高强度钢随机载荷下裂纹扩展模型

工程结构在全寿命周期内大多都承受随机载荷作用,随机载荷中载荷顺序对裂纹扩展有显著影响．用基于裂纹闭合现象的裂纹扩展模型依次模拟恒幅载荷、过载峰及随机载荷作用下的疲劳裂纹扩展．通过裂纹张开应力反映裂纹闭合效应,将Paris公式计算疲劳裂纹扩展,将有效应力强度因子范围代入Paris公式中计算,并用高强度钢程序块载荷下疲劳实验结果与计算结果比较．结果证明,基于裂纹闭合现象的裂纹扩展模型能很好地模拟随机载荷下的疲劳裂纹扩展,理论计算结果与试验结果相吻合,具有工程实用价值．     

复合材料桥连的裂纹动力学模型问题的解

为了更好地对复合材料产生裂纹后在纤维处形成的“桥连”进行研究,建立一种桥连动力学模型,并对其动力学问题进行了研究．将桥连处用载荷代替,当裂纹扩展时,纤维也连续开裂．求得了正交异性体中扩展裂纹在坐标原点分别受到运动阶跃载荷、常数运动载荷作用的解析解,并通过迭加最终求得了该模型的解．     

交变拉伸与横向弯曲复合载荷作用下的裂纹疲劳扩展试验研究

利用了特制加载架,实验研究了在轴向交变拉伸与横向弯曲复合载荷作用下的裂纹疲劳扩展规律,提出对这类受载构件疲劳强度的简单且安全的处理力法。然后提出了在这种载荷作用下的裂纹疲劳扩展速率(da)/(dN)公式,即。在考虑拉伸载荷的比值时,建议用下式,即做为对Forman公式在该情况下的扩充。     

玻璃纤维铝合金层板(FMLs)的疲劳损伤特性及S-N曲线

根据国内外标准和参考文献,针对玻璃纤维增强铝合金层板(FMLs)的特点设计出FMLs疲劳试验件,进行了不同载荷下的R=0.1等幅拉-拉疲劳试验。疲劳试验过程中FMLs最先在表面铝层内出现裂纹,随后表面铝层可见多条裂纹。随着循环载荷数的增加,裂纹不断扩展,并在界面出现分层现象,然后分层损伤快速扩展直至完全断裂破坏。测得了FMLs的疲劳裂纹起裂寿命和裂纹扩展寿命,给出了其疲劳寿命的规律性。得到了FMLs和同样厚度碳纤维复合材料CCF300的S-N曲线,并进行了对比。FMLs的疲劳寿命随载荷变化平缓,近似成对数趋势;在载荷大于400 MPa时FMLs的疲劳寿命与CCF300碳纤维复合材料层板相当;当疲劳载荷最大值低于300 MPa,FMLs的疲劳寿命比CCF300复材板要低。为飞机结构设计师们提供了材料基础性能和信息。     

铸铁断裂机理原位拉伸研究

用SEM原位拉伸实验对不同缺口的灰铸铁试件的断裂过程做了详细研究和分析．研究结果表明，铸铁的断裂与钢的脆性解理断裂不同．铸铁试件的断裂过程与预缺口的形态有关；在载荷很小时产生微裂纹，随着载荷的增加，微裂纹扩展，微裂纹扩展的同时产生大量新的微裂纹，直至各裂纹连接使试件整体断裂．     

基于扩展有限元研究非均质材料的应力强度因子

用含裂纹尖端增强函数的扩展有限元借助相互作用积分,研究静态载荷作用下颗粒增强复合材料的断裂行为。假定基体和颗粒都是弹性材料,研究不同颗粒位置对基体裂纹尖端的应力强度因子的影响。用MATLAB编程,数值模拟了中心裂纹,单边裂纹扩展和孔边裂纹扩展,含刚性颗粒和柔性颗粒时裂纹尖端不同的应力强度因子或能量释放率的变化。     

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。     

计及板厚腐蚀的半潜式平台疲劳裂纹扩展评估

针对半潜式平台疲劳裂纹剩余扩展寿命的计算和预测问题,本文在计及板厚腐蚀的前提下,针对半潜式平台立柱与横撑连接部位的疲劳裂纹进行扩展评估。依照规范选取合适板厚减小系数,利用指数速率模型计算板厚20 a后的腐蚀余量,输入剩余板厚尺寸进行结构整体和局部的响应分析。利用波浪散布数据与传递函数获得离散化的随机疲劳载荷,应用裂纹扩展率单一曲线模型进行裂纹扩展计算,在扩展循环中加入失效评估图FAD进行安全评估,计算得出的裂纹临界尺寸与寿命均比完整板厚下的数值小,而应用单一恒定幅值载荷加载的裂纹扩展寿命比离散化随机载荷加载的数值小。结果表明:在海洋平台结构响应分析中计入板厚腐蚀的影响,利用离散化方式处理随机疲劳载荷与应用FAD进行裂纹扩展安全评估,能提高评估过程及计算结果的合理性。     

Ⅰ-Ⅱ复合型疲劳裂纹扩展门槛条件的实验研究

本文研究三种金属材料在Ⅰ-Ⅱ复合加载条件下疲劳裂纹扩展的门槛条件。应用切口试样和预裂试样测试了疲劳裂纹扩展的门槛值和破坏曲线,并对实验结果同其他实验和理论准则进行了对比,论证了在Ⅰ-Ⅱ复合载荷条件下可将切口试样的破坏曲线作为工程设计的依据。     

HY-130钢J-R曲线特性的研究

本文分析了具有同样厚度不同宽度的带侧槽(side groove)HY-130钢三点弯曲深切口(deep notch)试样的J-R曲线(即J-△α曲线)的特性。发现当裂纹在有限载荷下扩展相同长度时,愈宽的试样的J积分值较小。认为这种现象与裂纹尖端塑性区尺寸有着密切的关系。     

爆炸载荷下邻近巷道围岩平行裂纹扩展规律试验研究

爆炸载荷下邻近巷道围岩的破坏往往表现为围岩裂纹扩展贯穿,为了更深入地了解爆炸载荷下邻近巷道围岩原有裂纹的扩展贯穿机制,以便提出有针对性的围岩防护措施,采用数字激光动态焦散线试验系统,详细研究了两平行裂纹的贯穿过程。结果表明:爆源、巷道自由面以及原有裂纹间的相互作用是影响裂纹扩展贯穿过程的主要因素,爆炸载荷下邻近巷道围岩裂纹扩展主要包括爆生主裂纹与原有裂纹的扩展贯穿以及原有裂纹间的扩展贯穿,且在贯穿过程中伴随有能量的传递;爆炸载荷下,爆源处诱发爆生主裂纹与相距较近的围岩原有裂纹贯穿,并继续沿原爆生主裂纹扩展方向,即炮孔径向扩展,形成爆炸能量释放的主线,其他薄弱区域能量释放明显被削弱;当原有两裂纹邻近尖端存在相互影响区时,距离爆源较远的原有裂纹翘曲向距离爆源较近的原有裂纹。     

弯曲载荷下含周向穿透裂纹管道JR曲线的几何依赖性

含周向穿透裂纹管道在弯曲载荷作用下，实验观察到保护常量的裂纹尖端张开角与裂纹沿周向稳定扩展量有关，根据管道的裂纹角及几何参数预测了管道的ＪＲ阻力曲线，并与实验结果进行了比较。     

高频谐振载荷作用下疲劳裂纹尖端变形场分析

为研究高频谐振式疲劳裂纹扩展试验中,带有I型预制裂纹的CT紧凑拉伸试件裂纹尖端位移、应变场的变化规律,利用动态有限元方法,采用ANSYS和MATLAB软件编写程序,计算了CT试件在高频恒幅正弦交变载荷作用下,在一个应力循环及裂纹扩展到不同长度时裂纹尖端区域的位移、应变场并分析了其变化规律.为验证有限元计算结果的准确性,进行了高频谐振式疲劳裂纹扩展试验,采用动态高精度应变仪测量了CT试件疲劳裂纹扩展到5mm时在一个应力循环内裂纹尖端点的应变.研究结果表明:在稳态裂纹扩展阶段,高频谐振载荷作用下I型疲劳裂纹尖端区域位移、应变均为和载荷同一形式的交变量;随着裂纹的扩展,I型疲劳裂纹尖端的位移、应变幅不断增大;裂纹尖端测量点应变有限元计算结果和实验结果最大误差为2.93%.     

准静态工况下斜齿轮裂纹扩展特性与寿命研究

齿轮的断齿行为通常由疲劳裂纹引起。为了研究齿根裂纹在齿轮传动过程中的扩展行为,基于线弹性断裂力学理论和有限元法,通过准静态工况下斜齿轮齿根裂纹的扩展轨迹,对裂纹扩展寿命进行了预测,并讨论载荷、裂纹初始角度、裂纹形状对初始裂纹应力强度因子的影响。结果表明：初始裂纹深度为0.2 mm,宽度为0.4 mm,沿齿宽方向扩展过程中达到一定长度时,裂纹开始沿齿顶方向扩展,直至裂纹扩展到失稳扩展阶段,预测裂纹扩展的循环寿命约为2.6×10⁶次;初始裂纹Ⅰ型应力强度因子与载荷成正比关系,而裂纹形状会改变沿齿厚和齿宽方向应力强度因子的扩展速率。     

硬质合金疲劳行为研究

用远场循环压缩方法在淬火硬质合金试件缺口端部引发了自行中止的Ⅰ型疲劳裂纹，在三点弯曲循环载荷下该疲劳裂纹继续扩展，对裂纹扩展的各阶段的断口作了比较和解释。     

纤维增强混凝土的动态断裂模型

利用建立的纤维增强混凝土的动态裂纹模型,将桥联处用载荷代替.当裂纹扩展时,纤维连续地开裂.利用复变函数论的方法,将所讨论的问题转化为Remann-Hilbert问题.通过自相似方法,求得了扩展裂纹的坐标原点分别受到常数载荷、阶跃荷载作用下位移、应力和动态应力强度因子的解析解.利用这些解并采用叠加原理,就可以求得任意复杂问题的解.     

桥式起重机桥架疲劳裂纹扩展的数值分析

采用有限元方法,计算某桥式起重机桥架的最大主应力分布,通过应力状态判断桥架某处裂纹的主要断裂类型,并利用扩展有限元方法（XFEM）,计算桥架在最大载荷和最小载荷两种状态下不同裂纹长度时裂纹的尖端应力强度因子（SIF）,由此根据Paris疲劳裂纹扩展公式的基本理论,描述该处疲劳裂纹扩展的基本规律,建立裂纹长度与交变应力循环周期数的函数关系,对起重机桥架裂纹短期内快速扩展的原因给出量化分析。结果表明,低应力的循环作用是该处裂纹形成和快速扩展的原因。     

破损舰体结构疲劳裂纹扩展试验研究

针对破损舰船的疲劳寿命问题,采用预制缺口的疲劳试样模拟破损舰体结构,利用液压伺服疲劳试验机对舰用疲劳试样进行了拉伸疲劳试验,研究了平板和加筋板预制缺口疲劳试样在拉伸疲劳载荷作用下的裂纹扩展规律,确定了不同疲劳应力幅值作用下疲劳试样裂纹开裂的临界疲劳次数,得出了裂纹长度、疲劳载荷循环次数和疲劳应力幅值之间的拟合关系式,并与高频疲劳试验进行了比较.试验结果对预报破损舰船在波浪中航行时的裂纹扩展情况有重要参考价值.     

法向压缩载荷对II型裂纹扩展的影响规律研究

压剪共同作用下裂纹是地下岩体中广泛存在的,为了研究法向压缩载荷对剪切型即II型裂纹扩展的影响规律,利用砂岩制作了单边裂纹试件,通过岩石剪切实验系统对不同法向压缩载荷作用下的裂纹进行了剪切实验研究,结果表明法向压缩载荷对裂纹的起裂及扩展起到抑制作用,随着裂纹法线压缩载荷的增大,裂纹起裂角逐渐减小;同时,得出法向压缩载荷与II型裂纹极限应力强度因子之间的关系,随着法向压缩载荷增大,岩石II型裂纹极限应力强度因子也随之增大。运用ABAQUS模拟软件,对不同压缩载荷作用下压剪裂纹的扩展进行模拟研究,得出了裂纹尖端II型应力强度因子随压缩载荷的变化规律。     

孔边小裂纹扩展率的描述

本文简要地分析了影响孔边小裂纹扩展的主要因素,通过对Ly12-CZ板材缺口边小裂纹扩展率实测数据的分析,提出了一个等幅载荷下描述小裂纹扩展率的简便方法,本文还用此方法对两种验证性试验分别作了小裂纹扩展率的处理和扩展寿命的计算。结果表明:计算与试验符合很好,可见用本文的方法处理孔边小裂纹扩展寿命是可行的。