弹塑性裂纹扩展的裂尖参数研究

在铝合金材料平面应力CT型试件裂纹的稳定扩展和动态塑性的低速裂纹扩展实验的基础上,利用有限元分析获得了弹塑性裂纹扩展尖端的裂尖参数,对高速冲击载荷作用下的裂尖响应作了数值模拟和探讨。通过3种不同载荷状态下的计算,在获得裂尖场分布的同时,发现三轴应力约束仅与试件几何和加载方式有关,并且三轴应力约束参数在裂尖前方相当长一段距离内保持恒值。通过与增量的积分参数T     

中心裂纹板双向加载的弹塑性有限元J积分计算

本文用弹塑性有限元法计算了中心裂纹板双向加载的J积分。讨论了J积分的路径无关性和裂尖应力,应变奇异性。     

非对称弯曲双边裂纹管道的应力强度因子

管道兼有壳体和梁构件的特征 ,可以利用三维守恒律及梁的弯曲理论计算它的应力强度因子。利用裂纹张开能量释放率 ,即G 积分的概念 ,通过特定的积分路径 ,给出了两种对称弯曲下双边裂纹管道的应力强度因子表达式。对于非对称弯曲情况 ,将裂纹截面处的弯矩进行分解 ,进而根据叠加原理 ,给出了非对称弯曲双边裂纹管道的应力强度因子表达式。在此基础上 ,导出了与最大应力强度因子所在裂纹相邻裂尖是否产生应力集中的一个判别式 ,并给出了相应的说明曲线。利用它可以方便地判断非对称弯曲下该裂尖是否有可能引起破坏 ,在工程应用上具有参考意义。     

复合型裂纹的混合开裂准则

利用两个基本假设：１裂纹启裂方向为裂尖距其近旁等应变能密度线最近的方向;２当裂尖近旁材料的有效应力达到Ｉ型裂纹的临界拉应力时即发生启裂;由此给出了复合型裂纹的应力和能量混合型断裂判据。对临界断裂,准则还计入了尖端损伤区的影响。与实验结果对比证明了混合型断裂准则的有效性。     

裂纹深度对裂尖应力分布及韧性的影响

对Ｃ－Ｍｎ钢不同裂纹深度试样的有限元分析及力学实验的结果表明，在未出现延性裂纹的下转变区（－１００℃），临界ＣＯＤ值δｃ随裂深度的增加而降低，在相同裂尖张开值时，浅裂纹端的三轴应力度明显低于深裂纹，表面为δｃ明显依赖于三轴应力度。解理的临界阶段和为第二要尺寸的微裂纹向周围基体扩展的应力控制过程。为例裂端主应力提升至相同水平（δｆ），浅裂纹需要更大的裂尖张开值，这是浅裂纹试相具有较高韧性的内在原因。     

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．     

非对称弯曲双边裂纹管道的应力强度因子

管道兼有壳体和染构件的特征,可以利用三地恒律及梁的弯曲理论计算它的应务强度因子。利用裂纹张开能量释放率,即Ｇ＊积分的概念,通过特定的积分路径,给出了两种对称弯曲下双边裂纹管道的应力强度因子表达式。对晨对称变曲情况,将裂纹截面处的变矩进行分解,进而根据叠加子所在裂纹相邻裂尖是否产生应力集中的一个判别式,并给出了相应的说明曲线,利用它可以方便地判断非对称弯曲下该裂尖是否有可能引起破坏知工程应用上具有参     

倾斜裂纹的应力分布与裂纹面开口位移的关系

由于存在裂纹的机械结构的受力方向未必与裂纹方向相垂直,有必要研究裂纹在混合型应力条件下的应力分布及位移特性,而实际机械结构的形状往往很复杂,直接测得裂尖前沿的应力分布是很困难的.为此,在应力比为零的I型循环应力下制作倾斜角度为45°的裂纹,通过测量裂纹面的开口位移,计算得到了裂尖张开方向的应力分布和滑移方向的应力分布.对实验中试件和裂纹的实际尺寸进行了有限元模拟计算.通过比较实验和模拟计算结果,分析了在混合型应力条件下影响裂纹面开口位移特性的因素.结果表明,裂纹表面的凹凸不平导致的接触会影响裂纹面（特别是裂尖处）的滑移变形;当裂纹张开方向的变形较小时,随着裂纹表面接触面积增加,裂纹滑移方向的变形阻力增大,这种影响表现得更为突出;相反,裂纹表面接触对裂纹张开方向的变形却起到了促进的作用;另外,由于压缩残余应力的作用,疲劳裂纹的张开位移受到制约.     

幂硬化材料扩展裂纹的有限元分析

目的研究幂硬化材料中定常扩展裂纹的裂尖场性质．方法采用Euler模式在小范围屈服条件下对幂硬化材料中平面应力定常扩展裂纹的裂尖场进行了弹塑性有限元分析．结果针对硬化指数n＝12的幂硬化材料,有限元计算给出了扩展裂纹裂尖的主塑性区形状、裂纹张开位移和裂尖应力场的角分布．结论数值计算结果表明其与现有的渐近分析解符合较好,验证了分析解．     

双轴载荷对比含裂纹加劲曲板剩余强度的影响

用弹塑性有限元方法，以裂尖张开角参数为断裂准则分析了双轴载荷双对含裂纹加劲曲板中扩展裂纹尖端应力场、塑性区形状和尺寸，加劲桁条中应力分布和劲曲板结构剩余强度的影响，发现双轴载荷比的增大使曲板的曲率增大，明显改变了扩展裂尖处应力分布、塑性区的形状和尺寸，虽可提高起裂名义应力，但却使整个结构的剩余强度明显降低，加劲曲板结构的最终破坏是因蒙皮中裂纹快速失稳扩展所致，而这种失稳扩展是由加劲曲板内侧裂尖局部处材料的塑性垮损开始的。     

交变载荷作用下Ⅰ型裂纹准静态稳定扩展的有限元模拟

本文用二维弹塑性有限元素法分析了交变载荷作用下Ⅰ型裂纹准静态稳定扩展时裂尖前方应力场、应变场的变化和裂纹面的开闭现象;得到了裂纹扩展过程中的闭合应力和张开应力;裂尖塑性区和裂尖反向塑性区与裂纹长度的关系。在文献[1]的基础上,本文分析了扩展裂纹的开闭行为,进而揭示其与静止裂纹的差异。这种差异是由裂纹扩展时残留在裂纹面上的拉伸变形所致。本文详细地讨论了模拟裂纹扩展时,裂尖节点力释放技巧的重要性及其力学意义;并且利用共线双裂纹模型的概念对裂纹闭合现象作了进一步的分析。文中所得到的裂纹扩展时裂尖张开角的结论与文献[2]的实验结果基本一致。     

含裂纹板在冲击载荷作用下的失效准则

研究了含裂纹板在低速率冲击载荷作用下的互型动态起裂问题。分析了裂尖塑性区附近的周向应变，利用裂尖塑性流变模型的概念，建立了一个裂尖计算模型，推导出裂尖张开位移和裂尖塑性区周线上最大周向应变的关系。据此提出最大周向应变理论作为动态起裂准则。通过ＬＹ１２ＣＺ制成的带裂纹试件在ＭＴＳ─８１０试验机上进行冲击拉伸试验，利用数值计算和实验结合的方法，计算了εθ·（ｔ）、ＣＴＯＤ（ｔ）和Ｊｄ（ｔ）随时间的变化曲线，验证了最大周向应变理论作为动态起裂准则的可行性。     

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.     

用云纹干涉法实测复合材料应力强度因子的实验研究

采用实时观测云纹干涉法，测试并研究了正交异性Ⅰ型裂纹的应力强度因子。用三维云纹干涉仪和数字图像采集技术获得了清晰的反映试件裂尖附近全场位移的云纹图，进而推算出应力强度因子。并对贴片云纹干涉法和实时观测云纹干涉法进行比较。     

无限大板椭圆孔的分支裂纹的边界元分析

采用常位移不连续单元和裂尖位移不连续单元构成的边界元方法研究内部压力作用下无限大板中源于椭圆孔的分支裂纹.在该边界元方法的实施过程中,左、右裂尖位移不连续单元分别置于裂纹的左、右裂尖处,而常位移不连续单元则分布于除了裂尖位移不连续单元占据的位置之外的整个裂纹面及其他边界.结果表明,该数值方法对计算无限大板中复杂裂纹的应力强度因子是有效的,可以揭示裂纹体几何对应力强度因子的影响.     

颗粒复合材料微裂纹增韧的数值模拟

将弹性复合材料体中主裂纹尖端划分为3个不同的区域,导出了各个区域的本构模型及饱和区域的范围。在最大饱和区域内,应用Monte-Carlo技术产生均匀分布的微裂纹来表示损伤的各向同性,并采用轮流迭代数值技术来评估主裂纹和微裂纹相互作用。在稀疏微裂纹的假设前提下,忽略微裂纹间的相互作用,主裂纹与每一个微裂纹相互作用的应力强度因子可以叠加。分析了两种荷载源,一个是在无限远荷载作用下主裂纹和微裂纹的相互作用,另一个是伴随着微裂纹面上残余应力的释放主裂纹和微裂纹的相互作用。结果表明,两种荷载源都对主裂纹有屏蔽作用,且主裂尖后的微裂纹有最大的屏蔽作用,主裂尖前的微裂纹没有屏蔽作用。     

刚性-粘弹性界面Ⅲ型裂纹尖端场动态解的研究

建立了刚性－粘弹性材料Ⅲ型界面裂纹动态扩展的力学模型,求得了裂尖应力、应变和位移场分离变量形式的渐近解及其数值结果,在稳态蠕变阶段,弹性变形和粘性变形同时在裂尖场中主导地位,（σ,ε）∝r^-1(n-1);在稳态蠕变出现之前,裂尖场中弹性变形占主导地位,裂尖场为K场;在稳态蠕变结束之后,裂尖场中粘性变形占主导地位,裂纹尖端场解趋于理想材料的情况,应力、应变场不具有奇异性,讨论了材料参数n和M对裂尖场的影响。     

蠕变材料Ⅲ型准静态扩展裂纹尖端场构造分析

采用弹粘塑性力学模型,对蠕变材料中Ⅲ型准静态扩展裂纹尖端场进行了渐近分析.在线性硬化条件下,裂纹尖端的应力和应变场具有相同的幂奇异性,奇异性指数由材料的粘性系数唯一确定.数值计算结果表明,材料的硬化系数主导裂尖场的分区构造,但二次塑性区对裂尖场的影响较小.材料的粘性主导裂纹尖端应力和应变场的强度,同时对裂尖场的构造有一定影响.当硬化系数为零时,裂尖场退化为粘弹性-理想塑性解.     

蠕变材料Ⅲ型准静态扩展裂纹尖场构造分析

采用弹粘塑性力学模型,对蠕变材料中Ⅲ型准静态扩展裂纹尖端场进行了渐近分析.在线性硬化条件下,裂纹尖端的应力和应变场具有相同的幂奇异性,奇异性指数由材料的粘性系数唯一确定.数值计算结果表明,材料的硬化系数主导裂尖场的分区构造,但二次塑性区对裂尖场的影响较小.材料的粘性主导裂纹尖端应力和应变场的强度,同时对裂尖场的构造有一定影响.当硬化系数为零时,裂尖场退化为粘弹性-理想塑性解.     

双材料界面动态扩展裂纹尖端的渐近场

建立了弹性-粘弹性材料Ⅲ型界面裂纹动态扩展的力学模型，求得了裂尖应力、应变和位移场分离变量形式的渐近解及其数值结果。在蠕变变形第二阶段，弹性变形和粘性变形同时在裂尖场中占主导地位，（σ,ε）∝r^-1/(n-1)。讨论了材料参数n和M对裂尖场的影响。数值计算表明：裂尖场受粘弹性材料的粘性指数n的影响较大。