Ⅰ型断裂尺寸效应及裂纹扩展阻力曲线的有限元分析

针对三点弯曲法在测定混凝土等材料断裂能时存在不同程度的尺寸效应现象,基于有限元软件ABAQUS,建立5种不同尺寸、几何相似的混凝土梁,采用线性内聚力模型模拟裂纹尖端微小内聚力区域的力学特性,分析单边带预制裂缝的三点弯曲梁的Ⅰ型断裂开裂过程,针对其尺寸效应和裂纹扩展阻力曲线开展研究。结果表明,随着试件尺寸的增大,试件断裂过程区的相对长度和名义强度减小,应力强度因子和峰值荷载及对应挠度值增大;小尺寸结构破坏模式的延性特性较显著,而大尺寸结构表现出更加显著的脆性特性;尺寸效应定律的线性形式能较好地反映名义强度和试件尺寸之间的关系;通过材料的裂纹扩展阻力曲线获得裂纹失稳扩展临界点所对应的宏观断裂能,其值与输入的数值模拟参数基本一致,采用裂纹扩展阻力曲线获取材料断裂能是可行的。     

工业汽轮机转子低温脆断强度分析方法的探讨

随着现代断裂力学的发展，对转子断裂强度的计算和对带初始裂纹的转子的剩余寿命的估计已成为可能。而在脆性转变温度以下，金属材料的断裂强度小于屈服强度，材料处于脆性状态，断裂形式主要为脆性断裂。因此对在这种条件下工作的转子，应用断裂力学的分析方法校核其强度。本文探讨了如何用断裂力学的方法校核转子的低温脆断强度。     

基于断裂力学的高压共轨燃油系统可靠性设计

共轨系统喷射压力的提高,对产品可靠性设计提出严峻挑战。如高压油道表面初始微裂纹、材料内部夹杂物等缺陷都会对产品可靠性产生重要影响。断裂力学是研究裂纹萌生及其扩展规律的科学,其揭示了材料特性、结构设计及加工工艺三者之间的内在联系。以某双油道喷油器体为例,采用断裂力学研究其在交变压力载荷作用下裂纹扩展的路径。研究结果与实际裂纹断口形貌检测结果一致。在高压共轨燃油系统的开发过程中,可应用断裂力学理论对结构应力、微裂纹大小及应力强度因子三者进行优化匹配。这对结构设计优化、加工工艺控制及关键零部件材料选择具有重要指导意义。     

光弹性确定柴油机曲轴应力强度因子的研究

本文导出一种用光弹性等色条纹图确定混合型应力强度因子的方法。按此法,采集在等色线条纹的非线性区域之外的数据,并通过逐步逼近至裂纹尖端来确定K_Ⅰ和K_Ⅱ。因此,不必特别注意试件的制备。实验证明,此法具有一定精度。现以40曲轴平面模型作为一个应用实例。通过沿连杆轴颈到主轴颈最小截面方向的不同深度人工裂纹进行应力分析,给出了裂纹扩展应力强度因子的规律性,为估计曲轴的疲劳寿命提供实验数据。光弹性已成为求解断裂力学问题的一个有力工具。     

强度等级对混凝土双K断裂参数的影响

将线弹性断裂理论与虚拟裂缝模型相结合,利用三点弯曲梁试件在试验中测得了最大荷载、裂缝口张开位移等参数,并据此计算了尺寸为1 100mm×300mm×300mm的3组不同强度等级混凝土试件的起裂荷载、临界有效裂缝长度、起裂断裂韧度、失稳断裂韧度(即双K断裂参数)。结果表明,起裂荷载、最大荷载、起裂断裂韧度、失稳断裂韧度均随试件强度等级的增大而增大,且起裂荷载占失稳荷载的比重亦随试件强度等级的增大而增大,试件从起裂到破坏持续时间随强度等级的增大而变短。起裂韧度与失稳韧度的比值小于起裂荷载与最大荷载的比值。试件设计强度等级越大,临界有效裂缝长度值越小,延续越差,脆性越大,由起裂到失稳的时间亦越短。     

船舶柴油机活塞的热疲劳裂纹扩展评定

运用ADINAT／ADINA有限元程序分析了船舶柴油机活塞的三维温度场和三维应力应变场，并采用带中央环状预裂纹的圆柱形试件在单轴疲劳试验机上进行了热疲劳裂纹扩展寿命模拟试验，根据高温度理论和断裂力学理论归纳了当量J积分范围评分准则，并将这一准则用于活塞的裂纹扩展寿命分析和安全性评定，评定结果具有普遍参考价值。     

不同配筋率对钢筋混凝土三点弯曲梁断裂韧度的影响

为深入了解配筋率对钢筋混凝土断裂韧度的影响,制作了3组12根带预制裂缝的钢筋混凝土三点弯曲梁并做了断裂试验,根据试验导出了钢筋混凝土三点弯曲梁试件断裂参数解析计算公式,分析了不同配筋率对钢筋混凝土三点弯曲梁断裂韧度的影响程度。结果表明,钢筋混凝土三点弯曲梁试件的开裂荷载主要由混凝土主体结构所决定,最大荷载主要由混凝土内部配置的钢筋情况所决定;裂缝亚临界扩展相对值随着配筋率的增加呈线性增加;配筋率的变化对失稳断裂韧度有一定影响,但对起裂断裂韧度影响不大;配筋率的增加,可有效提高试件的韧性和抵抗失稳破坏的能力。     

柴油机燃烧室零件冷却水侧腐蚀疲劳的研究

本文从断裂力学和电化学两方面叙述在重叠波载荷作用下燃烧室零件的腐蚀疲劳破坏特性,并得出下列主要结论: 1.在重叠波载荷作用下,疲劳和腐蚀疲劳的裂纹扩展速度da/dn可用da/dn=C(△K_(eff))_(mq)~e计算,其中(△K_(eff))_(eq)为当量应力强度因子的有效幅度。2.各种环境状态对铬钼钢和球墨铸铁的有效应力比的影响不显著。3.采用锌阳极和铝阳极的防止腐蚀方法虽能防止铬钼钢腐蚀,但对其裂纹的扩展起明显的加速作用。4.亚硝酸盐是一种既能防止铬钼钢腐蚀,又能抑制其裂纹扩展的较为理想的防腐蚀剂。5.各种环境对球墨铸铁的裂纹扩展速度影响不大。     

损伤力学和高温断裂力学在锅炉管道断裂寿命评定中的应用

本文采用损伤力学和高温断裂力学相结合的新方法来预示高温零部件的设计使用寿命和剩余寿命。高温零件的断裂寿命t_r由蠕变裂纹开裂寿命t_i和裂纹扩展寿命t_g两部份所组成。作者运用损伤力学理论计算蠕变损伤开裂寿命t和用高温断裂力学方法来计算蠕变裂纹扩展寿命t_g。结果表明,它在锅炉管道弯头破裂寿命计算中的应用,取得了良好效果。     

非标准混凝土楔入劈拉试件断裂参数试验研究与尺寸效应分析

采用跨高比和初始缝高比恒定的非标准混凝土楔入劈拉试件,按照改进的试验加载装置进行试验可抵消竖向力的作用。以双K断裂理论为基础,采用紧凑拉伸试件的断裂韧度公式计算得到非标准楔入劈拉试件的断裂参数,并利用通用有限元软件ANSYS对试验计算结果进行验证。结果表明,采用紧凑拉伸试件计算公式和有限元方法均能准确计算非标准楔入劈拉试件的断裂韧度,两种方法误差仅为3%;在截面高度300~600mm范围内,起裂断裂韧度基本不随试件截面高度的变化而变化,失稳韧度在截面高度大于500mm时不具有明显尺寸效应。     

免疫算法在汽轮机转子低周疲劳裂纹扩展速率中的应用

首次将免疫算法应用于汽轮机高中压转子钢(30CrlMolV)的低周疲劳裂纹扩展速率计算.根据断裂力学中Pairs公式(da/dN=c△kn).在此之上引用F.Jeglie的裂纹扩展模型,以低周疲劳裂纹扩展速率最小化为目标函数,基于免疫算法和遗传算子原理,通过MATLAB软件编程,计算出满足转子钢疲劳裂纹扩展速率的应力强度因子幅值、温度和材料参数的最优解.研究表明,基于免疫算法具有良好的搜索性能,能够较好地对汽轮机转子在复杂条件下的低周疲劳裂纹扩展速率进行准确的预测.     

含2条偏置三维内裂纹试件单轴拉伸下裂纹扩展数值模拟

为探究不同岩桥角及不同裂纹倾角下的标准立方体试件在单轴拉伸作用下的裂纹扩展及裂纹尖端的应力强度因子的变化规律,利用Franc3d软件对不同方案的含两条偏置三维裂纹的试件进行了单轴拉伸数值模拟研究,同时以单轴拉伸下含单裂纹试件的试验结果作为验证对比,验证了数值模拟的合理性。结果表明,不同岩桥角与不同裂纹倾角下双裂纹试件裂纹之间呈现"相互吸引"与"相互排斥"作用;预制裂纹内侧尖端的翼裂纹扩展小于预制裂纹外侧尖端;相对Ⅰ型应力强度因子随着预制裂纹尖端距离的变化呈现先增大后减小再增大再减小的规律,相对Ⅱ型应力强度因子随着预制裂纹尖端距离的变化呈现先减小后增大再减小再增大的趋势;岩桥角越大,整体上的相对Ⅰ型应力强度因子越小,不同岩桥角的相对Ⅱ型应力强度因子几乎一致;预制裂纹的倾角越大,相对Ⅰ型应力强度因子越小,而相对Ⅱ型应力强度因子总体上越大。研究成果为进一步认识裂纹扩展特性奠定了基础。     

一只分汽缸疲劳破坏分析

金属材料的疲劳破坏是一个材料在交变载荷作用下逐渐累积损伤、产生裂纹及裂纹逐渐扩展，直至最后破坏的过程，疲劳破坏由于通常没有明显的宏观塑性变形，因而常常出现突然断裂，造成很大的危害和经济损失。     

基于离散元的岩石断裂尺寸效应及断裂过程区演化特征分析

为了在离散元中研究岩石的非线性断裂过程,基于幂律型位移软化接触模型,针对一系列相似边切槽半圆盘花岗岩的三点弯曲试验进行数值模拟,并分析了其尺寸效应和断裂过程区演化规律。荷载位移曲线的峰后特征表明,随着半圆盘半径的增大,延性破坏逐渐过渡为脆性破坏,而测试结构的强度模拟结果与Baant尺寸效应理论吻合较好。在加载过程中,断裂过程区长度先增大后减小,并在荷载位移曲线的峰后达到最大值,该最大值与结构尺寸密切相关,当试件尺寸足够大,断裂过程区不受边界的约束而充分扩展,可达到饱和长度,而小尺寸试件的断裂过程区扩展会受到边界条件的限制。     

基于复合材料理论的冻土强度模型

为建立冻土强度模型,在假定冻土强度由原土强度和冰体强度两部分组成的基础上,基于复合材料理论,利用叠加原理建立了冻土扩展的Mohr-Coulomb强度模型,并分别对理想化模型冻土和均匀化材料模型土进行了有限元计算。结果表明,冻土内的土颗粒体与冰体的变形特征(压缩、膨胀)存在明显差异;纵向冰体中的Von Mises应力明显大于横向冰体中的相应应力。因此,冻土试样的破坏首先是从竖向裂纹开始的。     

圆盘内裂纹扩展断裂试验及数值模拟研究

鉴于含裂纹的巴西圆盘试验多集中于二维或表面裂纹,而对含纯封闭内裂纹的巴西圆盘断裂研究较少的问题,开展了含90°三维内裂纹的树脂巴西圆盘试样单轴压缩试验,分析了裂纹扩展过程特征,并基于M积分及最大拉应力准则研究了KⅠ、KⅡ、KⅢ分布规律,通过断裂力学有限元软件FRANC3D实现内裂纹扩展全过程模拟。结果表明,含90°内裂纹试样在单轴压缩下裂纹破坏形态为竖直张拉裂纹;达到峰值荷载29.13kN时试样瞬间被劈裂为两半,内裂纹扩展速度达到700mm/s,对试样扩展、破坏形态及断口特征产生显著影响;通过数值模拟得出内裂纹尖端扩展路径,短轴端扩展速率最大,且数值模拟结果与试验相符。     

滑塌式危岩体剪切断裂过程中的启动分析

为判断滑塌式危岩体主控结构面断裂扩展方向和稳定性,在分析压剪复合裂纹尖端应力场的基础上,运用断裂力学,建立压剪裂纹的最大剪应力断裂判据,将岩石断裂问题与岩石Mohr-Coulumb破坏准则相联系,在裂纹端部压应力区建立基于Mohr-Coulumb准则的断裂判据。实例计算结果表明,两种断裂判据与已有的最大拉应力断裂判据结合使用,讨论其最不利稳定性,分析结果与极限平衡理论方法相吻合,并给出了裂纹端部破裂面发展方向。     

异弹模界面裂缝梁试件应力强度因子的计算

研究解决实际工程当中常遇到的异弹模界面裂缝问题的复合型断裂准则及扩展规律,具有非常重要的意义.本文在推导杂交元方法的基础上,系统地计算了异弹模界面裂缝三点弯曲和四点剪切梁型试件的应力强度因子,为研究该类问题的复合型断裂准则提供了丰富、可靠的资料和依据.     

基于概率断裂力学汽轮机转子可靠性研究

在传统断裂力学方法的基础上,提出采用概率断裂力学方法对汽轮机带缺陷转子进行寿命预测和可靠性研究。建立了裂纹扩展速率、初始裂纹尺寸和应力变化幅值互为独立随机变量,且服从对数正态分布的剩余寿命与可靠度之间数学模型。根据汽轮机启停特性和结构参数,应用所建模型,对汽轮机带缺陷转子进行了可靠性寿命计算和分析。计算结果表明,采用概率断裂力学方法进行汽轮机转子可靠度研究,不仅能够对含有初始缺陷的汽轮机转子在给定可靠度下的运行寿命进行预测,而且还能够定量地给出汽轮机带裂纹转子可靠度随运行时间的变化趋势,科学地决定汽轮机安全运行到下一次大修的时间,为寿命管理提供更为客观的有预见性的指导。     

不同缝高比大坝混凝土断裂性能及声发射特性

为研究缝高比对大坝混凝土断裂性能的影响,对不同缝高比(0.3、0.4、0.5)的带缺口立方体大坝混凝土试件(边长为300、450 mm)分别开展楔入劈拉试验,同时采用声发射技术监测大坝混凝土的声发射特性.根据试验结果获得了荷载—裂缝口张开位移(P-CMOD)曲线、断裂韧度、断裂能及声发射特征参数.研究结果表明,300、...