带有裂纹的受扭圆柱薄壳的临界应力

采用断裂力学的最大周向应力理论,推导出带有穿透裂纹的圆柱薄壳在扭矩作用下裂纹开始扩展的开裂角和开裂应力;建立了Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的断裂准则,通过分析该圆柱薄壳的破坏形态,确定其临界应力。     

复合材料分层破坏混合断裂准则

有些复合材料经常发生分层破坏,复合材料纤维的"分层"通常保持在同一平面内的延伸和扩展,类似于断裂力学中裂纹的扩展.将复合材料的混合裂纹看成为Ⅰ型裂纹和Ⅱ型裂纹的叠加,根据断裂力学中能量释放率的观点建立了混合裂纹的断裂准则,并用以分析复合材料混合裂纹的分层破坏现象.     

圆柱壳裂纹故障的计算机仿真分析

应用有限元仿真法和断裂力学理论，对门座起重机筒形支柱（壳体）结构上出现的裂纹故障进行了动力仿真分析，得到了裂纹发生的位置、扩展方向、开裂角及断口的形状．结果表明，采用此种方法对结构裂纹故障进行扩展过程的仿真再现是可行的     

基于应力梯度的Ⅰ型中心裂纹应力强度因子修正方法分析

基于无限大板Ⅰ型中心裂纹尖端附近非均匀应力分布规律，提出一种考虑应力梯度影响的应力强度因子计算方法。首先，利用校正的Westergaard应力函数求解单向拉伸Ⅰ型裂纹尖端附近应力场，分析其对裂纹扩展的作用，采用应力与距离分离形式，更加凸显因距离r值的大小而引起应力发生变化的本质原因；其次，提出应力系数函数用以表征应力场的变化，考虑当相对应力系数梯度函数值变化1%时，应力梯度变化对裂纹的扩展无影响，并定义为特征距离r_eff,以此范围内平均应力去修正应力强度因子K;最后，以20Cr钢为研究对象验证本文方法的正确性和可行性，结果表明：本文计算方法得到的应力强度因子为经典断裂学方法的1.22倍，主要原因是考虑了应力梯度的影响，裂纹尖端附近实际承受的应力增大，应力强度因子增大。     

橡胶颗粒沥青混合料破冰试验及其数值模拟

为了揭示橡胶颗粒沥青混合料的破冰机理,通过构建不同冰层厚度条件下橡胶颗粒沥青混合料与冰层相互作用的离散元数值模型,将摆值平均加权回升量及摆值平均加权回升率的宏观参数与应变能及颗粒位移的细观参数进行比较发现:在冰层厚度达到4 mm的节点处,摆值平均加权回升量及摆值平均加权回升率基本达到了恒定值;当冰层厚度为1 mm时,模型中颗粒的位移最大,克服冰层颗粒间拉力所消耗的应变能最大.最后,从宏观角度与细观角度研究了橡胶颗粒沥青混合料的破冰机理.     

水库冰盖在升温膨胀下的极限破坏

以黑龙江省红旗泡水库冰盖极限破坏过程的现场观测和模拟试验结果为依据,分析了破冰槽限制冰压力的力学机理,论证了冰盖的变形破坏过程,通过简化的计算模型得到了冰盖的极限破坏力。分析结果表明,传统的破冰槽可使1 m厚的冰盖极值冰压力至少降低40%。     

基于近场动力学的破冰阻力预报方法研究

为了探究破冰航行过程中海冰破坏规律及船舶的破冰阻力,本文基于船-冰接触判别算法和近场动力学方法建立破冰阻力预报模型。并同模型试验结果进行对比,结果表明:预报模型能够有效地模拟船-冰相互作用下的海冰破碎过程,并实现3 kn航速下破冰阻力预报结果误差为10.08%。在此基础下,开展不同航速下破冰阻力预报工作,发现随着航速的增加,因弯曲破坏形成的碎冰尺寸更加细小,导致冰层断裂破坏所需的能量增加,从而引起破冰阻力的增大。     

焊接接头弹塑性断裂力学分析工程方法研究

本文研究结果表明:美国电力研究院(EPRI)提出的弹塑性断裂力学分析的工程方法(即EPRI方法)不适用于非均匀介质。为了对非均质焊接接头进行弹塑性断裂力学分析,本文对EPRI方法进行了修正,得到了一定条件下中心裂纹模型的修正系数C_J,C_(?)、C_v,并以此为基础研究了非均质焊接接头塑性断裂力学分析的工程方法。     

焊接接头弹塑性断裂力学分析工程方法研究

本文研究结果表明:美国电力研究院(EPRI)提出的弹塑性断裂力学分析的工程方法(即EPRI 方法)不适用于非均匀介质,为了对非均质焊接接头进行弹塑性断裂力学分析,本文对EPRI 方法进行了修正,得到了一定条件下中心裂纹模型的修正系数C_(?)、C_σ、C_v,并以此为基础研究了非均质焊接接头弹塑性断裂力学分析的工程方法。     

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.     

纤维沥青路面抗裂性能机理分析

针对沥青路面反射裂纹病害较为普遍的现状,以漯河市旧路改造项目,通过室内低温抗裂实验,结合平面应变有限单元法,验证了纤维材料对沥青路面抑制反射裂纹扩展的有效性。基于动力学,结合粘弹性力学理论,根据室内试验得出纤维沥青路面的本构关系,以动态应力强度因子为表征参量,探讨了纤维沥青路面在单周期垂直载荷和水平载荷共同作用下的动力特性,分析了车辆制动对纤维沥青路面工作性状的影响,研究了阻尼比,回弹模量的变化对动态应力强度因子影响。数值结果表明：掺加纤维后对沥青路面的工作性能有了较大改善,动态应力强度因子明显降低,对抑制沥青路面反射裂纹扩展起到了显著的作用。     

大跨悬索桥索梁锚固区疲劳养护概率优化方法

合理的桥梁养护规划应在养护费用与失效风险之间找到一个合理的平衡.将养护费用分为检测费用,维修费用与失效费用,将线弹性断裂力学、结构可靠度理论、全寿命成本分析法结合起来,提出了基于全寿命周期成本的焊接构件疲劳养护概率优化的方法.考虑了检测概率、养护决策者的维修意愿、维修措施概率和失效概率等多种因素,把桥梁养护优化问题变为在焊接结构或构件满足在生命周期内最小允许可靠度的基础下,养护总费用最小的问题,并提出了简化计算方法.以青草背长江大桥索梁锚固区的关键疲劳细节养护为例,研究了主要参数对最优检测时刻的影响,研究结果表明,考虑了失效成本后,最优疲劳养护时刻提前,折现率对养护费用影响明显.当车辆荷载逐年增加时,索梁锚固区在设计基准期内疲劳破坏风险增大,应引起足够的重视.     

大跨径钢结构箱梁桥铺管法热力融雪研究

摘要：本文在道路融雪除冰基础上,分析研究了融雪除冰技术的热融化法在钢箱梁桥上的应用。并根据现代钢箱梁桥及其铺装较薄的特点,对热力管道的铺设提出新的方法,改变传统道路融雪设计上埋管于道路和桥梁铺装层中的方式,换成钢箱顶板下部的铺设位置,并对两种铺设方式的温度场进行对比分析。又基于低温钢材脆性理论和钢箱梁桥疲劳特性分析,钢板处铺设方式保证了钢箱薄弱处冬季工作温度,防止该处发生脆性破坏,既保证了融雪除冰的要求,又保证了钢箱梁桥的安全工作状态。     

含裂缝沥青路面结构轮载响应分析

采用Abaqus6.10有限元软件建立三维含裂缝路面结构模型,以Coulomb摩擦接触模拟路面裂缝力学行为,对含裂缝路面结构进行标准轮载力学响应分析。计算在标准轮载作用下路面结构顶面弯沉、基层及面层层底拉应力的大小及分布规律。研究表明,在轮载作用下,含裂缝路面结构在平行于裂缝方向的拉、压应力沿深度方向均增大;在轮载靠近裂缝边缘时水泥稳定基层层底出现峰值拉应力,路面结构以平行于裂缝的拉应力破坏为先导;裂缝的存在对弯沉影响很大,降低了路面结构的传荷能力和整体性,路面结构设计应考虑裂缝的影响。     

基于复合梁的钢桥面铺装断裂参数数值模拟

基于桥面铺装的裂缝特点及断裂力学理论,引入J积分并建立复合梁三点弯曲试验数值模型,研究了温度和初始缝高比对其断裂特性的影响。研究分析可得,随切口深度的增加,梁启裂、失稳时的J积分和裂纹的亚临界扩展量逐渐降低,启裂Jini的降低幅度比失稳扩展Jmax小;复合梁的Jini、Jmax和裂缝亚临界扩展长度随着环氧沥青混凝土的模量增大而变小。研究可为桥面铺装的抗裂设计提供依据,并为铺装结构的裂缝修补时机研究提供思路和参考。     

断裂力学在强度计算中的应用研究

根据断裂力学理论,任何承受疲劳载荷的构件实际上不可避免的存在裂纹或缺陷,从而产生脆性断裂.断裂力学建立了裂纹尺寸、应力或应变水平及材料断裂韧性三者间的定量关系.本文对线弹性断裂力学、弹塑性断裂力学校验元件强度及有裂纹容器寿命的估算方法进行了研究.     

冰弯曲破坏的弹塑性近场动力学模型

为提高粒子方法模拟冰力学性能的准确性,尤其是模拟冰在破坏过程表现出的塑性变形特性,建立了基于无网格粒子法近场动力学理论的冰弯曲破坏弹塑性本构模型。以积分形式表示的近场动力学是一种新兴的非局部理论,它可以应用于无外设准则的破坏过程预报研究,即使在不连续的物体中,仍对变形体有效。首先,依据Von-Mise屈服面准则,建立了基于塑性应变增量与塑性应力增量变化的冰弹塑性本构模型。然后,分析了该模型的边界条件施加方法和冰的失效判断准则。接着,介绍了本构模型在FORTRAN环境下的数值计算方法。最后,利用常规状态型近场动力学方法模拟冰的四点弯曲破坏过程,预报了时间历程的压力曲线。通过冰的四点弯曲过程数值模拟结果与实验结果的比对分析表明,数值模型预报的冰破坏过程、裂纹扩展模式以及压力曲线和试验结果有较高的一致性。由此本文建立的数值模型能够应用于冰的弹塑性弯曲破坏过程预报。该本构模型为模拟船舶在水平冰中航行时的实际破冰过程提高了基本数值策略。     

基于室内结构试验的半刚性基层开裂数值仿真

为获得半刚性基层沥青路面结构的力学参数并分析其变化规律,设计并修建了大尺度半刚性基层沥青路面结构室内试槽,采用逐级加载方法进行结构内部应力、应变和模量的分层检测与试验.在试验数据的基础上,建立道路三维有限元模型,验证模型正确后进行了承载板数值仿真试验,分析了超载引起的半刚性基层开裂位置、起裂荷载、裂缝状态、应力强度因子和裂缝类型等问题.结果表明:当交通荷载超过起裂荷载时基层裂缝开始出现,沿路面横向基层层底靠近承载板中轴线位置的单元首先开裂,裂缝在行车荷载作用下进一步向上扩展而形成基层横向裂缝;半刚性基层荷载型开裂主要以I型张开型裂缝为主,应力强度因子大小取决于施加的荷载大小、裂缝长度和模型几何尺寸,应重点从合理设计基层厚度、改进基层材料性能和严格控制超载几个方面减少半刚性基层裂缝的产生.     

沥青路面表面裂缝扩展分析

沥青路面早期裂缝的出现,降低了道路的使用年限.为了研究使用状态下沥青路面表面裂缝的扩展行为,基于断裂力学理论,应用有限元软件ABAQUS,分析了移动荷载下裂缝应力强度因子K11的变化规律,研究了不同裂缝开裂深度和不同的层间摩擦接触状况下的路面响应,并探讨了面层厚度、面层和基层模量等路面结构参数对裂缝扩展的影响.为半刚性基层沥青路面的合理化设计和沥青路面的维修养护提供一定的理论参考.     

沥青路面结构足尺力学响应实测与仿真

为探究沥青路面在荷载作用下力学响应,通过基于辽宁省沥青路面足尺加速加载试验,开展路面结构力学仿真方法及力学响应特征研究.采用光纤光栅传感器实测足尺加速加载路面的面层底部、基层底部和路基顶面的力学响应,利用单轴压缩动态模量试验获取沥青混合料的粘弹性参数,通过FWD弯沉盆反算得到基层及土基的弹性模量,利用接触痕迹得到轮胎的接触面分布;通过单轴压缩动态模量试验及四点弯曲动态模量试验对传感器进行了标定.在此基础上,采用有限元软件ABAQUS建立基于实测参数的路面结构力学仿真模型,分析路面结构在不同加载位置和速度下的力学响应,并与实测结果进行对比.结果表明:所建立的路面力学仿真模型能较合理地模拟沥青层底三向应变、半刚性材料层底纵向、横向应变以及土基顶面的压应力.沥青混合料粘弹特性导致弹性后效,使力学响应曲线表现出非对称特点.随着温度的增加和加载速度的减小,沥青层底三向应变、半刚性基层底的水平应变以及土基顶面压应力的响应幅值增加.