处;损伤模式主要为基体微孔聚集型损伤和颗粒-基体之间界面脱黏,颗粒开裂现象极少;裂纹的主要扩展区呈现韧窝和细小疲劳辉纹共存的特征．较小的增强颗粒降低了材料内部局部应力集中,弥散化了损伤的萌生位置的空间分布,增加了微裂纹的偏折和分岔的可能性,充分发挥了基体的塑性,进而提高了材料的疲劳性能．     

三点弯曲-剪切试样的应力强度因子

利用一种边界元法研究具有偏移边裂纹的三点弯曲-剪切试样.该边界元方法由Crouch与Starfield提出的常位移不连续单元和笔者最近提出的裂尖位移不连续单元构成.在该边界元方法实施过程中,左、右裂尖位移不连续单元分别置于裂纹的左、右裂尖处,而常位移不连续单元则分布于除了裂尖位移不连续单元占据的位置之外的整个裂纹面及其他边界.算例说明这种边界元法不论对无限大还是对有限大平面弹性复杂裂纹问题的应力强度因子的计算都是非常有效的.对具有偏移边裂纹的三点弯曲-剪切试样的应力强度因子进行了详细的研究,给出了数值结果.     

层间颗粒增韧复合材料层压板的Ⅱ型层间断裂韧性

采用热塑性颗粒对HT7／5228、HT3／NY9200G、HT3／5224和HT3／3234四种热固性树脂基体复合材料进行层间增韧，测试了未层间增韧对比件和层间增韧改性件的Ⅱ型层间断裂韧性GⅡc。试验结果表明，增韧颗粒和基体树脂形成的Interlayer层有效的吸收了断裂能量并抑止了裂纹的失稳扩展，GⅡc，显著提高。层间增韧的几何效应、裂纹传播路径控制、裂尖屏蔽和颗粒桥联是主要的增韧机理。有限元分析结果表明Interlayer层降低了裂纹尖端J积分值和裂尖应力集中，进一步解释和支持了增韧机理。     

双向载荷作用下无限大板中源于正方形孔的分支裂纹的应力强度因子

为研究源于正方形孔的一对分支裂纹问题提出一种边界元法,该边界元方法由Crouch与Starfield提出的常位移不连续单元和裂尖位移不连续单元构成.在该边界元方法的实施过程中,左、右裂尖位移不连续单元分别置于裂纹的左、右裂尖处,而常位移不连续单元则分布于除了裂尖位移不连续单元占据的位置之外的整个裂纹面及其他边界.算例说明,这种边界元法对计算平面弹性复杂裂纹的应力强度因子非常有效.给出的双向载荷作用下无限大板中源于正方形孔的一对分支裂纹的应力强度因子的详细数值结果,可以揭示双向载荷参数对应力强度因子的影响.     

幂硬化材料扩展裂纹的有限元分析

目的研究幂硬化材料中定常扩展裂纹的裂尖场性质．方法采用Euler模式在小范围屈服条件下对幂硬化材料中平面应力定常扩展裂纹的裂尖场进行了弹塑性有限元分析．结果针对硬化指数n＝12的幂硬化材料,有限元计算给出了扩展裂纹裂尖的主塑性区形状、裂纹张开位移和裂尖应力场的角分布．结论数值计算结果表明其与现有的渐近分析解符合较好,验证了分析解．     

球壳表面裂纹的网络自动生成方法

在平板表面裂纹网格划分的基础上,对裂尖节点坐标进行平移变换,对远离裂尖各节点坐标进行极坐标变换,对要进行凝聚的点进行特殊处理,使其一一对应,将平板转换成一个１／４球壳,边界转化成球壳边界,壁厚不变,编制了球表面裂纹的网格自动划分程序,从而使球表面裂纹应力强度因子有限元计算的前期工作大大简化,方便了利用计算机程序求解。