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。     

斜裂纹对转子扭转剪应力的影响

为研究斜裂纹对转子扭转剪应力的影响,分析计算了转子倾角(裂纹面与轴线的夹角)大于60°的斜裂纹在不同裂纹深度比下不同位置的应力强度因子KⅢ。计算结果表明:相同倾角的斜裂纹在同一位置的应力强度因子随着裂纹深度比a/R的增大而增加;在相同深度比和倾角的情况下,应力强度因子KⅢ随着与裂纹中心距离的增大逐渐减小,并且倾角越大在边缘处衰减得越快。拟合了不同裂纹深度比a/R(a/R0.4)和不同倾角下所对应的应力强度因子曲线,定义了斜裂纹与横向裂纹扭转剪应力的临界相对差值Wcr,确定了在不同工程允许误差所对应的临界倾角cθr。该临界倾角可以在工程应用中用来判断何时可以采用横向裂纹模型代替斜裂纹模型。     

含交叉裂隙类岩石试样物理力学特性试验及其RFPA模拟

为探究含交叉裂隙试样在单轴应力下的物理力学特性,制备了与岩石力学性质相似的类岩石材料,利用预制树脂片法模拟了不同倾角交叉裂隙的情况,对其进行了单轴压缩试验,同时利用RFPA软件对不同工况进行了数值模拟。结果表明,含交叉裂隙类岩石试样在单轴应力下主要有单一裂隙扩展模式、主裂纹扩展贯通模式、次生裂纹扩展贯通模式三种破坏模式;单一裂隙扩展模式与主裂纹扩展模式下,次生裂隙尖端产生剪破坏,主裂纹尖端产生拉破坏,而次生裂纹扩展模式下主裂纹尖端产生剪破坏,次生裂纹尖端产生拉破坏,最终产生的翼裂纹与反翼裂纹属于拉剪破坏;单轴应力下的含交叉裂隙试样应力-应变曲线经历弹性变形阶段、非线性变形阶段、残余变形阶段三个阶段;主裂纹倾角对含交叉裂隙试样的峰值强度起到控制性作用,而次生裂隙仅在主裂纹倾角为0°时对试样的峰值强度有较大影响。     

含表面裂纹T型叶根应力强度因子的数值计算

采用三维有限元方法计算在离心力作用下T型叶根的应力强度因子.在有限元分析中考虑了T型叶根与轮缘的接触作用,应用位移相关技术计算了沿裂纹前缘各点的Ⅰ型应力强度因子.结果表明:在裂纹前缘Ⅰ型应力强度因子在极角α等于π/2时达到最大值;随着裂纹深度与裂纹长度比率的增大,裂纹前缘各点的Ⅰ型应力强度因子增加.这些结果对于叶根表面裂纹的扩展、剩余强度以及疲劳寿命的评估是非常有用的.     

裂隙岩石直接拉伸断裂破坏的颗粒流模拟分析

针对现有裂隙岩石受拉破坏及强度方面研究的不足,利用二维颗粒流软件（PFC2D）构建了裂隙岩石的直接拉伸试验模型,模拟了含单条裂隙和断续双裂隙试样的直接拉伸试验,并分析了裂隙分布特征对抗拉强度和裂纹扩展特征的影响。结果表明,对裂隙岩石试样,裂隙岩石的抗拉强度随裂隙倾角的增大而增大,随裂隙长度的增大而减小,岩桥倾角和岩桥长度对抗拉强度的影响不大,除裂隙倾角α= 90°外,试样最终破裂面均与预制裂隙搭接。对断续双裂隙岩石试样,岩桥角度和长度对裂隙之间岩桥贯通影响明显,岩桥倾角和岩桥长度增大时,均出现岩桥未贯通现象。研究结论不仅丰富了断裂力学的内容,而且为工程实践提供了借鉴。     

含预制断续裂隙类岩石材料力学特性试验及数值模拟研究

为了研究含预制裂隙岩石的力学特性,制备不同角度的断续裂隙类岩石试件,对含裂隙岩石试件进行单轴试验,发现倾角40°断续裂隙的单轴抗压强度最大,60°次之,20°最小。使用PFC2D对试验过程进行模拟,并分析试验过程中微裂纹与应力的变化规律,发现岩桥强度对试件单轴抗压强度具有重要影响,通过对比发现数值模拟的应力-应变曲线的变化规律与物理试验结果基本一致。     

燃气轮机涡轮盘三维裂纹扩展分析(第1部分)

通过某型燃气轮机涡轮盘静强度分析结果,并考虑结构的几何特征,确定该涡轮盘榫槽底部冷却通气孔处和轮缘圆弧过渡处为裂纹萌生的关键位置。对涡轮盘冷却气路进口位置构造初始裂纹开展相应的裂纹扩展数值分析工作,结果表明:无论预置周向裂纹还是径向裂纹,在裂纹扩展过程中,Ⅰ型应力强度因子远大于Ⅱ型、Ⅲ型应力强度因子,起主导作用。按损伤容限检查周期规定,当该处裂纹长度小于15.77mm时,轮盘在当前设定的理想工况下不发生断裂。     

带预制裂隙岩石单轴压缩破裂特征颗粒流模拟

为研究带预制裂隙岩样的单轴压缩破裂特征,采用颗粒流法对带两条预制裂隙深埋大理岩样在单轴压缩条件下的变形破裂进行数值模拟研究。结果表明,单轴压缩岩样模型主要产生拉裂纹,剪裂纹在峰值应力之后产生;岩样裂纹在预制裂隙端部启裂,之后朝向主应力方向;裂纹近似平行,岩石破裂为板状,预制裂隙岩样破坏后承载力降低很快,预制裂隙影响岩样在残余强度时裂纹扩展的情况,完整岩样在残余强度时裂纹数目稳定,预制裂隙岩样在残余强度时裂纹缓慢增加,预制裂隙减小了岩样的弹性模型,减弱了岩样的启裂应力及岩样抵抗变形破坏的能力。     

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。     

共面双裂隙对砂岩力学性质和破坏特征的影响

鉴于岩体内部缺陷对其力学性质和损伤断裂破坏有显著影响的问题,通过单轴压缩试验和DIC技术,分析了共面双裂隙类砂岩试样裂隙倾角和岩桥长度对岩石力学性质和破坏的影响。结果表明,随裂隙倾角变化,岩样峰值应力和弹性模量均有明显的变化趋势,相比于岩桥长度,裂隙倾角对岩石的力学性质影响更为显著;随裂隙倾角增加,岩样破坏时表面裂纹数量、主破坏裂纹和表面剥落数量均有减少,掉块面积却有明显增加,而随岩桥长度增加,裂纹扩展和剥落掉块特征基本相同;在裂纹扩展过程中,岩桥的贯通与裂隙倾角和岩桥长度均有关系;在低裂隙倾角时,岩样破坏模式以张拉破坏裂纹为主;随裂隙倾角增加,表现为由张拉破坏裂纹向剪切破坏裂纹转变形成了拉—剪混合破坏模式;同时,随岩桥长度增加,岩桥越难以贯通,裂纹扩展破坏则又由拉—剪混合裂纹向张拉裂纹转变。     

现浇商品混凝土梁板裂缝原因分析

根据现浇商品混凝土的特点,对某工程第十四层现浇商品混凝土梁板裂缝产生的原因进行了深入的分析与研究,并提出了有效的梁板开裂处理方案,期望对以后的类似工程问题提供参考。     

A review of limit load solutions for cylinders with axial cracks and development of new solutions

Limit load solutions for axially cracked cylinders are reviewed and compared with available finite element (FE) results. New limit solutions for thick-walled cylinders with axial cracks under internal pressure are developed to overcome problems in the existing solutions. The newly developed limit load solutions are a global solution for through-wall cracks, global solutions for internal/external surface cracks and local solutions for internal/external surface cracks. The newly developed limit pressure solutions are compared with available FE data and the results show that the predictions agree well with the FE results and are generally conservative.     

裂隙网络渗流理论的软硬互层状岩体渗流分析

为研究软硬互层状岩体的渗透规律,根据层状岩体中的裂隙发育规律,把互层状岩体简化为由层面裂隙和构造裂隙组成的离散裂隙介质,建立了互层状岩体渗流离散裂隙网络模型,并根据裂隙交叉处的流量守恒原理求解其渗流场。通过一个算例验证了模型的合理性,并讨论了切层裂隙开度对垂直方向渗流的影响,得到了互层状岩体渗透场的分布特点。     

面板堆石坝面板的裂缝机理分析与防裂措施

面板作为面板堆石坝的挡水结构,在面板堆石坝设计中占有重要地位。混凝土面板裂缝一直是面板设计与施工中的一个难题。针对面板的裂缝问题,对面板结构性裂缝和非结构性裂缝的机理进行了分析,并列举了一些工程上常用的防止面板裂缝的措施。     

Engineering guide to assessment of creep crack initiation on components by Two-Criteria-Diagram

To assess creep crack initiation on components, it is necessary to consider the stresses at the crack tip as well as in the remaining ligament or farfield region. For that aim the Two-Criteria-Diagram was established. The method was proven by a large number of creep crack initiation results from small and large scale specimens as well as components. In this paper some practical aspects for using the Two-Criteria-Diagram are described. A code of practice for the use of Two-Criteria-Diagram for creep and creep fatigue loading is given. The extension to the latter and the limits of applicability are discussed. The determination of crack initiation in a cast steel containing defects is described as an example showing the advantages of the method for engineering applications.     

溢水环裂纹分析

通过昔阳HG-480/13.7-LMG37锅筒内部溢水环再制造过程中出现裂纹问题进行分析,选择预开孔加工方法解决裂纹,从而保证产品质量。     

动力作用下硬颗粒诱发裂缝弯曲和分叉机理研究

脆性材料在动荷载作用下的裂缝弯曲和分叉行为,对深入了解材料的抗拉特性和破坏模式有着重要意义。基于损伤演化原理的有限元方法,针对脆性材料中颗粒物诱发裂缝分叉的机理展开研究,通过比较无颗粒与有颗粒两种裂缝扩展模式,分析了硬颗粒对裂缝扩展模式的影响。结果显示,当颗粒物刚度较大物性较好、裂缝扩展遭遇颗粒时裂隙将沿着交界面绕行,易发生弯曲分叉,两者具有迥异的扩展模式。     

基于VPRS理论的裂缝影响因素分析

简要分析了裂缝开度变化的影响因素在工程中的重要意义，针对传统数值计算方法的不足提出了大坝裂缝的变精度粗集模型。首先介绍了标准粗集理论和变精度粗集理论的基本原理以及两者的主要差别．然后建立了大坝裂缝的变精度粗集模型，并通过属性离散化和属性约简得到大坝裂缝的主要影响因素，最后给出了这一模型在工程中的实际应用。     

层状组合结构轴拉条件下的裂缝饱和度分析与应用

基于裂缝扩展机理分析了裂缝扩展过程中的饱和现象,建立了层状组合结构的数值模型,分析了轴拉条件下裂缝中心区域的应力分布特征,论证了裂缝饱和度存在的客观性,探讨了荷载边界条件、材料参数与上覆压力对裂缝饱和度的影响,结合钢衬混凝土组合结构工程特性,研究了裂缝饱和度的基本规律。结果表明,轴向拉伸荷载边界条件不影响裂缝饱和度,裂缝层材料的弹性模量和泊松比越大,或相邻层材料的弹性模量和泊松比越小,裂缝饱和间距越大;上覆压力对裂缝饱和间距的影响较小。对于钢衬混凝土组合结构,轴拉条件下的裂缝饱和间距主要取决于外包混凝土厚度;布筋对钢衬混凝土组合结构的裂缝饱和度有显著影响,钢筋的埋入,相当于降低了混凝土裂缝层的有效厚度,可起到控制裂缝最大宽度的效果,建议将钢筋布置在混凝土层中部,以期增加潜在的裂缝条数,而不会出现宽度过大的裂缝。     

Use of local and global limit load solutions for plates with surface cracks under tension

Some available experimental results for the ductile failure of plates with surface cracks under tension are reviewed. The response of crack driving force, J, and the ligament strain near the local and global limit loads are investigated by performing elastic-perfectly plastic finite element (FE) analysis of a plate with a semi-elliptical crack under tension. The results show that a ligament may survive until the global collapse load is reached when the average ligament strain at the global collapse load, which depends on the uniaxial strain corresponding to the flow stress of the material and the crack geometry, is less than the true fracture strain of the material obtained from uniaxial tension tests. The FE analysis shows that ligament yielding corresponding to the local limit load has little effect on J and the average ligament strain, whereas approach to global collapse corresponds to a sharp increase in both J and the average ligament strain. The prediction of the FE value of J using the reference stress method shows that the global limit load is more relevant to J-estimation than the local one.