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。     

复合型裂纹扩展的最大塑性区尺度准则

为了预测复合型裂纹呈滑移型（Ⅱ型）的断裂，在此提出了复合型裂纹扩展的最大塑性区尺寸断裂判据。该准则成功地预测了金属材料复合型裂纹呈滑移型（Ⅱ型）断裂的裂纹开裂角和临界荷载，同时认为金属材料裂纹扩展的动力来源于形状改变比能的释放，与体积应变能无关。将其结果与最大剪应力准则相比，取得了较为一致的结果。因此，结果表明：该准则在预测复合型裂纹呈Ⅱ型断裂上是成功的。     

基于ABAQUS二次开发的巴西圆盘断裂机理

针对含中心裂纹的巴西圆盘开裂模型利用ABAQUS进行了参数化二次开发,基于扩展有限元法和最大周向应力准则对试件裂纹扩展进行数值模拟并验证,研究了围压对裂纹扩展以及裂纹尖端应力强度因子和T应力的影响.研究结果表明,试件在预制裂纹尖端发生起裂并沿最大周向应力方向扩展.随着裂纹倾角增大,Ⅰ型应力强度因子逐渐减小,Ⅱ型应力强度因子呈现先增大后减小的趋势,T应力逐渐增大.随着围压数值的升高,试件的断裂韧度增大,T应力增大,而Ⅰ型和Ⅱ型应力强度因子几乎不受影响.     

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...     

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。     

镍基单晶合金板裂纹尖端塑性区分析

裂纹尖端塑性区对研究裂纹开裂扩展具有重要意义.应用Hill屈服准则和考虑拉-剪耦合的修正Hill屈服准则,对镍基单晶合金板裂纹尖端塑性区进行了分析.得到了Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅰ、Ⅱ复合型裂纹尖端塑性区.对镍基单晶合金板内裂纹尖端塑性区与各向同性材料板内裂纹尖端塑性区进行了比较.讨论了拉-剪耦合、Ⅰ、Ⅱ复合型裂纹复合比及温度对裂...     

页岩Ⅰ型裂纹遇层理起裂扩展准则研究

为研究层理面对页岩Ⅰ型裂纹扩展的影响,利用裂纹尖端应力场Williams解,推导了页岩Ⅰ型裂纹沿层理方向的新分叉裂纹尖端应力场.基于最大周向应力判据,建立了考虑T应力的Ⅰ型裂纹沿层理起裂扩展准则,探讨了不同层理角度下裂纹沿层理面起裂与扩展规律.研究结果表明:T应力对含层理页岩裂纹扩展角,以及反映裂纹转向层理扩展难易程度指标起裂临界强度比S■和扩展临界强度比S■都具有影响。解析得到反映T应力大小的无量纲参数Bα=0.375是层理倾角β=0时Ⅰ型裂纹发生转向的一个分界点.β0时,Bα=±0.375是Ⅰ-Ⅱ复合型分叉裂纹S■和S■发生变化的分界点:当Bα-0.375时,S■和S■随着层理角度的增加先减小后增加,当Bα0.375时,S■和S■随着层理角度的增加先增加后减小,而当-0.375≤Bα≤0.375时,S■和S■随着层理角度的增加而减小.基于此建立了综合反映T应力和层理角度对临界强度比影响的临界面.将理论预测裂纹沿层理面扩展结果与试验及数值模拟结果进行比较,吻合较好.     

薄壁圆筒上的斜裂纹在扭转下的断裂问题

本文研究了Ⅰ～Ⅱ复合型裂纹的断裂问题。在薄壁圆筒上开了斜裂纹,其长度为2a=8mm,是用电火花法开出的。为了防止薄壁圆筒扭转时失稳,试验时加了内、外保持器。试验结果表明,和θ_o实验值介于最大周向应力理论和最小应变能密度因子理论的计算值之间。但从工程角度考虑,为了安全起见,建议采用最大周向应力理论。     

复合型裂纹扩展的形状改变比能准则

为了预测金属材料裂纹在小范围屈服时的延性断裂，以复合型裂纹为研究对象，将裂纹前缘塑性屈服区内的总形状改变比能用于建立复合型裂纹的断裂准则。该准则表明了金属材料裂纹在扩展过程中，起决定作用的是形状改变比能，而不是整个应变能。能成功地预测了复合型裂纹的启裂角度以及临界荷载，将其结果与Sih的S准则和实验数据结果进行了比较。结果表明，复合型裂纹扩展的形状改变比能准则，在预测裂纹启裂角方面优于S准则，并且预测的临界荷载偏保守。在工程上，将其应用于复合型裂纹断裂判定是安全的。     

带有裂纹的受扭圆柱薄壳的临界应力

采用断裂力学的最大周向应力理论,推导出带有穿透裂纹的圆柱薄壳在扭矩作用下裂纹开始扩展的开裂角和开裂应力;建立了Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的断裂准则,通过分析该圆柱薄壳的破坏形态,确定其临界应力。     

Ⅰ-Ⅱ混合型裂纹的形状改变比能断裂准则的分析

利用形状改变比能分析了Ⅰ-Ⅱ混合型裂纹的开始角,形状改变比能断裂准则表明裂纹启裂方向与最小形状改变比能方向一致．该准则预测的Ⅰ-Ⅱ混合型裂纹开裂角和临界载荷与实验结果取得了较好的吻合．     

三维介质中复合型裂纹扩展的断裂准则

断裂准则是评定含裂纹构件或结构的工作状态是否安全的基准和依据。本文从三维介质中复合型裂纹问题的分析入手,考虑裂纹尖端小范围屈服区对裂纹扩展的影响,提出了描述三维介质中任意形状裂纹扩展规律的F_(?)准则和E_(?)准则。这两个准则均与现有的实验资料吻合得很好,而且还有一个较为突出的特点,即能反映Ⅰ—Ⅱ—Ⅲ型复合裂纹和Ⅱ—Ⅲ型复合型裂纹中KⅢ对裂纹开裂角的贡献。这一特点是S准则[1]、MG准则[9]、C判据[10]和W判据[11]等一些断裂准则不具有的。     

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 .     

混凝土材料裂纹尖端应力场的研究

为了准确地预测混凝土类材料复合断裂韧度及裂纹扩展路径,提出了结合T应力的修正最大周向应力断裂判据。该修正最大周向应力判据采用双参数模型(应力强度因子K和T应力)来描述混凝土断裂行为。在对三相材料混凝土断裂进行理论计算时,通过应用westergard应力函数,并利用级数展开求解了裂纹尖端的T应力和应力强度因子。计算结果表明,内聚物的性质和T应力能影响断裂韧度及裂纹尖端的应力,这为模拟混凝土断裂提供了依据。     

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．     

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.     

基于3D-ILC含60°平行双内裂纹脆性巴西圆盘断裂特性

裂纹间的相互作用是断裂力学的重要研究内容,但针对3维内裂纹的扩展规律及相互作用的研究较少。基于3D-ILC技术,在完整巴西圆盘内部制作平行双内裂纹,开展含60°双内裂纹单轴压缩试验,记录裂纹扩展过程,得到裂纹起裂及破坏荷载,分析双内裂纹相互作用下的应力双折射规律、裂纹扩展形态及断口特征。基于M积分及应变能密度因子理论进行数值模拟,揭示K_Ⅰ、K_Ⅱ、K_Ⅲ的分布规律,实现双内裂纹扩展路径及平行裂纹相互作用模拟,并与试验进行对比。结果表明:1)基于3D-ILC的平行双内裂纹扩展破坏试验规律显著,证明了该技术在多内裂纹相互作用试验研究中的适用性;2)试样裂纹形态主要有上翼裂纹、下翼裂纹、竖直裂纹及贯穿型裂纹,翼裂纹断口光滑区为Ⅰ–Ⅱ型复合裂纹,裂纹侧面为Ⅰ–Ⅱ–Ⅲ型复合裂纹,呈现矛状断口;3)含60°双内裂纹试样破坏荷载为完整试样的17.73%,内裂纹扩展速度与加载力为非线性关系;4)双内裂纹尖端之间存在屏蔽作用,使扩展呈现明显反对称的裂纹形态;5)基于M积分的K分布及基于应变能密度因子理论裂纹扩展路径与试验规律一致。结果为3维内裂纹Ⅰ–Ⅱ–Ⅲ型复合断裂及多裂纹相互作用研究提供了物理试验及数值模拟参考。     

砂岩半圆盘弯曲的复合型断裂性质及准则研究

本文对裂纹倾斜角度这一几何参数对砂岩半圆盘试件复合型断裂性质的影响进行了研究。采用含边缘裂纹的四川黑砂岩半圆盘试件(SCB试件)进行三点弯曲实验,结合有限元数值模拟软件ABAQUS计算出复合型断裂韧度,并将最终结果与已提出的多个断裂准则进行比较,得出适用于黑砂岩复合型断裂的断裂准则。结果表明,随着裂纹倾斜角度增加,I型断裂与II型断裂的复合度即二者所占比例发生变化,I型断裂所占比例逐渐减小,应力强度因子KI逐渐减小,同时II型断裂所占比例逐渐增大,应力强度因子KII和T应力逐渐增加。黑砂岩复合型断裂的实验结果与改进的R准则最为吻合,验证了改进的R准则在黑砂岩半圆盘弯曲实验中的准确性和可靠性。     

高韧性材料Ⅰ—Ⅱ复合型裂纹尖端张开位移矢量的研究

本文用16 MnR钢的带不同倾斜角中心裂纹的十字形试件研究了1∶2双轴载荷下Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的断裂行为。为了测定高韧性材料Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的扩展方向和裂纹尖端张开位移矢量((?))的启裂值,本文提出了适合于Ⅰ-Ⅱ复合型断裂的多剖面法。所得结果表明,在高韧性材料中裂纹启裂时,CTOD的数值并不是材料的常数,但是,(?)的方向与扩展方向有较好的关联,且其张开型分量与裂纹倾斜角无关,为一与用标准Ⅰ型试件测得的断裂韧性值基本相同的常数。因此,(?)有希望成为高韧性材料Ⅰ-Ⅱ型裂纹的断裂判据。     

双轴向载荷I—II复合型裂纹J积分断裂准则探讨

通过理论分析和双轴向断裂试验，对我国压力容器常用钢１６ＭｎＲ所制成的含中心穿透Ｉ－Ⅱ复合型裂纹十字形试样的断裂规律进行了试验研究，探讨了Ｉ－Ⅱ复合型裂纹Ｊ积分断裂准则。结果表明，不同的载荷比和裂纹倾角下Ｉ－Ⅱ复合型裂纹的启裂Ｊｉ值接近，复合型Ｊ积分断裂准则预测的启裂载荷与试验结果相吻合。