考虑长轴方向相邻裂纹影响的双向间隔诱导缝等效强度模型

基于应力强度因子手册中数值计算结果对长轴方向相邻裂纹影响进行了研究,得到了长轴方向相邻裂纹影响系数公式,将该公式运用到诱导缝等效强度模型中,得到分别基于有效裂纹扩展量和尺寸效应公式且考虑长轴方向相邻裂纹影响的诱导缝等效强度计算公式。算例表明基于有效裂纹扩展量的等效强度模型中抛物线模型计算结果最为合理。     

基于有效裂纹扩展量的不同形式诱导缝等效强度模型对比研究

用失稳断裂韧度对混凝土裂纹亚临界扩展量进行了分析.得到了反映实际规律且具有实际物理意义的有效裂纹扩展量公式,将该公式运用到单向间隔和双向间隔两种不同形式诱导缝等效强度公式中,得到了变化后的单向间隔和双向间隔诱导缝的等效强度公式.通过两种诱导缝的等效强度随诱导缝中心间距的变化曲线比较了两种诱导缝的优劣,得到双向间隔诱导缝...     

考虑尺寸、边界效应和裂纹扩展的单向间隔诱导缝等效强度模型

对失稳断裂韧度的尺寸、边界效应及有效裂纹扩展量开展深入探讨,研究不同尺寸非标准试件之间的失稳断裂韧度尺寸、边界效应和反映实际规律且具有实际物理意义的有效裂纹扩展量,基于上述讨论,建立考虑上述影响因素的单向间隔诱导缝等效强度模型,同试验结果对比发现,模型具有较好精度,可作为大体积混凝土单向间隔诱导缝等效强度的推荐公式.     

碾压混凝土拱坝诱导缝开裂的等效应力准则研究

通过多组不同削弱度的深埋椭圆裂缝、深埋矩形裂缝、穿透裂缝三种形式的碾压混凝土试件单轴拉伸试验结果,建立深埋矩形裂缝碾压混凝土试件的应力强度因子的近似解析表达式,考虑尺寸效应得到碾压混凝土材料的断裂韧度。根据碾压混凝土拱坝诱导缝构造特点,分别将矩形诱导缝简化为修正穿透裂缝模型和修正深埋椭圆裂缝模型,假定为I型开裂,考虑相邻裂缝的影响,采用虚拟裂缝模型和线弹性断裂力学相结合的方法建立裂缝失稳扩展时的亚临界扩展量和等效断裂韧度的解析表达式,应用双K断裂准则,建立碾压混凝土拱坝诱导缝开裂的等效应力准则。并将此结果应用到三维非线性应力场仿真计算中,对沙牌碾压混凝土拱坝进行非线性开裂计算分析。     

灰岩平板试件变形破坏过程的实验观测研究

利用扫描电镜实时观测系统,研究了带预制割缝灰岩平板试件受单轴压缩时微裂纹的萌生、扩展和连通过程。实验所用灰岩平板试件尺寸为25 mm×13 mm×1.1 mm,试件中心预制一直径为3.0 mm的圆孔或一长轴与外载方向成不同角度(30°,45°或60°)的割缝,割缝长约6 mm,宽约1 mm。在扫描电镜的观察下,灰岩试样受到准静态单轴压缩。用照相的方法记录了试件受力产生变形和微裂纹扩展过程中的表面图像。将实验观测的微裂纹扩展结果与大理岩和砂岩中的裂纹扩展过程进行对比,发现次生裂纹的萌生部位与大理岩和砂岩中比较一致,但灰岩中的裂纹发育较单一。用NOLM程序中的低抗拉应变软化本构模型对实验结果进行了有限元模拟计算,将计算结果与实验观测结果进行对比,两者吻合较好。     

碾压混凝土诱导缝断裂性能试验分析

针对多种因素可能对诱导缝开裂产生的影响,进行了碾压混凝土单向间隔诱导缝和双向间隔诱导缝轴拉试验.通过对试验结果进行分析,得到了诱导缝等效强度与诱导片数量及削弱度的关系.通过荷载位移和荷载应变曲线对碾压混凝土诱导缝断裂扩展规律进行了分析,得到了诱导缝由起裂向稳定扩展临界荷载在最大荷载的50%～60%之间等结论.     

碳纤维复材加固钢板表面裂纹疲劳扩展研究

提出半椭圆表面裂纹疲劳扩展的一种有限元计算方法,该方法利用有限元软件计算裂纹前缘应力强度因子,采用Paris公式预测裂纹扩展量,通过有限元网格的自动重构来模拟分析表面裂纹的疲劳扩展过程。以中心表面裂纹钢板为研究对象,验证了所提方法的有效性和可行性,在此基础上,对常幅疲劳荷载作用下碳纤维复材(CFRP)加固钢板的表面裂纹扩展特性及疲劳寿命预测进行了研究。研究结果表明:CFRP加固能有效降低表面裂纹的扩展速率,长度方向由于直接受到CFRP的约束作用扩展速率降幅更大;裂纹形状比对CFRP加固效果影响较大,形状扁平的表面裂纹的疲劳寿命提升效果更好;加固后裂纹形状比相对加固前有所增大,增幅与其初始裂纹尺寸有关。     

节理介质断裂控制爆破裂纹扩展的动焦散 试验研究

为研究闭合和张开节理对切缝药包断裂控制爆破裂纹扩展规律的影响和裂纹扩展机制,采用有机玻璃模型,用切缝药包形成初始裂纹,进行爆炸加载下透射式动焦散试验.试验结果表明:2种节理对裂纹扩展影响都很大,初始裂纹都没穿过节理,但在节理两端产生翼裂纹,翼裂纹基本沿原爆生裂纹方向继续扩展;在张开型节理试验中,切缝药包爆炸后25 μs时节理两端出现焦散斑,2条翼裂纹最长只有2.5 cm;闭合型节理则在1 μs时产生焦散斑,比张开型产生的时间早了24 μs,翼裂纹最长达5.6 cm.2种试验中翼裂纹尖端复合动态应力强度因子呈由小变大再变小振荡变化的趋势,初始阶段动态应力强度因子低于,闭合型应力强度因子峰值为1.72 MN/m3/2,大于张开型峰值1.28 MN/m3/2.研究结果可为节理岩体定向断裂控制爆破提供理论依据.     

改进的翼形裂纹分析计算模型

1　引　　言　 翼形裂纹是受压缩载荷岩体的断裂破坏分析中常见的一种裂纹模型。判断翼形裂纹是否扩展 ,扩展路径如何 ,岩体是否失稳破坏 ,都涉及到翼形裂纹的应力强度因子计算。岩石类材料通常在压缩载荷作用下工作 ,其中的裂纹面可能发生闭合 ,这与金属断裂研究中裂纹张开型或张剪复合型断裂分析有较大的区别。本文在总结已有翼形裂纹计算模型的基础上 ,提出了一个新的、改进的翼形裂纹分析模型。与其它裂纹模型应力强度因子近似计算公式相比 ,本文模型精度较高 ,更为合理。2　已有翼形裂纹模型如图 1所示的受压缩载荷作用下的翼形裂纹岩体的断裂分析 ,许多学者进行过研究。Ｈｏｒｉｉ和Ｎｅｍａｔ -Ｎａｓｓｅｒ[1     

基于SBFEM任意角度混合型裂纹断裂能计算的J积分方法研究

混合型裂纹断裂能(GF)是裂纹扩展的判据之一,是裂纹扩展方向分析的基础。以往平面问题断裂能J积分方法的研究只是局限于Ⅰ型或是Ⅱ型,裂纹方向为水平方向。推导了Ⅰ-Ⅱ混合型裂纹任意角度时线弹性材料J积分与应力强度因子(SIF)K之间的关系,提出将比例边界有限元法(SBFEM)用于J积分的求解。在数值计算中,通过用SBFEM、有限元法(FEM)和用推导公式计算J积分的对比,验证推导公式的正确性,同时也说明SBFEM计算J积分是精确的、方便的。根据数值计算的结果,对计算边界与裂纹的距离、计算单元的尺寸以及积分路径等诸因素对精度的影响进行一定分析。     

混凝土骨料影响下裂纹扩展特性的解析计算研究

混凝土骨料-浆体界面是局部裂纹等伤损的多发部位。为探究混凝土骨料影响下裂纹的扩展特性，基于弹性力学复变函数理论，提出骨料影响下裂纹尖端应力强度因子的解析计算方法；建立混凝土多尺度有限元模型并开展了现场试验，对比验证解析解的准确性；基于解析法分析了骨料位置、粒径及外部荷载等因素对应力强度因子及扩展角的影响规律。结果表明，经由解析法、有限元模型与试验结果反映出的裂纹扩展表现为相同的趋势；骨料与裂纹尖端的方位角大于45°时，骨料粒径越大，越加剧裂纹的Ⅰ型扩展，但能减轻Ⅱ型扩展；裂纹扩展在骨料半径为裂纹长半轴2倍、骨料位于裂纹尖端正上方、裂纹尖端与骨料边界重合时达到最不利状态，此时Ⅰ型应力强度因子为未考虑骨料时的1.35倍；裂纹呈偏于骨料方向扩展；当骨料位于裂纹尖端正上方，若荷载角度小于22.5°,骨料位置对裂纹扩展角影响较大；荷载角度为0°、裂纹尖端与骨料边界重合时，裂纹扩展指向骨料中心；若裂纹尖端与骨料边界不重合，扩展角在荷载角度为22.5°时达到最大值60°。     

受单轴压缩大理岩填充割缝周围的微裂纹生长

在扫描电镜实时观测下,进行了受单轴压缩大理岩填充割缝周围的微裂纹生长的实验观测研究。实验所用岩石材料为房山大理岩,试件为平板状,中心予制穿透试件的割缝,用水泥砂浆充填,割缝的长轴与外加单轴压缩方向分别成30°,45°和60°夹角。对试件中填充割缝周围的微裂纹的萌生、扩展连通和闭合等过程进行了显微照相及分析,结果表明,微裂纹首先呈剪切破裂带状发育,随外载的增加而连通形成断裂带。将实验结果与以往未填充割缝实验结果对比发现:割缝填充后微裂纹萌生所需的载荷水平明显提高;同时,微裂纹的起裂点向割缝端部移动,微裂纹的多重发育也更加明显。     

高耸结构风振疲劳的随机裂纹扩展分析

采用随机裂纹扩展模型对高耸结构的风振疲劳问题进行分析,同时考虑平均风速的概率分布和时间相关性对裂纹扩展的影响,用ZMNL法模拟相关的平均风速时程样本,根据Monte-Carlo法得出裂纹长度的概率分布.推导出计算裂纹长度和疲劳寿命的二次矩近似法公式,用对数正态模型近似计算其概率分布.通过对一单杆输电塔的计算,证明上述方法的可行性,并对时间相关性对裂纹扩展的影响进行分析.     

交叉型裂纹扩展的近场动力学分析

为了研究交叉型裂纹的扩展模式及主次裂纹长度比值对裂纹扩展模式的影响,基于近场动力学(peridynamics,PD)理论建立模型,在本构方程中引入长程力作用,采用体积修正提高计算精度。基于该数学模型编写Fortran程序对含交叉型裂纹二维板的裂纹扩展进行数值模拟。以T形交叉型裂纹为例,分析拉伸载荷作用下主次裂纹长度比值对裂纹扩展的影响,计算无量纲应力强度因子并与解析解进行对比。结果表明:近场动力学方法可以很好地对T形裂纹的结构裂纹扩展进行模拟;主次裂纹长度比值增大,裂纹扩展速率有减小的趋势,并且由次裂纹引发的裂纹扩展夹角有增大的趋势。     

类岩石材料微裂纹损伤模型分析

本文建立了压缩荷载作用下类岩石材料的二维和轴对称微裂纹损伤的有效场模型及三维微裂纹损伤的Ｔａｙｌｏｒ模型,分析了微裂纹随外加应力而发生扩展的运动过程,根据扭折型裂纹模型建立限损伤柔度的求解公式,并给出了算例。二维模型和轴对称模型的数值模拟结果表明本文提出的有效场模型的计算结果介于Ｔａｙｌｏｒ模型和自洽模型的计算结果之间,与实验结果具有良好的一致性。三维模型的数值模拟结果则表明中主应力对类岩石材料的     

城市区域调峰天然气球罐复合型裂纹扩展影响因素分析

本文以某燃气企业区域调峰天然气球罐为例,针对开罐检测发现的裂纹扩展的问题,基于断裂力学基本理论,分析裂纹扩展作用机理,从Ⅰ型、Ⅱ型裂纹应力强度因子计算方法入手,利用叠加原理得出了Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹应力强度因子计算方法。应用该计算方法分析了裂纹扩展的影响因素,结果表明：初始裂纹尺寸和运行压力为主要影响因素。该计算方法提供了一种预测调峰天然气球罐裂纹扩展的分析方法。     

存在裂纹的压力容器疲劳断裂分析

为了分析工程中常见的破坏性极大的压力容器疲劳问题,基于断裂力学理论将存在初始裂纹的压力容器等效为无穷远处作用均匀拉应力的含中心裂纹无限大板问题,解出表面半椭圆裂纹和穿透裂纹的应力强度因子;利用断裂判据得到裂纹的临界断裂尺寸;采用Paris表达式对裂纹扩展速率进行描述,推导出初始裂纹在不同裂纹尺寸和形式下的裂纹疲劳扩展寿命。结果表明,对于存在不同尺寸和形式裂纹的压力容器,其疲劳寿命可以由裂纹疲劳扩展寿命明确表示,并且为现役压力容器的安全评定提供一定的理论依据。     

岩石裂纹扩展诱发的强度弱化模型研究

岩石应力应变本构关系对于判断岩石强度、变形力学特性有着重要的意义,细观裂纹对岩石力学特性又有着重要的影响。基于细观裂纹扩展模型,将裂纹角度影响引入模型,并结合宏细观损伤定义联系,建立了一个考虑裂纹角度影响的轴向应力应变本构模型,并解释了围压与轴向应变本构关系,分析了裂纹贯通与岩石失效极限应变之间的联系,然后将该本构模型,与常规压缩试验与循环加卸载试验对比分析得到的试验规律相结合,提出了一个岩石内部裂纹扩展、变形损伤作用下岩石压缩强度弱化模型。并通过将不同围压下的裂纹启裂应力试验值和理论公式相结合,预测了模型中难以试验直接获取的关键参数μ,a,β,φ。其中初始裂纹尺寸a与裂纹角度φ,是由真实岩石中随机分布裂纹尺寸、角度平均化思维获取。随着裂纹扩展或应变增加,岩石压缩强度开始保持不变,当岩石达到一定损伤后不断降低。该强度弱化模型的应用,为地下工程围岩稳定性评价提供了一个重要的理论支持。     

点腐蚀裂纹的应力强度因子分析

由点腐蚀诱发的裂纹分为穿透型裂纹和表面型裂纹两种形式,通过半解析半数值方法,分别给出两种裂纹形式的应力强度因子表达式。对于穿透型裂纹,其应力强度因子表达式基于有限宽板上的圆孔周界散射出的裂纹的应力强度因子推导得到,并采用有限元方法进行验证,验证结果表明表达式与有限元方法吻合良好;对于表面型裂纹,首先采用有限元方法进行系列计算,根据计算结果进行回归分析并得到应力强度因子的回归公式,然后对回归公式进行显著性检验,检验结果表明回归公式是显著成立的。     

碾压混凝土穿透型和边缘型诱导缝等效强度的试验研究

为了研究拱坝诱导缝强度特性,在两种尺寸的碾压混凝土长方体试件内埋设了相同削弱度的一片、两片穿透型诱导缝板和边缘型诱导板。对其进行的轴拉试验表明,在削弱度不变的情况下,诱导缝布置由一片改为两片对削弱断面的强度起到了很大的作用,如对于削弱度为0．342的试件,等效强度最大降低了36．5％。在相同尺寸和削弱度下,增大两片缝的间距,对降低等效强度也有很大的作用：当缝距b／a从2．69降低到1．92时,等效强度最大降低了26．5％。并给出了大型试件两块诱导片间距对等效强度的影响公式。这一实验结果表明实际大坝中合理布置诱导缝比单纯增加削弱度对降低诱导缝等效强度更有效。最后结合实际拱坝研究了边缘型诱导缝对断面强度的削弱作用,指出其等效强度随削弱度的变化是一凹曲线。