基于统一强度理论的断裂准则

基于统一强度理论,在小范围屈服条件下,推导Ⅰ、Ⅱ复合型裂纹裂尖塑性区范围的统一解析解。给出不同拉压比α、泊松比υ、中间主应力影响参数b以及裂纹倾角β下的一族塑性区形状与大小的轨迹,讨论以上参数对裂尖塑性区变化的影响。最后基于裂纹尖端塑性区的解析解,提出了一种复合型裂纹断裂准则,分析了裂纹倾角与初始断裂角的关系。结果表明,该准则预测结果比其它准则更精确,与试验结果吻合得非常好。     

复合材料裂纹尖端塑性区的一种解法

基于Tsai-Hill强度理论,在平面应力条件下,推导正交各向异性复合材料Ⅰ型、Ⅱ型以及Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹塑性区方程,得到的结果适用于求解各向同性材料和拉压强度相等的各向异性复合材料的裂尖塑性区;数值算例给出不同材料坐标系与总坐标系夹角θ下的一组复合材料裂尖塑性区结果,讨论参数θ对裂尖塑性区大小和形状的影响,并与各向同性材料的结果进行比较.数值结果表明,参数θ对复合材料裂尖塑性区的影响很明显,各向同性材料具有更大的塑性区.     

非各向同性材料小范围屈服下裂尖塑性区研究

基于各向异性弹性力学的Stroh理论和Tsai-Hill非各向同性强度理论,预测非各向同性材料单一型和混合型裂纹裂尖塑性区的形状与大小,研究横向剪切强度以及材料主方向与裂纹坐标方向夹角θ等参数对裂尖塑性区的影响。研究发现,当材料反平面剪切强度相对面内强度较小时,反平面剪切应力对裂尖塑性区形状、尺寸的影响显著;反之则较小。偏角θ也会明显影响裂尖塑性区的尺寸和形状。     

小范围屈服条件下复合材料裂纹尖端塑性区分析

基于复合材料力学,推导Tsai-Hill强度准则在平面应力和平面应变条件下的一般表达式,得到了小范围屈服条件下,含中心裂纹无限大板Ⅰ型裂纹、Ⅱ型裂纹和Ⅰ/Ⅱ复合型裂纹尖端塑性区的解析解。针对不同裂纹倾角及泊松比 和,对裂尖塑性区进行了计算和分析。结果表明平面应变条件下塑性区范围小于平面应力条件下塑性区范围,参数、和 对复合材料裂尖塑性区范围和形状有明显的影响,不同的参数值得到的塑性区结果差别很大。另外,该解既适用于各向异性复合材料,也适用于各向同性材料。     

环形板的塑性极限统一解

采用统一强度理论求出了环形板的塑性极限荷载，内力场及速度场的统一解，得出不同参数b值及材料的拉压比α对极限荷载的影响曲线。所给出的解可以灵活使用于各种性能的材料，可以充分反映材料的SD效应及中间主应力效应。文献中已有的Tresca解、Mises解、双剪应力屈服准则解以及双剪统一屈服准则均为本文的特例。     

压应力对长短疲劳裂纹尖端塑性区影响的有限元分析

应用弹塑性有限元方法,研究压应力对长短疲劳裂纹塑性区的影响.分别建立两个具有长短中心穿透裂纹高强铝合金板的有限元模型,进行拉压加载模拟分析.结果表明,压应力对长短疲劳裂纹尖端塑性区有显著影响,相同的应力强度因子条件下,在一个拉一压加载周期,当拉载荷减小到零时裂纹尖端应力不为零,裂纹尖端应力对裂尖的挤压作用产生反向塑性区,裂尖反向塑性区随压应力的增加而增加,压应力的大小是决定裂纹尖端塑性区大小的主要因素,压应力对短裂纹的影响比长裂纹大.     

不同加载条件压载荷对疲劳裂纹尖端塑性区的影响

应用弹塑性有限元方法,研究不同加载条件下压载荷对疲劳裂纹尖端塑性区的影响.建立两个具有中心穿透裂纹的高强铝合金板的有限元模型,分别进行不同载荷的拉压加载模拟分析.结果表明,压载荷对疲劳裂纹尖端塑性区有显著影响,在一拉一压加载周期,当拉载荷减小到零时裂纹尖端应力不为零,裂纹尖端应力对裂尖的挤压作用产生反向塑性区,裂尖反向塑性区随压载荷的增加而增加,压载荷的大小是决定裂纹尖端塑性区大小的主要因素,压载荷越大塑性区越大.     

平面应力Ⅰ型准静态扩展裂纹尖端场的弹粘塑性分析

由于材料率敏感性的影响,蠕变材料中裂纹尖端场的分析更加复杂.采用弹粘塑性力学模型,并假设粘性系数为等效塑性应变率的幂函数,推导出理想弹塑性材料的一种率敏感型本构关系.通过量级匹配表明裂纹尖端场具有幂奇异性,奇异性指数由粘性系数中的幂指数唯一确定.推导出平面应力条件下准静态扩展裂纹尖端场的控制方程,并给出Ⅰ型裂纹的边界条件.采用双参数打靶法,结合各材料参数的可能取值范围,对控制方程进行了数值求解,并讨论裂尖场特性随各材料参数的变化规律.结果表明当材料服从理想塑性规律时,裂纹尖端的应力场是连续的,不存在某些无粘性解中出现的不合理间断线.裂尖场应力强度由材料的粘性所控制,泊松比对于裂尖场没有影响,并且不存在弹性卸载区.     

循环载荷下韧性金属Ⅰ型裂纹前缘晶体塑性与应力的初步分析

为探讨含裂纹金属材料在循环载荷下的细观力学行为,采用随机构成的多晶模型对循环载荷下Ⅰ型裂纹裂尖前缘的晶体塑性变形和应力循环进行初步分析.模型裂尖前缘的材料由不同大小和不同取向的多面体单晶晶粒随机集合构成,各晶粒的力学行为用单晶滑移的粘塑性关系描述;单晶滑移粘塑性本构关系的求解是采用先前建议的方法以应力为基本变量,用Newton-Raphson迭代求解晶体的滑移变形与应力的关系.文中给出循环载荷下裂尖前缘的塑性变形演化、残余应力和循环硬化现象等方面考虑材料多晶结构的初步分析结果.     

用光塑性方法研究Ⅰ—Ⅱ复合型裂纹尖塑性区

用光塑性模型材料聚碳酸酯, 制成中心斜裂纹板试样，进行了光塑性试验, 研究了1—Ⅱ复合型裂纹尖塑性区。探讨了裂纹倾斜角、裂纹长度和试样厚度对塑性区尺寸的影响。     

小范围屈服条件下裂尖塑性区统一解

采用俞茂宏双剪统一屈服准则求解了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型裂纹在小范围屈服条件下的塑性区形状与大小的统一解答。已有Tresca准则、Miss准则的解答均是该解答的特例或线性逼近,该解答可以适合于多种工程材料,具有普遍性和适用性,从得出的解析解和图形分析中可以得出一些新的结论。     

金属简支圆板在边缘均布载荷作用下的塑性极限解

采用双剪统一屈服准则首次对金属类材料的简支圆板在边缘均布载荷作用下的塑性极限进行求解，得出相应的统一解形式。已有的Tresca准则、vonMises准则、双剪应力准则的解答是文中解答的特例或逼近。并得到圆板的极限载荷随不同屈服准则以及边缘载荷内半径的变化曲线。     

无缺陷弯管的塑性极限载荷的统一解

采用双剪统一强度理论,分析等厚度薄壁弯管在内压作用下的塑性极限载荷问题,推导出塑性极限载荷统一表达式。在该表达式中,当其系数取不同的值时,就可得到按Tresca屈服准则、双剪统一屈服准则所得的结果,并能较好逼近Mises屈服准则所得的结果。     

加筋板广布疲劳损伤的剩余强度分析

给出加筋板广布疲劳损伤的两种损伤类型和两个剩余强度判据,剩余强度判据是净截面塑性区屈服判据和裂尖韧带屈服判据.给出蒙皮带有多裂纹和蒙皮带有多裂纹且桁条也带有裂纹时应力强度因子的近似工程估算方法.文中也给出加筋板含多裂纹时剩余强度净截面塑性区屈服判据和裂尖韧带屈服判据的表达式及塑性区尺寸估算方法.对三种损伤的加筋板进行剩余强度试验,指出多裂纹尤其是桁条也带裂纹时剩余强度降低较多.用上述两种判据进行加筋板广布疲劳损伤剩余强度预测,预测结果和试验结果比较符合.     

Modified boundary layer analysis for a mode III crack problem

A modified boundary layer problem of a semi-infinite crack in an elastic-perfectly plastic material under a Mode III load is analyzed. The analytic solution of elastic fields is derived by using complex function theory. It is found that the size and the shape of the plastic zone near the crack tip depend on the elastic T-stress given on the remote boundary. A method for determining higher order singular solutions of elastic fields is also proposed. In order to determine the higher order singular solutions of the elastic fields, Williams expansion of the solution is used. Higher order terms in the Williams expansion are obtained through simple mathematical manipulation. The coefficients of each term in the Williams expansion are also calculated numerically with the J-based mutual integral     

三轴应力状态下复合型裂纹尖端前缘的塑性区分布

利用Ｍｉｓｅｓ屈服准则从理论上分析了Ⅰ－Ⅱ复合型裂纹尖端前缘的塑性区分布。推导出了由三轴应力约束参数Ｔｚ参与表征的裂纹尖端前缘塑性区尺寸ｒｐ的表达式，并绘制出了Ⅰ－Ⅱ复合型裂纹在单轴、双轴载荷作用下裂纹尖端塑性区的分布图。     

力学性能不均匀性对焊接接头三点弯曲试样塑性区发展规律的影响

利用弹塑性有限元方法对焊接接头试样在三点弯曲试验中塑性区的发展情况进行了计算。分析了不同的裂纹深度、强度组配，焊缝宽度以及不同位置裂纹的焊接接头试样对塑性区形状发展的影响规律。分析结果显示，不同强度组配和几何特征的焊接接头试样对裂纹尖端塑性区的发展规律有较大的影响，由于裂纹尖端拘束程度的不同会造成塑性区的形状和尺寸的改变，因此在做焊接接头试样三点弯曲试验时，可能会得出与均质材料试样不同的驱动力曲线     

铝合金板材中心孔裂纹尖端塑性区数值计算

通过有限元对铝合金板材中心孔裂纹尖端处塑性区模拟计算,说明在裂纹尖端产生了较大的塑性区,并相应地计算出塑性区的大小。本文通过有限元模拟2124铝合金板材中心孔裂纹扩展情况。铝合金材料为典型的脆性材料,2124铝合金板材在疲劳加载情况下会先进行弹性形变,达到屈服强度后进行塑性形变。本文对2124铝合金板材进行有限元模拟时,先采用线弹性模型,计算裂纹扩展的应力强度因子,然后采用弹塑性模型,计算裂纹尖端的塑性区大小,从而进一步对裂纹尖端应力强度因子进行修正。在建立有限元模型时,以二维的Ramberg-Os-good（R-O）本构为基础,采用参数化的方式,这样是为了可以更好地对有限元程序进行调试。在有限元网格划分时,由于在相同精度下四边形单元的计算效率是三角形单元的几倍,所以采用四边形单元,提高计算精度。有限元建模时,采用plane42、solid 45和solid 95三种单元,plane42单元用于建立2D网格,solid45单元用于建立3D网格,而solid95单元则是用于引入奇异单元。同时,由于试样模型对称性,所以取1/4模型来进行计算。在计算裂纹尖端应力强度因子及塑性区大小时,采用恒ΔK方式和增ΔK两种加载方式来进行计算。首先在恒ΔK下,计算出相应的应力强度因子,其值和理论值相吻合,同时观察得到的塑性区形状与理论形状相似,计算塑性区尺寸大小,首先证明有限元程序的正确性。进一步有限元模拟计算在增大ΔK情况下不同预裂纹长度下塑性区的变化情况。经过有限元计算得到的塑性区尺寸大小,最后可以近似用经验公式表达。