基于扩展有限元研究非均质材料的应力强度因子

用含裂纹尖端增强函数的扩展有限元借助相互作用积分,研究静态载荷作用下颗粒增强复合材料的断裂行为。假定基体和颗粒都是弹性材料,研究不同颗粒位置对基体裂纹尖端的应力强度因子的影响。用MATLAB编程,数值模拟了中心裂纹,单边裂纹扩展和孔边裂纹扩展,含刚性颗粒和柔性颗粒时裂纹尖端不同的应力强度因子或能量释放率的变化。     

利用实验和数值结合的方法测量镁合金AZ91动态断裂韧性

利用Hopkinson压杆实现镁合金AZ91三点弯曲断裂试件的动态加载,基于傅里叶变换和VC++面向对象的程序设计方法修正了加载应力波在传播过程中的弥散效应,同时扣除了附加加载杆楔形头惯性效应对加载波的影响。利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对三点弯曲试样在冲击载荷下的动态响应进行了分析,采用虚拟裂纹闭合技术求得动态应力强度因子时程曲线,依据监裂应变计测试信号,换算起裂时间,确定对应于动态应力强度因子时程曲线的值,即为镁合金AZ91的动态断裂韧性。本文提供的实验和有限元数值计算相结合获得镁合金断裂韧性的方法为镁合金构件抗冲击设计和动态载荷作用下结构的安全评定提供依据,也拓宽了Hopkinson压杆实验技术在测试材料动态断裂韧性方面的应用范围。     

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。     

弯曲梁裂纹应力强度因子求解方法研究

建筑工程中的梁大多数都是矩形梁,随着使用年限的增加以及受一些人为因素的影响,梁会产生裂纹,而所产生的任何裂纹都会使梁结构存在安全隐患。应力强度因子是反映裂纹尖端弹性应力场强弱的物理量,与裂纹的尺寸或构件的几何特征及载荷有关。同时,断裂力学中的一个重要内容就是计算应力强度因子,无论是对断裂理论还是工程应用,寻求一个简单的求解应力强度因子的方法极其重要。在以往的研究中,要想求得裂纹的应力强度因子需要测得初始裂纹的形状,但是测初始裂纹的形状常常会受到测试条件的约束,可见这是相当困难的。本文以弯曲梁为例,基于守恒积分法求解裂纹非自发扩展的能量释放率,建立了一个求解弯曲载荷作用下矩形梁的三种裂纹开裂情况下的应力强度因子新方法。     

弯曲梁裂纹应力强度因子求解方法研究

建筑工程中的梁大多数都是矩形梁,随着使用年限的增加以及受一些人为因素的影响,梁会产生裂纹,而所产生的任何裂纹都会使梁结构存在安全隐患。应力强度因子是反映裂纹尖端弹性应力场强弱的物理量,与裂纹的尺寸或构件的几何特征及载荷有关。同时,断裂力学中的一个重要内容就是计算应力强度因子,无论是对断裂理论还是工程应用,寻求一个简单的求解应力强度因子的方法极其重要。在以往的研究中,要想求得裂纹的应力强度因子需要测得初始裂纹的形状,但是测初始裂纹的形状常常会受到测试条件的约束,可见这是相当困难的。以弯曲梁为例,基于守恒积分法求解裂纹非自发扩展的能量释放率,建立了一个求解弯曲载荷作用下矩形梁的三种裂纹开裂情况下的应力强度因子新方法。     

动载荷作用下的弹塑性微弯裂纹塑性区

主要研究动载荷作用下的弹塑性弯曲裂纹的塑性区.通过分析论证,比较精确地确定了弯曲裂纹尖端塑性区域边界上动态正应力与动态剪应力的分布状况.综合考虑了动态作用应力、塑性区域边界上动态正应力与动态剪应力,利用二阶摄动方法,计算了弯曲裂纹尖端塑性区域的范围;利用二阶摄动方法预测了动载荷作用下弹塑性裂纹的扩展路径.比较了弯曲裂纹与直线裂纹动态断裂特性的连续性与统一性.论证了弹塑性动态断裂特性与线弹性动态断裂特性的连续性与统一性.建立了一个计算弯曲裂纹尖端动态塑性区尺寸的崭新理论模型.     

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.     

低碳钢线割裂缝三点弯曲梁的阻裂电测过程分析

为探寻低碳钢三点弯曲试样断裂过程与承载能力,分别对不同尺寸的带裂缝试件进行加载试验,并对其中的典型试件进行应变片电测跟踪测试,得到了一系列关系曲线,其中有载荷与加载点位移关系曲线,中性层位置随载荷变化曲线,塑性段卸载再加载关系曲线等;且计算了各试件失稳时的应力强度因子．同时测量了该试样的塑性变形,并结合黏聚裂纹应力强度因子计算式与断裂准则,得到计算此材料结构承载力的理论值,并与试验值进行对比,两者比较符合．     

动载荷作用下的弹塑性微弯裂纹张开位移

主要研究了动载荷作用下的弹塑性弯曲延伸裂纹尖端的张开位移问题.综合考虑了动态作用应力、塑性区域边界上动态正应力与动态剪应力,利用二阶摄动方法与卡氏定理计算了弯曲裂纹尖端的动态张开位移.比较了弯曲延伸裂纹与直线裂纹动态断裂特性的连续性与统一性.论证了弹塑性动态断裂特性与线弹性动态断裂特性的连续性与统一性.开拓了一个计算弯曲延伸裂纹动态张开位移的理论模型的崭新领域.     

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。     

Dynamic fracture behavior of rock under impact load using the caustics method

We studied the dynamic fracture mechanical behavior of rock under different impact rates. The fracture experiment was a three-point bending beam subjected to different impact loads monitored using the reflected caustics method. The mechanical parameters for fracture of the three-point bending beam specimen under impact load are analyzed. The mechanism of crack propagation is discussed. Experimental results show that the dynamic stress intensity factor increases before crack initiation. When the dynamic stress intensity factor reaches its maximum value the crack starts to develop. After crack initiation the dynamic stress intensity factor decreases rapidly and oscillates. As the impact rate increases the cracks initiate earlier, the maximum value of crack growth velocity becomes smaller and the values of dynamic stress intensity factor also vary less during crack propagation. The results provide a theoretical basis for the study of rock dynamic fracture.     

酸雨腐蚀对混凝土材料断裂特性的影响

为研究酸雨腐蚀环境下混凝土断裂性能的劣化情况而进行混凝土的实验室加速腐蚀实验,并通过三点弯曲试验及电测法获得了不同腐蚀程度混凝土的起裂荷载、最大荷载以及试件的弹性模量和断裂韧度的劣化情况,同时借助电镜扫描获取腐蚀混凝土裂尖的劣化样貌。在模拟酸雨环境下,混凝土裂纹尖端的腐蚀深度随着侵蚀时间的持续而逐渐增长,裂纹尖端混凝土将发生结构性的损伤,混凝土材料松弛并产生微裂隙,这将直接影响混凝土裂尖的抗裂能力。与水中浸泡试件相比,腐蚀试件的抗裂能力发生显著的退化;在不同pH值的模拟酸雨环境中,试件的起裂荷载与最大荷载都随着腐蚀时间的增加而呈现先增长而后降低的趋势;随着腐蚀程度的增加,起裂荷载则会加速劣化。混凝土断裂韧度随腐蚀时间先增大后减小;溶液pH值越低,断裂韧度的增长周期越短,最终的损失也越大。H⁺和SO₄^2-使裂尖混凝土发生复杂的物理化学变化,直接弱化混凝土的抗裂能力。混凝土断裂韧度劣化率随裂尖腐蚀深度呈现出抛物线式的发展态势。     

尺寸效应对钢筋混凝土梁裂缝的影响

运用断裂力学分析方法并采用断裂韧度判据研究尺寸效应对钢筋混凝土梁裂缝的影响。首先将三点弯曲梁自重、荷载、钢筋以及断裂过程区的粘聚力在裂缝尖端产生的应力强度因子叠加,检验其是否超过断裂韧度,以判断裂缝是否扩展。然后通过增大荷载以及增加裂缝长度的方式迭代计算,求得相应尺寸构件的承载能力,整个计算过程采用Matlab编程来实现。研究结果表明,尽管钢筋对混凝土梁的裂缝扩展起到限制作用,使其呈现出“塑性”特征,但是钢筋混凝土梁仍然存在尺寸效应现象,只是与素混凝土相比不明显。     

尺寸效应对钢筋混凝土梁裂缝的影响

运用断裂力学分析方法并采用断裂韧度判据研究尺寸效应对钢筋混凝土梁裂缝的影响。首先将三点弯曲梁自重、荷载、钢筋以及断裂过程区的粘聚力在裂缝尖端产生的应力强度因子叠加,检验其是否超过断裂韧度,以判断裂缝是否扩展。然后通过增大荷载以及增加裂缝长度的方式迭代计算,求得相应尺寸构件的承载能力,整个计算过程采用Matlab编程来实...     

数值方法计算应力强度因子的稳定性问题研究

准确而稳定地计算动态应力强度因子是断裂问题研究中的难点之一。尽管精确性备受重视,但稳定性问题常被忽略。利用一个新建议的辅助函数,根据能量释放率原理,计算了不同断裂模式的应力强度因子,并针对裂纹拟静态扩展时穿越各个单元、虚拟扩展区位置变化、网格划分的微小差异所导致裂尖相对单元位置变化,验证了应力强度因子计算的可靠性和稳定性,结果令人满意。     

水压力和轴力联合作用下常态混凝土的断裂试验研究

针对常态混凝土高坝在蓄水状态下可能出现的水力劈裂现象,采用恒定水压力加轴向拉力和恒定轴向拉力加水压力两种不同的加载方式,进行了水压力和外力联合作用下的常态混凝土试件轴拉试验。对试验结果进行了分析,得到了常态混凝土断裂的荷载-应变变化规律。结合试验条件计算了裂缝尖端的应力强度因子,得到了两种不同加载条件下的失稳断裂韧度,并进行了对比分析。     

数字散斑相关方法测量混凝土裂缝尖端演化过程

阐述了数字散斑相关方法的基本原理.采用爬山搜索法进行整像素搜索,基于梯度的搜索算法计算亚像素位移、位移场局部最小二乘拟合计算应变场.测量了混凝土三点弯曲梁裂缝尖端的演化过程,给出了试件加载过程的载荷-位移曲线以及裂缝扩展的过程.由DSCM分析结果,获得了试件在不同载荷下裂缝尖端的位移场与应变场.为深入研究含裂纹体材料和结构的断裂破坏提供了一个有效的实验方法.     

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．