结构钢材基于CTOD的裂纹扩展阻力曲线的低温试验研究

裂纹尖端张开位移(CTOD)是材料断裂分析的重要判据指标。在钢材韧性较好的时候,随着裂纹的扩展,构件的承载力也会有所提高,说明随着裂纹扩展,裂纹尖端的断裂韧度有所升高。裂尖断裂韧度与裂纹扩展量的关系曲线称为裂纹扩展阻力曲线。裂纹扩展阻力曲线反映了构件断裂过程与构件的断裂模式、承载力的有关系。本文根据结构钢材低温断裂试验的结果,分析了常用结构钢材的低温条件下基于CTOD指标的裂纹扩展阻力曲线,试验结果可为钢结构断裂设计提供依据。     

Q460C高强钢材断裂韧性的弹塑性有限元分析

应用ANSYS软件对Q460C高强钢材标准三点弯试样断裂韧性进行弹塑性数值模拟,验证高强钢材常温下的裂纹敏感性。采用实体单元SOLID95计算刀口张开位移、三向应力分布以及裂纹尖端张开位移CTOD值,表明沿试样厚度方向,CTOD值变化较小,靠近裂纹尖端呈三向拉应力状态,偏离尖端一定距离呈复杂的应力状态,且复杂应力较大限制了裂纹尖端的塑性发展;不考虑低温影响因素时,缺陷对Q460C钢材的影响较大,当裂纹塑性发展后,Q460C钢材表现为较大的缺陷敏感性。     

海洋钢结构韧性问题与CTOD试验技术

论述海洋钢结构韧性问题的本质及重要性,介绍CTOD（裂纹尖端张开位移）概念、CTOD试验主要规范,海洋钢结构中若干与CTOD有关的规范,CTOD试验技术在海洋钢结构中的3种主要用途：控制质量、提高生产效率、降低建造成本。     

考虑低温冷脆钢结构构件的实用简化设计方法

在低温下,结构钢材往往在远未达到屈服应力的情况下发生脆性断裂。通过对结构钢构件裂纹尖端张开位移（CTOD）的研究,提出基于CTOD指标的低温下考虑冷脆效应的钢结构构件简化设计方法。该方法属于分级设计方法,以考虑裂纹扩展而提高部分的最大承载能力作为构件的承载力,并研究构件温度和厚度对结构钢材断裂韧性的影响,计算得到各种温度和厚度情况下的强度折减系数,最后给出利用此简化设计方法计算的设计算例。     

铁路钢轨钢材三点弯曲试样的弹塑性有限元分析

对铁路钢轨钢材标准三点弯曲试样的弹塑性断裂性能进行了系统研究与分析。通过有限元计算结果与试验结果进行对比,验证了钢轨钢材的脆性破坏特征。采用普通单元和奇异单元的网格计算应力和位移进行了分析。并对裂纹尖端CTOD值进行了计算分析,CTOD值沿试样厚度方向的变化很小,裂纹尖端始终处于三向拉伸应力状态。而三向拉应力状态将使裂纹尖端处的塑性变形受到很大限制,破坏时的塑性变形很小,更容易发生脆性破坏。     

EH40钢疲劳裂纹扩展速率与裂纹尖端张开位移关系的试验研究

对EH40钢进行疲劳裂纹扩展速率测试试验,测定一系列裂纹尺寸ai及所对应的疲劳荷载次数Ni和裂纹嘴张开位移(CMOD)。通过a-N曲线,运用ORIGIN软件的微分功能得到试样的裂纹扩展速率。通过CMOD与裂纹尖端张开位移(CTOD)的对应关系,得到裂纹扩展过程中的一系列CTOD的值δ。通过数据分析,表明裂纹扩展速率与裂纹尺寸存在指数关系,并与δ存在线性相关。在此基础上,提出新的裂纹扩展速率公式,避免了Paris公式的局限性。     

关于加气混凝土断裂行为的研究

在本研究中对加气混凝土梁在不同初始裂纹相对长度、不同高度以及不同体积比例等情况下的断裂韧性、断裂能以及载荷-裂纹口张开位移-裂纹尖端张开位移-裂纹尖端前沿区若干测点张开位移全曲线进行了系统研究。结果表明，加气混凝土是断裂敏感的，断裂韧性值不决定干初始裂纹长度，对于大尺寸试件，所测断裂能和断裂韧性值符合方程KIC^2=EGF，已成为有效值。     

低温下铁路钢轨钢材的断口与弹塑性断裂韧性分析

青藏铁路的开通使得钢轨钢材在低温环境下的使用愈发广泛起来,其在低温下断裂性能的研究工作重要性也随之凸现。通过对青藏铁路常用的两种钢轨钢材类型U71Mn和U75V制作三点弯曲试样在20、0、-20、-40℃以及-60℃情况下进行试验,并利用断裂力学理论,计算得到了这两种钢轨钢材在不同温度下的裂纹张开位移CTOD与J积分值,并对这两种钢轨钢材在低温下的断裂性能进行了系统总结和分析。对低温条件下钢轨的相关设计人员提供了一定的借鉴作用。     

由裂纹尖端张开位移设计曲线确定X70钢裂纹长度临界值

裂纹长度临界值一直是结构安全性评估的重要指标,确定裂纹长度临界值的传统方法限于线弹性阶段且不适用于力学性能不均匀的焊接接头。在考虑焊接残余应力的情况下,使用有限元软件ANSYS计算出焊接残余应力的数值,依据英国BS 7448规范对X70钢断裂韧度裂纹尖端张开位移(CTOD)值进行测试,进而根据英国PD6493规范导出的CTOD设计曲线,对X70钢在ASME规范的设计应力下贯穿裂纹长度临界值进行确定。这种方法适用于弹塑性情况及力学性能不均匀的焊接接头。CTOD设计曲线在X70钢贯穿裂纹长度临界值中的应用科学严谨,兼顾了安全性与经济性,可供压力容器、管道生产和结构安全性评估时借鉴。     

全焊接管线球形阀体焊缝免焊后热处理安全评估

为了科学有效地评估全焊接管线球阀的安全性,同时为免除焊接接头焊后热处理提供依据,介绍了一种评价全焊接管线球阀焊接接头安全性的方法:裂纹尖端张开位移(CTOD)断裂韧性试验方法。根据试验得到的CTOD值及球阀的相关参数,并采用API Std 1104-2008标准附录A和BS7910所介绍的"焊接结构中缺陷的可接受性评定方法",对焊接接头的安全性进行评估,得出评估曲线及评估点,直观展示评估结果。评估结果对焊接接头免除焊后热处理的可能性提供依据。     

Fatigue Crack Tip Plasticity for Inclined Cracks

The evaluation of the crack tip deformation is essential to the estimation of crack growth under either static or cyclic loading. A 3-D elastic–plastic finite element analysis was developed to simulate the crack tip deformation along mixed mode inclined edge cracks in a steel plate subjected to either monotonic or cyclic loading at selected R-ratios. In this paper, two types of crack configurations were investigated: inclined cracks with equal inclined lengths (EICL) and inclined cracks with equal horizontal projection length (ECHP). The development of the monotonic (Δm) and cyclic (Δc) crack tip plastically zones and the monotonic (CTOD) and cyclic (ΔCTOD) crack tip opening displacements were traced to find the effect of the crack inclination angle, which significantly affected the size and shape of the crack tip plastic zone. The finite element results compared well with the analytical results based on modified Dugdale’s model. It was observed that Mode II has a significant effect on the plastic zone in the case of equal inclined crack length (EICL), i.e., Mode II increases as the crack angle decreases. Also, it is interesting to note that for the EICL case, the magnitude of Δc is delayed to appear with decreasing the inclination angle, for example, for θ?=?90° the cyclic plastic zone appeared at Δσ?=?103.32 MPa, while for θ?=?45° the cyclic plastic zone appeared at Δσ?=?132.84 MPa. Whereas, the variation of monotonic and cyclic plastic zone size in the equal crack horizontal projection (ECHP) case is not affected by the crack inclination angle. Furthermore, it was observed that the static crack tip opening displacement (CTOD) and the cyclic (ΔCTOD) are independent of the crack inclination angle in case of ECHP, due to such cracks take into consideration the effect of inclination angle through its length.     

活性粉末混凝土的断裂性能研究

在活性粉末混凝土缺口梁断裂试验的基础上,分析了荷载作用下活性粉末混凝土的裂纹产生以及裂纹扩展直到破坏的机理,给出了描述活性粉末混凝土断裂特征的稳定断裂韧度和临界裂缝尖端张开位移两个基本参数。     

电热熔渣焊接瑕疵于钢骨箱型柱板破裂的有限元素分析

为探讨焊接瑕疵对于钢骨箱型柱板破裂行为的影响,本文采有限元素分析,根据裂缝尖端开口位移、应力三轴度与破裂指数等行为指标,来评估柱板破裂的可能性。有限元素模型参数分析结果显示,侧垫板间隙与钢梁相对于电热熔渣焊道的偏心等参数对于箱型柱板破裂的影响较小;然而由于电热熔渣焊道的偏心,即使侧垫板与柱板间隙处的电热熔渣焊熔接线至内横隔板的一个较小的距离,也将产生较大的裂缝尖端开口位移、应力三轴度与破裂指数,因而可能造成柱板的破裂。     

高性能矿物掺和料对砂浆断裂脆性影响的研究

用三点弯曲法研究了不同种类和掺量的矿物掺和料对砂浆断裂脆性的影响.通过对断裂韧度(K1C)、断裂能(GF)和裂缝尖端部开口位移(CTOD)等断裂参数的测定,发现矿物掺和料具有提高砂浆断裂韧性和断裂能的作用,并能大幅增加砂浆的CTOD值;40%(质量分数)的掺和料取代量对于砂浆断裂韧性和断裂能具有最显著的提高作用.     

地下结构大开洞楼板的受力分析

采用壳元及梁元相结合的有限元模型,通过对是否开洞以及有无水平荷载等不同情况下的典型楼板进行比较分析,探讨水平与竖向荷载共同作用的地下结构大开洞楼板的力学特性。分析结果表明,与常规仅承受竖向荷载作用下的楼板不同,当有水平荷载作用时,大开洞楼板在靠洞边一定区域内的板面及相关梁内会产生较大的面内水平位移及拉力。在设计地下结构大开洞楼板时应考虑平面内拉力和平面外弯矩的共同作用。     

双参数模型法研究早龄期混凝土的断裂性能

本试验采用了RILEM推荐的“双参数模型”(TPM)(RILEM Technical Committee 89-FMT)研究了早龄期混凝土的临界应力集中因子KIC^3和临界裂缝尖端开口位移CTOD这两个断裂参数。试验同时采用普通混凝土和高强混凝土作为试验对象，取4根同一龄期的混凝土用于试验。试验龄期为12小时，1天，2天，3天，7天和28天。试验结果表明两参数值随水化的进行增大，相对于成熟混凝土来说，早龄期混凝土的这两个参数值比较低；在同一龄期，高强混凝土的这两个参数值要比普通混凝土的对应值高；从试验中还可以看出混凝土的断裂参数与强度有相类似的发展规律，可以作为材料的性能指标，用于表征混凝土的阻裂能力。