老龄飞机多部位损伤结构的剩余强度研究

对老龄飞机的多部位损伤壁板进行剩余强度估算时,应同时考虑裂纹间的相互影响和裂纹的扩展问题。基于Dugdale型裂纹的Swift连通准则,结合扯裂断裂准则,论文提出了应用应力函数交互迭代方法来研究MSD壁板的剩余强度问题,并做了算例阐明。本文所提方法的分析结果与试验值相比平均相对误差和标准差分别为-1.46%和0.069,符合得较好。     

基于统一强度理论的复合型裂纹断裂准则

提出一个复合型裂纹等效应力断裂准则，用以解决工程上普遍存在的复合型裂纹的断裂问题。该准则通过借鉴强度理论对复杂应力状态的处理方法，将等效应力作为度量复合型裂纹开裂的基本物理量。该准则在预测发生临界扩展时提出两个基本假设，(1)裂纹沿着等效应力最小的方向开始扩展。(2)等效应力达到临界值时裂纹开始扩展。根据选取的等效应力计算公式的不同，等效应力准则有不同的形式，当等效应力的计算采用总应变能理论时，等效应力准则等价于应变能密度准则；当等效应力采用σr时，等效应力准则可近似逼近最大周向应力理论。采用统一强度理论计算等效应力。最后通过与实验结果及其他理论的计算结果对比，验证基于统一强度理论的复合型裂纹断裂准则满足工程精度要求，且适用性好。     

CTOA断裂准则的发展及应用

对延性材料的稳态裂纹扩展机制和失稳断裂研究是断裂力学领域的重要研究方向之一。1973年Andersson在稳态裂纹扩展的有限元模拟中首次引进裂纹尖端张开角(CTOA)作为断裂准则,发现用CTOA作为断裂准则可有效地定量模拟稳态裂纹的扩展行为。近50年来,围绕CTOA断裂准则在描述裂纹扩展稳定性、影响因素、隧道效应、拘束效应,断裂过程有限元模拟等方面开展了广泛而深入的研究,并制定了确定CTOA的相关标准。CTOA作为断裂准则最大的优点在于采用二维和三维有限元分析,能准确模拟薄壁结构的稳态裂纹扩展行为,广泛适用于飞机机身、复杂的薄壁结构和长输管线等的裂纹扩展分析。就CTOA断裂准则的发展、标准化和应用等方面进行了简要综述,指出CTOA测量和应用中存在的主要问题和影响因素,并对未来的研究方向进行了展望。     

Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹等σ_θε_θ线体积应变能断裂准则

Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹扩展问题是工程断裂问题中常见的问题,也是断裂力学研究中重要的问题之一。基于复合型裂纹尖端附近等σθεθ线包围区内的体积应变能变化,建立了Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹等σθεθ线体积应变能断裂准则,提出了裂纹开裂角公式和断裂扩展条件。应用该断裂准则分别研究了纯Ⅰ型、纯Ⅱ型和Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的开裂角及断裂韧度比随着泊松比的变化规律。此外,给出了复合型裂纹荷载临界比值随裂纹初始角β的变化规律。最后将研究结果与理论预测值和实测值进行了对比,对比结果表明提出的复合型断裂准则物理意义明确,且具有较好的精度。     

老龄飞机MSD结构剩余强度评定技术

讨论了多部位损伤(MSD)对结构安全性的影响和MSD结构安全性评定所赋予的新内容。通过等距等长共线孔孔边裂纹平板和等距等长共线裂纹平板的剩余强度计算,研究分析了MSD结构剩余强度评定中裂纹之间的相互作用、材料塑性、裂纹连通准则和破坏准则等关键技术。     

一个双参数断裂准则

双参数断裂准则建立在下述原理基础上,沿裂纹尖端初始弹-塑性边界计算的弹性应变能密度的最大值达到光滑试样单轴拉伸时的特征断裂能的弹性部分时,裂纹起始失稳扩展发生。于是,裂纹失稳扩展不仅取决于材料的断裂韧度K_(IC),还因为考虑了断裂前裂纹尖端的非弹性变形,裂纹失稳扩展还与参数ω有关,ω是材料的断裂应力与屈服应力之比。因此,双参数断裂准则不但适用于脆性断裂,还可用于伴有局部塑性变形的准脆性断裂。     

最大能量释放率准则及其近似

本文给出Ⅰ—Ⅱ—Ⅲ复合加载情况下裂纹在任意扩展方向上的能量释放率 G(γ)的表达式,推导出各种复合加载条件下的断裂准则,并推荐一个便于工程应用的近似准则——椭圆规律断裂准则。文中还将两种准则与实验结果进行了对比。     

基于断裂力学的多部位损伤结构的剩余强度分析方法研究

老龄飞机中由于多裂纹的产生将导致结构剩余寿命大幅削减。针对如飞机机舱上布有沿纵向铆钉接头的隔板结构,文中给出一种分析多部位损伤结构剩余强度的方法。裂纹扩展模型是分析的基础,文中对两类(单参量和三参量)扩展模型进行讨论,给出裂纹在增量载荷下萌生与稳定扩展的处理方法。基于Irwin和Dugdale裂尖张开位移模型与Swift准则,给出较为完整的分析多部位损伤(multiple site damage,MSD)结构剩余强度的方法。最后,通过对飞机压力舱上的沿纵向铆钉接头的模拟计算,对文中方法进行验证。由分析结果可知,采用文中方法计算得到的剩余强度值与试验值符合得较好,该方法能较为准确有效地对复杂MSD结构的剩余强度进行分析。     

废旧塑封芯片分层裂纹仿真

分析了废旧塑封芯片的分层机理,计算得到了芯片分层界面裂纹断裂能释放率并建立了界面裂纹扩展判断准则。通过仿真分析分别获得了芯片内部应力载荷、裂纹长度与裂纹扩展所需断裂能释放率之间的影响规律。结果表明,塑封芯片存在的内应力及其内部结构上的缺陷,均可导致分层裂纹的产生与扩展。最后基于理论与仿真计算的结果分析了旧芯片回收重用工艺,并提出减小芯片分层损伤的工艺方法。     

含多处损伤多孔铆接加筋板应力强度因子研究

多孔多损伤(multiple site damage,MSD)加筋结构的损伤容限评定,特别是MSD裂纹应力强度因子(stress inten sity factor,SIF)的精确求解是当今航空工程中亟待解决的问题.文中采用铆钉的两种表现形式(常规2D元和简化的弹簧元)的组合方式,建立含MSD多铆钉多筋条加筋平板结构的有限元模型,通过计算得到加筋板不同损伤模式下SIF随裂纹扩展历程变化规律的曲线,与已有的文献比较表明,本文数值结果精确、方法可靠,即不同长度裂纹的SIF计算可有效地通过FIRANC2D/L软件的裂纹扩展功能实现;同时分析MSD、腐蚀损伤、铆钉与孔间的干涉配合、铆钉材料及直径和筋条刚度等因素对SIF的影响规律,计算结果和结论可作为该类结构损伤容限设计的参考依据.     

Effect of ductile fracture criteria on chevron crack formation and evolution in drawing

The purpose of this study is to clarify the mechanics of ductile fracture in bulk metal forming processes by finite-element analysis and experiments. The author has developed a computer program, based on a conventional computer program involving the finite-element method, by which the behavior of crack propagation after ductile fracture can be analyzed. The phenomenon in which a ‘chevron crack’ appears periodically in the axial direction during drawing has been simulated using the developed computer program. Special attention is focused on the effect of various kinds of ductile fracture criteria on chevron crack formation and evolution during drawing. Results obtained are summarized as follows. First, the analytical results obtained using Gurson's fracture criterion and using Oyane's fracture criterion agree well with the experimental result. Second, the analytical results using Cockcroft and Latham's fracture criterion and using Brozzo et al.'s fracture criterion agree somewhat with the experimental result. Finally, the analytical result obtained using Freudenthal's fracture criterion does not agree with the experimental result.     

A unified brittle fracture criterion for structures with sharp V-notches under mixed mode loading

A unified brittle fracture criterion for cracks and V-notches under mixed mode loading is proposed by extending the maximum circumferential stress criterion and Novozhilov’s criterion. The mixed mode fracture toughness and crack orientation of PMMA plates with a sharp V-notch are predicted by the proposed criterion. Tests were also carried out in order to investigate the mixed mode fracture of the PMMA plates. The fracture criterion is validated by comparison to experimental results.     

三维压电陶瓷的断裂

基于三维压电陶瓷中的一般平片裂纹前沿的位移，应力和应力强度因子的表达式，求得局部机械能率，以此建立了压电陶瓷的断裂准则。作为特例，将此准则应用于二维问题，所得结果与已有结果基本一致。     

小范围屈服条件下裂尖塑性区统一解

采用俞茂宏双剪统一屈服准则求解了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型裂纹在小范围屈服条件下的塑性区形状与大小的统一解答。已有Tresca准则、Miss准则的解答均是该解答的特例或线性逼近,该解答可以适合于多种工程材料,具有普遍性和适用性,从得出的解析解和图形分析中可以得出一些新的结论。     

A fatigue endurance criterion in two stages with application to fretting contact

In this paper we propose a fatigue endurance criterion suitable for mechanical components under high stress gradients. It is composed of two stages in order to predict both short and long crack arrest. In the first stage, a non-local multiaxial fatigue criterion measures the potential for crack initiation/short crack arrest. In the second stage, linear elastic fracture mechanics is used to evaluate the possibility of long crack arrest. The predictions of the fatigue criterion are compared with available experimental data obtained with cylinder-flat contacts under partial slip, fretting wear conditions. The results show that the proposed criterion can describe the endurance mechanisms observed in the experimental data.     

Analysis of friction and surface roughness effects on edge crack evolution of thin strip during cold rolling

Experimental investigation and mechanical analysis have been carried out to study the edge crack formation during cold strip rolling using Atomic Force Microscopy (AFM) and Scanning Electron Microscopy (SEM). The effects of friction and surface roughness on edge crack initiation and growth rate have been discussed. Friction leads to an increase in fracture loads and decreasing the friction coefficient is effective in preventing the microcracks. Surface roughness variation along the strip width contributes to stress distribution and inhibits crack nucleation. The findings reveal that the behaviour of crack evolution is influenced by fracture surface roughness as well as rolling friction.     

三轴应力状态下复合型裂纹尖端前缘的塑性区分布

利用Ｍｉｓｅｓ屈服准则从理论上分析了Ⅰ－Ⅱ复合型裂纹尖端前缘的塑性区分布。推导出了由三轴应力约束参数Ｔｚ参与表征的裂纹尖端前缘塑性区尺寸ｒｐ的表达式，并绘制出了Ⅰ－Ⅱ复合型裂纹在单轴、双轴载荷作用下裂纹尖端塑性区的分布图。