I-II-III复合型裂缝应力强度因子与能量释放率的关系

基于断裂力学理论,应用复合型断裂判据中的最大周向应力判据和最大拉应变判据,以单一型裂缝应力强度因子K与能量释放率G的关系为基础,推导出I-II-III复合型裂缝应力强度因子K_I、K_II、K_III与能量释放率G_I-II-III关系公式;并应用有限元软件进行I-II-III复合型裂缝的有限元模拟,模拟值与理论值之间相差为1.14%,拟合良好,分析验证了复合型裂缝应力强度因子K_I、K_II、K_III与能量释放率G_I-II-III关系公式的合理性。     

平面复合型疲劳裂纹扩展问题

本文要解决的是平面复合型疲劳裂纹扩展方向以及疲劳寿命的预测问题。主要内容如下: 1.提出“等双剪应力线上δθmax平面复合型裂纹开裂判据”。与其它判据相比较;本判据所预测的裂纹开裂方向更接近于疲劳裂纹扩展试验的结果。 2.文中指出:是Z形裂纹的分支方向,而不是其主裂纹方向,在Z形裂纹的K_Ⅰ,K_Ⅱ值中起着支配性的作用。接着提出二个计算Z形裂纹应力强度因子的近似方法。 3.为预测复合型疲劳裂纹扩展的寿命,文中提出了一个新的裂纹扩展速率表达式,即折合张应力强度因子指数公式。此式所预测的寿命较接近于实验值。 最后,还讨论了应用主应力强度因子K~*,应变能释放率G,应变能密度因子S,预测复合型疲劳裂纹扩展的寿命问题。     

KⅠ和KⅡ等值条件下Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的边翼分叉和偏折

利用奇异应力边界多裂纹开裂的几何模型,研究了应力强度因子K_Ⅰ和K_Ⅱ等值情况下的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹复杂开裂行为,给出了边翼分叉开裂和折裂对应的能量释放率、能量型开裂驱动力、临界开裂角或临界应力强度因子。通过此方法预计的临界折裂角理论值与已有的文献中2024-T3铝合金试样实验值吻合,与En3B低碳钢和一定条件下的铝试样最大偏差为8.9%。     

用J积分计算单边裂纹梁四点复合型加载时的K_Ⅰ和K_Ⅱ

本文用分解J积分为对称部分J_Ⅰ和反对称部分J_Ⅱ的方法,计算了四点复合型加载时单边裂纹梁的应力强度因子K_Ⅰ和K_Ⅱ,而J积分则通过有限元计算获得。与边界配位法所得结果的比较表明,分解J积分法是一种计算复合型应力强度因子的有效方法。计算结果还表明,四点复合型果的应因子K_Ⅰ和K_Ⅱ基本不受复合程度的影响,可以分别按弯矩和剪力进行算,并且建议了K_Ⅰ和K_Ⅱ的K程计算表式式。     

沥青混合料Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝的有限元分析

利用有限元程序对带预切裂缝的沥青混合料SCB试件进行数值分析,结合断裂力学理论,提出了平面复合型裂缝缝尖应力强度因子Ⅰ,Ⅱ的计算方法及计算公式;分析了平面复合型裂缝缝尖应力强度因子Ⅰ,Ⅱ的影响因素,并拟合出各种角度的裂缝缝尖应力强度因子计算公式;针对裂缝缝嘴及裂缝面的变形情况进行了分析,提出缝尖张开角的计算公式;最后就裂缝塑性区的求解方法进行了初步探讨,并依据裂缝塑区提出了求解裂缝扩展角的一种直观形象方法.     

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。     

正交各向异性板复合型裂纹能量释放率分析法

将Palan iswamy能量释放率准则推广到各向异性材料,即认为裂纹沿着最大能量释放率的方向扩展.通过计算支裂纹尖端的应力强度因子得到主裂纹尖端的能量释放率,分析了正交各向异性板I-II复合型裂纹的断裂方向角与KⅠ/KⅡ之间的关系.计算结果表明:随着KⅠ/KⅡ增大,断裂方向角θ减小.当K/K大于7时,θ小于3°,基本上沿裂纹面扩展;当θ等于15°时,KⅠ/KⅡ等于0.894 9,KⅡ的影响已经超过KⅠ的影响;当θ大于35°时,KⅠ/KⅡ,这时基本上为Ⅱ型裂纹.     

梯度功能材料的断裂准则

基于断裂力学的能量释放率理论 ,研究了平面应变条件下梯度功能材料的Ⅰ ,Ⅱ型复合裂纹问题 .讨论了裂纹尖端附近的应力场和应力强度因子 ,建立了具有一般性的梯度功能材料的断裂准则即能量释放率判据 .     

单参数面积法—对应力强度因子的光弹性测试探讨

本文提出光弹性测定应力强度因子的单参数面积法,其特点是测取裂纹尖端等色线所包围的面积,并以此为参数来确定应力强度因子。用本公式计算K_Ⅰ,数据比较稳定,最大偏差在6％以内。用同样的原理也可以测混合型应力强度因子(K_Ⅰ—KⅡ)。     

梯度功能材料的断裂准则

基于断裂力学的能量释放率理论，研究了平面应变条件下梯度功能材料的Ⅰ，Ⅱ型复合裂纹问题．讨论了裂纹尖端附近的应力场和应力强度因子，建立了具有一般性的梯度功能材料的断裂准则即能量释放率判据．     

KI和KII等值条件下I-II复合型裂纹的边翼分叉和偏折

利用奇异应力边界多裂纹开裂的几何模型,研究了应力强度因子KⅠ和KⅡ等值情况下的I-II复合型裂纹复杂开裂行为,给出了边翼分叉开裂和折裂对应的能量释放率、能量型开裂驱动力、临界开裂角或临界应力强度因子。通过本文的方法预计的临界折裂角理论值与已有的文献中2024-T3铝合金试样实验值吻合,与En3B低碳钢和一定条件下的铝试样最大偏差为8.9%。     

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。     

MCTS试件的三维有限元计算断裂分析

为了探讨三维复合型断裂问题,采用ANSYS软件对一种带有倾斜裂纹面的修正紧凑拉剪(MCTS)试件进行了三维断裂有限元分析,并应用修正的虚拟裂纹闭合积分方法(MVCCI),对三维裂纹试件的应力强度因子进行了计算.研究结果表明:该MCTS试件在Ⅰ型、Ⅱ型及Ⅰ+Ⅱ复合型(加载角为45°)加载条件下均产生了Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ复合型断裂...     

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.     

关于各向异性纤维复合材料板Ⅲ型，混合型裂纹尖端的应变能释放率

研究各向异性纤维复合材料板的断裂问题．首先给出了Ⅰ、Ⅱ混合型，Ⅲ型裂纹尖端的应力与位移公式的极坐标形式．其次将应力与位移代入应变能释放率的基本公式，推出了Ⅰ、Ⅱ混合型，Ⅲ型以及Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ混合型裂纹尖端应变能释放率的具体计算公式。     

Ⅰ-Ⅱ型裂纹发展的剪应力准则研究

将Ⅰ-Ⅱ型裂纹表面的剪应力引入裂尖应力强度因子的计算,获得了含中心闭合裂纹在不同裂纹长度、倾角以及摩擦系数下裂纹尖端的应力强度因子值。引入等径向剪应力线τrθ这一概念,在预测裂纹发生临界扩展时提出以下两个假设：闭合裂纹将沿着等τrθ线上双剪应力和最小的方向扩展;裂纹尖端的应力强度因子KⅡ达到材料的临界值KⅡc,裂纹将开始扩展;建立了Ⅰ-Ⅱ型闭合裂纹的剪应力准则。利用所建立的断裂判据计算求得的临界起裂角鼠与各种经典复合型断裂准则计算裂纹起裂角的结果较为接近,将其应用于Ⅰ-Ⅱ型裂纹的断裂判定是安全的。     

T应力对线弹性材料脆性断裂的影响

在考虑裂纹尖端应力场常数项T应力的基础上对传统的最小应变能密度因子准则(minimumstrain energy density criterion,SED)进行修正,应用修正的最小应变能因子准则对Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅰ-Ⅱ复合型脆性断裂问题分别进行研究,分析T应力对裂纹扩展方向和断裂时刻应力强度因子的影响并给出不同T应力条件下的通用的Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹扩展条件,并将预测结果与现有的试验数据进行比较。分析表明,T应力对于Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅰ-Ⅱ复合型断裂均有显著影响,考虑T应力的SED预测结果和试验结果吻合很好。     

复杂应力状态下TBM刀盘裂纹应力强度因子分析

为了预测全断面岩石掘进机(tunnel boring machine,TBM)刀盘的疲劳寿命,本文对其裂纹尖端的应力强度因子进行了研究。以某水利工程的刀盘为研究对象,采用基于子模型技术的有限元法分析复杂应力状态下刀盘裂纹的应力强度因子,并给出了不同裂纹参数对应力强度因子的影响规律,为刀盘裂纹扩展寿命的预测提供输入条件。分析表明,当裂纹位置角为45°或135°时,裂纹尖端的等效应力强度因子最大,对结构损伤最严重;形状比对K_Ⅰ值影响最显著,形状比越大,尖端K_Ⅰ值相差越大,在深度方向的扩展趋势也越强;K_Ⅰ、K_Ⅱ及K_Ⅲ值均随裂纹深度的增加而增大,裂纹尖端最深处以张开型扩展形式为主,而表面点则是3种开裂形式并存。     

应用叠加原理和对称—反对称原理计算正交各向异性板Griffith裂纹的应力强度因子K_Ⅰ~*K_Ⅱ~*

本文给出了正交各向异性弹性板中裂纹的应力强度因子可以应用叠加原理来计算的证明,也提出了关于Griffith裂纹顶端应力强度因子的对称——反对称原理;并应用这两个原理计算了二十多种载荷情形的正交各向异性板中Griffith裂纹的K_Ⅰ~*、K_Ⅱ~*,且列表给出了便于应用的公式。     

Ⅰ型类中央双裂纹椭圆形截面管环向裂纹应力强度因子

应力强度因子是断裂力学中一个重要的参量。基于虚功原理和材料力学基本理论,利用裂纹张开能量释放率建立了拉伸作用下双裂纹椭圆形截面管环向裂纹应力强度因子的确定方法,给出了椭圆形截面管裂纹张开能量释放率的G*-积分表征,得出了截面管环向裂纹应力强度因子的具体表达式。同时也确定了G*-积分与载荷、物体几何尺寸以及材料机械性能参数之间的关系。通过将其结果与有限元分析所得结果的比较,表明该方法是可靠和方便的。