平面裂纹的起裂准则

针对著名断裂教授 sin 提出的著名[S]_(min)准则中所存在的若干缺陷,作者曾利用宏微观相结合的方法在文献[1,2]中提出了三个三维裂纹的起裂准则并很成功地解决了三维表面裂纹问题。本文的主要贡献在于:1 针对平面裂纹的特殊个性,对文献[1,2]的假定作了更符合实际的改变,提出了二维裂纹的[U_v]_(max)、[σ_α]_(max)和[γ_p]_(min)准则。2 推出了平面裂纹起裂角和载荷的一般方程。3 求出了Ⅰ型和Ⅱ型裂纹的起裂角θ~*和相应的 K_(Ⅲc)/K_(Ⅰc)值,这些值和实验结果比较表明本文所提准则较其它准则更佳。4 讨论了 Possion(泊松)比 v 和应力状态对θ~*和 K_(Ⅱc)/K_(Ⅰc)值的影响,得出了 v 和应力状态对θ~*几乎无影响而对 K_(Ⅱc)/K_(Ⅰc)有较大影响这一令人满意和从未有过的新发现。给出了三准则适用条件。     

复合型裂纹扩展的最大塑性区尺度准则

为了预测复合型裂纹呈滑移型（Ⅱ型）的断裂，在此提出了复合型裂纹扩展的最大塑性区尺寸断裂判据。该准则成功地预测了金属材料复合型裂纹呈滑移型（Ⅱ型）断裂的裂纹开裂角和临界荷载，同时认为金属材料裂纹扩展的动力来源于形状改变比能的释放，与体积应变能无关。将其结果与最大剪应力准则相比，取得了较为一致的结果。因此，结果表明：该准则在预测复合型裂纹呈Ⅱ型断裂上是成功的。     

确定复合型裂纹断裂角的图解法

木文将Erdogan,Sih的最大周向应力理论及Palaniswamy的能量释放率理论所提出的确定Ⅰ—Ⅱ复合型裂纹断裂角θ_0的解析方程变换成图解方程,进而作出K_1/K_(11)—θ_0和K_(11)/K_1 —θ_0曲线,对复合型裂纹断裂角θ_0的确定提供了一个非常简便的方法。     

复合型裂纹起裂准则的研究

本文以裂纹前缘弹塑性分界面上的体积应变能密度、等能量密度面上的三轴张力和塑性区尺寸为参数,提出了小范围屈服条件下的三个复合型表面裂纹起裂准则;推出了表面裂纹前缘任意点的起裂角(α_i,θ_i)和起裂载荷Q_i表达式;计算了LC4CS板材上表面裂纹倾斜角β分别为15°、30°、45°、60°、75°和90°时裂纹前缘定位角(?)分别为0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°各点的起裂角(α_i、θ_i)和起裂载荷Q_i;绘制了θ_4-β、θ-(?)、a~(1/2)Q_4/WBK_(Ie)-β和a~(1/2)Q_4/WBK_(Ie)-(?)曲线。将三个准则所得的计算结果进行了讨论并与文献[1]中[G]max、[S]min和[σa]max三个准则计算值和实验值进行了比较,本文所提出的三个准则较[G]max、[S]min和[σ_θ]max准则更符合实际。     

复合型裂纹扩展的形状改变比能准则

为了预测金属材料裂纹在小范围屈服时的延性断裂，以复合型裂纹为研究对象，将裂纹前缘塑性屈服区内的总形状改变比能用于建立复合型裂纹的断裂准则。该准则表明了金属材料裂纹在扩展过程中，起决定作用的是形状改变比能，而不是整个应变能。能成功地预测了复合型裂纹的启裂角度以及临界荷载，将其结果与Sih的S准则和实验数据结果进行了比较。结果表明，复合型裂纹扩展的形状改变比能准则，在预测裂纹启裂角方面优于S准则，并且预测的临界荷载偏保守。在工程上，将其应用于复合型裂纹断裂判定是安全的。     

Ⅰ—Ⅱ—Ⅲ复合型裂纹开裂角的光弹性试验研究

通过带Ⅰ－Ⅱ－Ⅲ复合型半圆形裂纹的三维光弹性模型的破坏性试验,测量了Ⅰ－Ⅱ－Ⅲ复活复合型裂纹前沿不同位置处的开裂角,用应力强度因子Ｋ１、ＫⅠ、ＫⅡ的测量结果和最大周向应力理论,计算了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ复合型裂纹的开裂角,试验测得的结果具有较好的规律性,并且与计算结果较为接近。     

一个新的复合型断裂准则

在裂纹尖端周围Ｎａｄａｉ屈服曲线上考虑断裂参数,提出了一个新的复合型断裂准则,这一新的准则能够揭示材料拉压屈服强度不同性能对复合型断裂的影响。     

复合型裂纹等σθ线形状应变能准则

本文提出了一个新的复合型断裂准则，即复合型裂纹等σθ线形状应变能准则。该准则的理论计算值与实验结果比较，基本吻合。     

Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ复合型裂纹开裂角的光弹性试验研究

通过带ⅠⅡⅢ复合型半圆形裂纹的三维光弹性模型的破坏性试验,测量了ⅠⅡⅢ复合型裂纹前沿不同位置处的开裂角.用应力强度因子KⅠ、KⅡ、KⅢ的测量结果和最大周向应力理论,计算了ⅠⅡⅢ复合型裂纹的开裂角.试验测得的结果具有较好的规律性,并且与计算结果较为接近.     

三维介质中复合型裂纹扩展的断裂准则

断裂准则是评定含裂纹构件或结构的工作状态是否安全的基准和依据。本文从三维介质中复合型裂纹问题的分析入手,考虑裂纹尖端小范围屈服区对裂纹扩展的影响,提出了描述三维介质中任意形状裂纹扩展规律的F_(?)准则和E_(?)准则。这两个准则均与现有的实验资料吻合得很好,而且还有一个较为突出的特点,即能反映Ⅰ—Ⅱ—Ⅲ型复合裂纹和Ⅱ—Ⅲ型复合型裂纹中KⅢ对裂纹开裂角的贡献。这一特点是S准则[1]、MG准则[9]、C判据[10]和W判据[11]等一些断裂准则不具有的。     

沥青砼表面裂纹对反射裂纹扩展影响试验研究

在沥青混凝土路面局部较小范围内,往往同时含有表面裂纹和反射裂纹,本文从室内试验的角度研究了表面裂纹对反射裂纹扩展的影响.在试件表面和底面预制裂纹来模拟路面沥青混凝土实际情况,通过弯曲试验演示裂纹扩展情况.试验结果表明,表面裂纹对反射裂纹的起裂角、扩展路径、砼弯拉强度都有影响:起裂角度大小与间距有关,一般随间距增大,先增大后减小;起裂方向与表面裂纹的方位一致;如果将扩展路径分为初始阶段、调整阶段、最终阶段,表面裂纹对初始阶段影响最大,裂纹斜向起裂,随后逐步调整为竖向,使扩展路径呈明显的曲线状;试件弯拉强度随间距的增大,先减小后增大.     

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.     

一种求解复合型裂纹应力强度因子的组合方法

用焦散线法与图象全息光弹法相结合,可有效提高求解复合型裂纹应力强度因子的精度,叙述了此组合方法的原理、方法与技术,用此法研究了工程中所关心的折裂纹问题。实验表明,用相应的斜裂纹来代替计算其应力强度因子是适当的。     

轴表面半椭圆裂纹应力强度因子的求算

评价了将轴表面半椭圆裂纹简化为有限界平板的单边裂纹问题和半无限体表面穿透直线裂纹问题来处理的局限性。通过三维光弹实验成功地测定了弯扭载荷作用下的轴表面半椭圆裂纹前缘各点的ＳＩＦ（ＫⅠ，ＫⅡ，ＫⅢ），并根据几组光弹数据回归出轴表面对ＳＩＦ的影响修正系数ＭＹ与裂纹相对深度ａ／Ｒ之间的关系曲线。从而对目前尚无理论解的轴表面半椭圆裂纹的ＳＩＦ求解提供了依据，有一定的工程意义。     

双向载荷对半椭圆表面裂纹J积分的影响

利用三维弹塑性有限元, 计算了双向载荷下半椭圆表面裂纹不同路径Ｊ积分值, 并与单向载荷Ｊ积分值作了比较, 结果表明： 双向应力下Ｊ积分的守恒性不如单向应力下Ｊ积分的守恒性, 且半椭圆表面裂纹表面点Ｊ积分的近似守恒性较表面裂纹最深点处Ｊ积分的路径无关性好许多, 表面裂纹的最深点处Ｊ积分路径无关性已很难保证     

表面裂纹弹塑性断裂参数的估算和测试

本文提出了一种计算模型,用以估算带半椭圆表面裂纹幂硬化板材的弹塑性断裂参数。用该模型估算的表面裂纹最深点的应力强度因子K值与New-man-Raju 公式计算的K值吻合良好、弹塑性J积分值与Nikishkov-Atluri的三维有限元结果基本相符。用表面裂纹LD10CZ板材测定的表面裂纹嘴张开位移δ_m和J积分值与计算模型估算的δ_m和J值的误差不超过10%。在σ/σ_0> 0.5时,J与a_m有线性关系。     

中心裂纹板张开位移研究

首先对ＥＰＲＩ方法建立的裂纹中心板张开位移的工程解进行了实例计算。然后用有限元法对平板中心穿透裂纹张开位移计算得到的有限元解与其进行了比较,得出工程解偏于保守的结论。     

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。