基于断裂力学的圆钢管混凝土T型焊接节点疲劳寿命预测

该文应用线弹性断裂力学基本原理预测圆钢管混凝土桁架焊接T型节点的疲劳寿命。首先,进行了一些节点的疲劳试验,作为验证节点疲劳寿命预测是否可靠的参考数据;其次,建立了基于断裂力学的疲劳寿命数值模拟的模型和流程框图,采用ANSYS软件编制了APDL宏命令,实现了节点疲劳寿命的计算;最后,分析了节点疲劳裂纹的扩展特性。研究结果表明：断裂力学数值模型能较好地预测这种复杂的钢混组合节点的疲劳寿命;在正常的焊接质量条件下,不同的初始裂纹尺度对节点疲劳扩展寿命的影响不大;裂纹在长度方向的扩展速度大于在深度方向的扩展速度;裂纹深度在达到1/2主管壁厚之前,裂纹沿深度方向的扩展非常缓慢,大部分的疲劳寿命消耗在此阶段,之后裂纹沿深度方向的扩展较快。     

钢箱梁桥焊接细节的疲劳断裂可靠性分析

联合线弹性断裂力学和长期监测数据提出了大跨桥梁焊接细节疲劳可靠度评估方法, 并以润扬大桥钢箱梁的焊接细节为对象开展了应用研究。首先, 采用长期监测数据建立了疲劳荷载效应的概率模型;其次, 推导了焊接细节疲劳断裂抗力的表达式, 分析了初始裂纹深度和极限裂纹深度对断裂抗力的影响规律, 采用随机数值模拟的方法得到了断裂抗力的概率模型;最后研究了交通荷载增长条件下焊接细节疲劳可靠度的时变规律。研究表明:断裂抗力服从对数正态分布, 且对初始裂纹深度极为敏感;当考虑交通荷载增长, 桥梁的服役期还未满设计基准期时, 焊接细节的可靠度就将低于目标可靠度水平。     

中碳合金钢双相组织疲劳裂纹扩展的研究

研究了４２ＣｒＭｏ钢亚温淬火及二次淬火两种双相组织的疲劳裂纹扩展行为。结果表明，亚温淬火双相组织可显著提高裂纹萌发生抗力，降低扩展速率；较高的疲劳性能与裂纹尖端闭合应力，断口表面粗糙度以及裂纹扩展路径弯折程度有关。断裂力学分析表明，粗糙度诱发裂纹闭合效应及裂纹路径变折效应是提高裂纹扩展抗力的主要因素，同时得到上述两种效应对裂纹扩展速率影响的表达式。     

直角突变式钢吊车梁裂纹扩展及疲劳寿命研究EI北大核心CSCD

直角突变式钢吊车梁的变截面部位易发生疲劳破坏。为准确评估吊车梁的疲劳性能,采用基于线弹性断裂力学的Paris公式进行三维裂纹扩展数值模拟,研究其裂纹扩展特性和疲劳寿命,并验证该方法的可行性。根据吊车梁变截面部位T形角焊缝破坏特点,给出了合理初始裂纹深度和形状取值。系统地分析了端部加劲肋距变截面距离、支座处截面高度、下翼缘连接长度、端封板厚度和插入板厚度等因素对变截面部位裂纹扩展和疲劳性能的影响规律,得到了主要影响参数的建议取值范围,可为类似工程设计提供参考依据。     

CFRP板加固含裂纹受拉钢板的疲劳性能研究

根据线弹性断裂力学理论,采用“三维块体-弹簧-板”有限元模型对裂纹尖端的应力强度因子幅值进行计算,并基于Paris-Erdogan裂纹扩展模型,提出了CFRP板加固含裂纹受拉钢板的疲劳寿命预测方法。然后对4个CFRP板加固含初始疲劳裂纹钢板的受拉疲劳性能进行了试验研究,考察了碳纤维板加固量、单面和双面加固方式对疲劳性能的影响。试验结果表明,CFRP板加固钢板的疲劳寿命比未加固钢板显著提高,疲劳裂纹扩展的试验结果与预测结果符合较好。     

短疲劳裂纹及其扩展

本文简要介绍了短疲劳裂纹的分类、扩展特征、影响因素、有关解释和实验技术,评述了线弹性断裂力学在短裂纹研究中的应用及其局限性,指出了今后应着重研究的问题。     

应力比对GC-4钢疲劳裂纹扩展速率影响的探讨

一、前言 疲劳裂纹扩展速率(da/dN)不仅是表征材质抗疲劳断裂性能的重要指标,而且是损伤容限设计必不可少的基本参数。本文是按线弹性断裂力学理论,主要讨论恒幅疲劳裂纹扩展速率在10~(-2)～10~5mm/cycle范围内所受应力比R的影响。我们在完成的《航空金属材料疲劳裂纹扩展速率数据汇编》中对七种材料、23种状态各测试了三种不同R的da/dN,得到了一些有意义的结果,为工程设计提供了部分依据。     

沥青抗疲劳性能新型试验与影响因素分析

为了准确合理地对基质沥青和改性沥青抗疲劳性能优劣做出评价,采用带有数据采集功能的测力延度仪及自制的硅胶模具,对5种不同的沥青进行预制裂纹的双边缺口拉伸实验,以测试沥青在中温延性条件下的疲劳断裂行为。对获得的数据及其影响因素进行理论分析,提出采用裂纹尖端张开位移作为沥青的疲劳性能评价指标。结果表明,沥青的双边缺口拉伸试验可用于对沥青的疲劳性能进行更严格的区分,提出的临界裂纹尖端开口位移反映沥青材料本身中温延性状态下抗撕裂拉伸的能力,更适合作为沥青的疲劳性能评价指标,室内沥青混合料的实际情况也初步验证所提出方法及指标的合理性。     

断裂力学在纤维增强复合物破损上应用现状的评述

虽然断裂力学的应用已在通常采用的许多结构材料的破损分析上取得成功,但将它应用于纤维增强复合物却至今尚未奏效。本文将究其基本原因,首次简评在复合物断裂中所包括的细观力学现象,继而对文献中所发表的各种分析方法进行评述。已经发现,这些方法一般是从线弹性断裂力学加以经验外推,是无法对付按细观力学观点所观察到的裂纹扩展的复杂性的。结论是需要革新性的断裂力学技术:提出了一种设想。     

倾斜应力作用下垂直于功能梯度材料夹层的币型裂纹扩展问题

分析了功能梯度材料中币型裂纹扩展问题。该裂纹体受有与裂纹面成任意角度的张应力或压应力,裂纹垂直于无限域中功能梯度材料夹层。假定非均匀介质的功能梯度材料夹层与两个半无限域完全结合,其弹性模量沿厚度方向变化。利用已发表的裂纹应力强度因子数据和线弹性断裂力学的叠加原理,将应力强度因子耦合于最小应变能密度因子断裂判据,讨论了裂纹扩展的临界荷载;并讨论了荷载方向和材料性质对临界荷载的影响。     

基于冲击韧性的钢桥面铺装环氧沥青混凝土疲劳性能设计研究

针对钢桥面铺装环氧沥青混凝土出现的疲劳开裂问题,分析现有设计理论和方法的不足之处。基于断裂力学和能量法原理基础上,提出以冲击韧性作为环氧沥青混凝土配合比设计的评价指标,通过试验验证了该指标的可行性;采用剩余劲度模量比来反映环氧沥青混凝土的疲劳性能,并建立起冲击韧性和剩余劲度模量比之间的关系。研究结果表明,冲击韧性和疲劳性能之间有良好的线性相关性,采用冲击韧性指标能够有效地评价环氧沥青混凝土的配合比设计和疲劳性能,该方法操作简单、快捷、准确,为环氧沥青混凝土的设计理论和方法提供一种新的思路。     

基于分段步进式弹塑性格构模型的混凝土破坏过程细观模拟

经典格构模型理论假设单元服从完全脆性的线弹性本构关系,忽略了砂浆基体的延性,导致预测的混凝土荷载-位移曲线延性不足。针对该问题,基于分段步进式方法描述砂浆单元弹塑性本构关系,通过序列线性理论模拟试件受荷损伤破坏过程及力学响应。基于混凝土单轴拉伸和压缩试验对模型进行了校验,发现该模拟方法可以精确模拟混凝土的开裂及荷载-位移曲线。同时,该模型可用于模拟混凝土受拉开裂的尺寸效应问题,以及受压破坏时受力端横向约束程度和试件长细比对开裂行为的影响,为研究混凝土的断裂行为提供了新的理论方法和途径。     

镍基单晶合金紧凑拉伸试样高温断裂特性的实验研究

采用紧凑拉伸（CT）试样对三种晶体取向[001]，[011]，[111]的镍基单晶合金DD3在950，850℃和760℃下的拉伸以及950℃时的蠕变和疲劳性能进行了实验研究。应用光学显微镜（OM）和扫描电子显微镜（SEM）分别对单晶体裂纹扩展路径和断口表面进行了观察和分析。拉伸实验结果表明：单晶体裂纹扩展路径沿着特定的晶体学矢量方向扩展而在试样自由表明呈现Z字型外观，其扩展方向及形状取决于晶体取向。温度对试样的断裂形式影响较为显著，760℃时的断裂特征为剪切型脆性断裂，断裂平面为沿滑移面的光滑斜断口；950℃下试样断裂逐渐转变为微孔聚集型韧性断裂，断口由粗糙的剪切唇和纤维区构成。蠕变和疲劳实验结果表明：镍基单晶具有明显的蠕变和疲劳性能各向异性，蠕变寿命以[011]，[111]，[001]顺序依次减小，疲劳寿命以[111]，[011]，[001]顺序依次减小；蠕变及疲劳裂纹扩展路径均与加载方向垂直，断裂表面均为光滑的平断口。试样断口细观分析显示，蠕变试样断口由杯锥状韧窝组成，而疲劳试样断口则由疲劳裂纹组成。疲劳损伤比蠕变损伤更有利于裂纹的扩展。     

纤维复合材料的损伤韧度设计

文中以裂纹连续扩展的断裂力学方法, 研究单向纤维复合材料的细观损伤演化与韧度计算。用基于有限元的数值方法模拟复合材料的多模式破坏过程, 并计算复合材料在裂纹不同扩展路径下的有效韧度。研究表明界面的两个重要断裂参数(界面断裂能和混合度) 是控制复合材料破坏模式与增韧机理的关键参数。提出了复合材料韧度设计的基本原理。      

有限宽中心裂纹板在裂纹面受一对偏心反平面集中力的弹塑性分析

有限宽裂纹板的弹塑性分析是弹塑性断裂力学中最困难的问题之一。本文对有限宽裂纹板在裂纹面任意点受一对反平面集中力的情形采用裂纹线场分析方法,将各场量在裂纹线附近展开,利用平衡方程和屈服准则进行弹塑性分析,这种分析不需要作小范围屈服的假定。通过裂纹线上的弹塑性应力场在弹塑性边界上进行匹配得出荷载与裂纹线上塑性区长度之间的关系,进而分析得出荷载的不同位置和板宽所对应的临界荷载。     

内压波动下的CO_2管道轴向表面裂纹疲劳扩展研究

超临界态CO2的管道运输是目前国际上控制大气中CO2等温室气体过度排放的碳捕捉与封存计划中的重要一环。因此,在内压波动作用下,研究CO2管道内表面裂纹的疲劳扩展路径问题具有重要意义,这是应用"破前漏"断裂准则判断压力管道安全性的关键。该文借助线弹性断裂力学的基本理论,基于ABAQUS平台建立了包含单一半椭圆型轴向内壁裂纹的三维有限元管段模型。该模型应用虚拟裂纹闭合法,可实现在管端轴力及弯矩、内压等载荷作用下的裂纹前沿断裂力学参数的提取。基于该断裂力学有限元模型,该文以两种薄壁CO2管道(厚径比:t/R=1/10和t/R=1/27.3)为研究对象,主要研究了在其各自特定工作内压作用下,不同初始裂纹深径比(?0≤1)的半椭圆型轴向内壁裂纹由于内压波动引起的疲劳扩展问题。详细分析了初始裂纹深径比?0分别为1、2/3、1/2、1/4、1/6和1/8等六种内表面裂纹的疲劳扩展路径;绘出了各种裂纹体的阶段性扩展轮廓并比较了其各自的疲劳扩展寿命。同时,亦讨论了管道厚径比对裂纹扩展趋势的影响。数值分析结果表明,裂纹体的初始几何形状与裂纹的疲劳扩展路径密切相关。各类裂纹的疲劳扩展存在一条"渐近路径",该"渐近路径"与管道厚径比有关。     

回火工艺对65Mn钢疲劳裂纹扩展行为的影响

采用中温回火和高温回火对65Mn钢进行热处理,测试其拉伸性能,并对其疲劳裂纹扩展行为进行研究,探索其疲劳断裂机制．结果表明,两种回火方案对应的裂纹扩展速率的m值相差不大,而C值差异较大,反映出在稳定扩展区的疲劳裂纹扩展对其微观组织不敏感,塑性变形消耗了裂纹扩展的能量,使裂纹扩展速率下降;随着回火温度的升高,实验钢的疲劳断裂特征由脆性逐渐变为韧性,高温回火提高了其裂纹扩展的门槛值,降低了疲劳裂纹扩展速率,65Mn钢经高温回火后有较优的综合力学性能和疲劳性能．     

含裂纹悬臂梁的动态弯曲断裂行为研究

本文采用动态焦散线方法对含裂纹悬臂梁承受横向冲击的弯曲断裂行为进行了动态断裂力学实验研究，分析了无量ａ／ｈ（ａ：初始裂纹长度；ｈ：梁高度）对于裂纹动态扩展行为（裂纹起始状态、裂纹尖端的应力强度因子、裂纹扩展速度、裂纹扩展轨迹）的影响，并借助动态光弹性应力分析，对应力波与扩展裂纹的相互作用、以及应力波传播规律进行探讨。     

基于扩展有限元法的钢筋混凝土梁复合断裂过程模拟研究

针对钢筋混凝土梁裂纹扩展问题,基于扩展有限元法,建立了预置裂纹的简支混凝土梁三维模型,用粘聚裂纹模型描述裂纹面间的力学行为,采用线性的软化曲线表示裂纹尖端断裂过程区的应变软化行为,分别对素混凝土梁和钢筋混凝土梁的复合断裂过程进行模拟,分析了纵向钢筋对裂纹扩展路径、荷载-挠度和荷载 -CMOD (裂缝开口处张开位移)曲线的影响,并与文献中的试验结果进行对比,计算结果与试验结果吻合良好,展示了扩展有限元法在结构断裂破坏分析方面的独特优势。     

2(1/4)Cr-1 Mo钢的短裂纹疲劳断裂特征

本文用弹塑性断裂力学分别研究了在空气和氢中 ,压力容器器壁的承载材料 2 ( 1 / 4 )Cr— 1 Mo钢的短裂纹低频疲劳特性 ,结果表明 :都可用 da/ d N =C(ΔJ) n 的关系式计算上述两环境中的短裂纹扩展速率 .裂纹呈穿晶扩展 .氢明显增加了 2 ( 1 / 4 ) Cr— 1 Mo钢的断裂敏感性