基于断裂力学的钢丝缠绕胶管疲劳寿命分析

建立钢丝缠绕胶管的三维有限元模型,基于橡胶材料疲劳裂纹扩展理论,选取钢丝缠绕角度、钢丝层间距、钢丝层数、钢丝直径4个结构参数,采用正交试验法,以橡胶材料疲劳寿命为依据,分析在交变负荷下胶管的疲劳寿命和最大轴向位移。结果表明:钢丝层间距对胶管疲劳寿命的影响最大,其次是钢丝缠绕角度,再次是钢丝层数,最小是钢丝直径;钢丝层数对胶管最大轴向位移的影响最大,其次是钢丝缠绕角度,再次是钢丝层间距,最小是钢丝直径。     

含裂隙围岩瓦斯突出判别方法

为了建立考虑爆破作用的隧道瓦斯突出判别方法，首先将隧道瓦斯突出分为了空腔型瓦斯突出和裂缝型瓦斯突出两种物理模型。考虑隧道施工爆破荷载的作用，分别基于结构力学和断裂力学构建了两种瓦斯突出物理模型的力学模型，并建立了两种力学模型瓦斯突出的判别方法和裂缝型瓦斯突出模型中裂缝失稳稳定系数和临界瓦斯压力的计算方法。然后揭示了不同裂缝长度、爆破距离、炸药量、入射角和瓦斯压力条件下的瓦斯突出规律，并通过分析发现裂缝的稳定系数随着爆破距离的增加而增大，随着炸药量、裂缝长度、入射角和瓦斯压力的增大而迅速减小。最后基于双变量改变下裂缝稳定系数的变化云图可知炸药量、裂缝长度和瓦斯压力对裂缝稳定系数的影响都较大，其中瓦斯压力对裂缝稳定系数的影响最为显著。研究成果可为确保含煤系地层山岭隧道开挖时的地质安全提供依据。     

实用结构工程防断裂技巧

针对工程结构中意外出现的低应力脆断现象进行了深入研究,从材料断裂的条件和规律出发,介绍了6种在结构概念设计中可采取的工程实用方法,以提高建筑结构抗断裂性能。     

节理岩体强度的分形统计分析

岩体中存在大量节理、裂隙，导致岩体力学性能弱化。基于岩体节理断裂扩展和剪切滑移2种失稳破坏机制，运用分形和统计断裂力学方法探讨了2种破坏方式下节理岩体的统计强度。结果表明，岩体强度与岩体中节理分布的分形维数密切相关，分形维数增大导致岩体强度非线性降低。     

PP纤维水稳碎石抗弯韧性及疲劳性能试验研究

通过四点弯曲试验和疲劳试验,对聚丙烯(PP)纤维水泥稳定碎石和普通水泥稳定碎石半刚性基层材料的弯曲韧性及疲劳性能进行了研究。试验得到两种材料的荷载-挠度曲线,按照JCI和ASTMC1018-97标准方法,计算得到两种材料的韧性指数;试验还得到材料在不同应力水平下的疲劳寿命,并回归出疲劳方程。研究结果表明,与普通水泥稳定碎石相比,体积掺量仅为0.077%的PP纤维水泥稳定碎石的抗折强度提高约10%,极限变形提高150%,JCI韧性指数提高67.7%,ASTM C1018-97韧性指数提高36.1%~79.8%,疲劳寿命提高126%~352%,增强效果十分显著。同时,基于断裂力学原理,揭示了纤维的阻裂增韧和抗疲劳机理。     

混凝土Ⅰ型裂缝的损伤断裂判据

把损伤理论引入混凝土的断裂分析中，推导出混凝土Ⅰ型裂缝在静、动荷载作用下裂缝端部损伤区长度的计算公式，给出了混凝土允许损伤尺度的定义、计算公式和新的损伤断裂判据，实现了损伤与断裂力学的有机结合。提出的损伤断裂判据与国内外一系列实验结果吻合良好。     

混凝土结构裂缝扩展的双G准则

断裂力学基本上有两种分析裂缝稳定性的方法 :应力强度因子法和能量法。在混凝土断裂性能的描述上两者应该是等效的。针对目前大多数混凝土断裂模型以应力强度因子型的断裂韧度作为判定准则 ,本文尝试从能量的角度出发 ,结合线弹性断裂力学和虚拟裂缝区上的黏聚力分布 ,以能量释放率G作为断裂性能判定参数 ,建立了混凝土结构裂缝扩展的双G准则。与双K断裂参数相对应 ,双G准则引入了两个重要的裂缝扩展判定参量 :起裂断裂韧度GiniIc 和失稳断裂韧度GunIc 。其中 ,起裂断裂韧度GiniIc 对应于起裂荷载Pini和初始裂缝长度a0 ;失稳断裂韧度GunIc 对应于极值荷载Pmax和临界有效裂缝长度ac。根据线性渐进叠加假定 ,可以把 (Pini,a0 )和(Pmax,ac)代入线弹性断裂力学相对应的公式直接求得GiniIc 和GunIc 。考虑到起裂荷载Pini的不易确定性 ,本文引入黏聚力分布引起的能量损耗GcIc,通过三者GiniIc 、GunIc 和GcIc的关系 ,给出了起裂断裂韧度GiniIc 和失稳断裂韧度GunIc的适用计算公式 ,并通过三点弯曲梁实验得到了验证。     

海珠桥剩余寿命的断裂力学评估方法

介绍了反映海珠桥实际工作状态的有限元力学模型的建立,应用交通荷载模型和应力谱模拟,采用断裂力学方法对海珠桥进行了使用安全性评估及剩余寿命评估,并得出了具有参考价值的结论。     

机械的有限寿命设计和试验

前面已经提到，实际的机件总不是理想的连续体，存在着初始裂纹。由于外力的作用，在裂纹的尖端产生应力应变场，在线弹性断裂力学中，应力场用应力强度因子K来衡量。对于交变载荷，用应力强度因子振程AK来衡量。裂纹在交变载荷的作用下不断扩展，扩展的速率除了与材料的特性有关外，主要取决于应力强度因子振程。因此，在寿命估算时，应用应力强度因子振程和裂纹扩展速率的关系式来进行，由材料抗力指标的研究中已知三种关系式：