三维裂纹应力强度因子数值计算

利用无网格Galerkin方法对三维裂纹问题进行分析。基于最小二乘法的无网格方法仅需一系列节点信息就可构成物体的离散模型。在无网格Galerkin方法中,位移边界条件不包含在内,因此,在边界已知位移方向上设置一系列弹簧来满足无网格方法的本征边界条件。弹簧的一端与已知位移的物体表面固连,而另一端固定,把计算位移与已知位移的误差作为弹簧的变形量。弹簧作为弹性体的一部分,弹簧的变性能也是弹性体应变能的一部分。裂纹使得弹性体具有不连续性,对体内节点具有隔离作用。用可视准则处理裂纹面对影响域内Gauss点的隔离作用。提出简单有效的方案,确定可变的节点影响域,这一方案可以保证体内每一个节点影响域内的节点数为一给定的常数,通过限制影响域内最小二乘计算的大小,提高计算近似函数的效率。利用三维间断位移法计算三维裂纹前缘的应力强度因子,计算有限体内边界贯穿平置裂纹和边界非贯穿平置裂纹的应力强度因子。无网格Galerkin方法的计算结果与前人研究的结果吻合很好,这可为三维裂纹的扩展追踪提供参考。     

Winkler地基上有限板问题的计算

文献给出了Winkler地基上无限大板在集中力作用下的解。本文在此基础上,利用零阶柱函数的性质,导出了Winhler地基上无限大板在集中力偶作用下的解。对于有限板问题,采用补偿荷载法求解,可较好地解决此类问题。     

偶应力对裂纹扩展的影响及其尺度效应

 与经典弹性理论相比,偶应力理论中考虑了微观结构的旋转梯度(即弯曲曲率),可以展示变形的弯曲效应。把无网格方法和偶应力理论结合在一起,给出偶应力理论的无网格离散模型。采用最大周向拉应力裂纹扩展准则,研究受拉情况下I型平面裂纹问题,确定该方法的基本参数,解决算法实施的关键技术。在此基础上,研究在不同微观尺度下受压岩体中裂纹初始破裂问题,进而对在某一给定微观尺度下受压岩体中裂纹扩展路径进行数值模拟跟踪。结果表明,偶应力对I型平面裂纹破裂没有影响,对复杂裂纹的弯折扩展有显著的影响,复杂裂纹的扩展角度、扩展步长、扩展载荷和扩展路径表现出显著的尺度效应。     

预制裂纹岩石压剪试验的数值模拟分析

采用岩石破裂过程分析软件RFPA^2D对预制裂隙大理岩试样的压剪试验进行数值模拟。数值分析表明，次生裂纹基本沿裂纹尖端萌生和扩展，所形成翼裂一股逐步趋向与荷载方向一致，这和试验结果是相吻合的。尽管某些数值分析结果和试验结果并不完全符合，但数值分析的模型和参数基本上有效地模拟了真实岩体介质的不均质性等力学特性。同时，采用该软件分析了加工小孔对裂尖应力状况的影响，加工小孔的存在对试验结果有一定影响，但并没有实质性影响。其影响主要在两方面：一是使翼裂起裂角变大，扩展路径变曲折；二是使材料更易于在裂尖引发二次(剪切)裂纹。最后，对锯齿形裂纹模型进行了初步的数值模拟。     

岩石裂纹小范围屈服时声发射总数与应力强度因子关系的研究

根据裂纹尖端微裂纹密度理论，假定声发射总数与裂纹尖端的显微裂纹总长度成正比，推导了出了岩石裂纹稳定扩展时声发射总数与应力强度因子之间的关系式。将并一些试验结果与理论推导进行了比较，结果表明；理论推导与试验结果大体一致。     

岩石四弯裂纹试件动应力强度因子的数值计算

采用动态有限元与动态Ｊ（ｔ）积分相结合的数值方法，首次计算了岩石四弯裂纹试件的动应力强度因子ＫＩ（ｔ）与ＫＩ（ｔ），获得了各种复合比下ＫＩ（ｔ）／Ｋ０，ＫＩ（ｔ）／Ｋ０－ｔ的关系曲线。结果表明，本文方法具有较好的效果。     

基于ANSYS的应力强度因子计算

以平板表面裂纹为例,介绍和分析了运用有限元软件ANSYS计算应力强度因子的方法。通过对求得的应力强度因子值与解析解的比较,表明用有限元方法计算应力强度因子具有相当高的精度,并且操作简便。     

脆性材料中倾斜裂纹扩展的数值模拟与复合应力效应研究

该研究应用一个材料失效分析模拟软件MFPA^2D，以硼玻璃作为典型的脆性材料，通过对单向拉伸下含不同倾斜角度裂纹玻璃失效情况的数值模拟，重点研究含不同裂纹角的倾斜直通裂纹玻璃试样存单向拉伸下的复合应力效应。研究表明，在这种情况下裂纹尖端存在的三种类型应力：KⅠ，KⅡ及平行应力对裂纹扩展有不同的作用。对于脆性材料的平面应力问题，KⅠ是裂纹扩展的主要因素，KⅡ起辅助作用，平行应力对裂纹扩展有抑制作用。这与传统概念所认为的对于玻璃和陶瓷类脆性材料，断裂完会由Ⅰ型应力强度决定有所不同，对于认识脆性材料的失效机理和断裂预防具有积极意义。     

考虑梯度应力的深部围岩板裂化模拟初步试验研究

板裂化严重威胁着深埋井隧施工安全。板裂是否与围岩梯度应力有关目前尚不清楚。在理论证实围岩切向应力梯度随埋深增加的基础上,提出改进的岩石梯度应力营造方法,利用d0(试件上下表面长度差)为0.1～0.8 mm的长方体花岗岩试件,开展梯度应力下岩石变形破坏过程应变监测试验,重点验证梯度应力下岩石能否发生板裂,以及所产生的岩板厚度是否均匀。结果表明：(1)改进的岩石梯度应力营造方法,可在试件端部营造出在厚度方向上线性递变的应力,其变化速率可达10³ MPa/m以上。(2)在梯度应力下,在试件端部低应力区域产生了与加载方向一致的拉张应力;该张应力为0.5～1.5 MPa,呈现出“升–降–升–降”的阶段性变化,可通过减小d0予以抑制。(3)在梯度应力下岩石发生了板裂化破坏,所产生的岩板厚度相对均匀;并且板裂化裂纹呈现为拉张的性质,与以往研究结果一致,证实了梯度应力是深部围岩板裂孕育过程不可忽略的重要影响因素。研究结果为进一步研究岩石板裂的发生条件及岩板厚度的影响因素奠定了试验基础。     

数字散斑相关方法测定岩石I型应力强度因子

提出一种通过数字散斑相关方法测定岩石I型裂纹尖端位置和应力强度因子的试验方法。采用数字散斑相关方法观测三点弯曲加载条件下,含I型预制裂纹的花岗岩半圆盘试件裂尖区域的位移场,采用牛顿–辛普森方法求解含未知参量的非线性位移场方程组,计算裂尖位置和应力强度因子。研究结果表明,采用该方法可以准确测定岩石I型应力强度因子、裂尖位置及裂纹扩展长度,揭示岩石断裂及裂纹扩展的演化特征。该方法解决以往研究中因不能准确测定裂纹尖端位置,而无法计算岩石断裂参数的难题。     

点腐蚀裂纹的应力强度因子分析

由点腐蚀诱发的裂纹分为穿透型裂纹和表面型裂纹两种形式,通过半解析半数值方法,分别给出两种裂纹形式的应力强度因子表达式。对于穿透型裂纹,其应力强度因子表达式基于有限宽板上的圆孔周界散射出的裂纹的应力强度因子推导得到,并采用有限元方法进行验证,验证结果表明表达式与有限元方法吻合良好;对于表面型裂纹,首先采用有限元方法进行系列计算,根据计算结果进行回归分析并得到应力强度因子的回归公式,然后对回归公式进行显著性检验,检验结果表明回归公式是显著成立的。     

考虑中间主应力效应的隧洞岩石抗力系数的计算

基于统一强度理论导出圆形水工隧洞岩石抗力系数的计算公式。从该公式中不仅可得到以往的一些结果,还可得到一系列新的结果。这些新结果可以定量考虑岩石的中间主应力效应,因而能灵活地应用于各类岩石。     

柱支承板变形计算的双向板带叠加法及裂缝验算建议方法

针对《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2002)中受弯构件刚度计算公式仅适用于单向受弯这一突出问题,提出用“双向板带叠加法”计算柱支承板板格中心变形的思路和方法。应用有限元分析结果拟合出柱支承板支座控制截面的弯矩最大值Mmax与弯矩平均值-M比值(Mmax/-M)的计算公式,并据此提出柱支承板裂缝验算建议方法。     

钢-聚氨酯夹层板稳定分析

分别建立了钢-聚氨酯夹层板和普通钢板的有限元模型,在边界条件、加载情况均相同的条件下进行有限元稳定分析,夹层板采用板-实体-板结构模拟,结果表明在相同条件下,夹层板比普通钢板的屈曲强度均有较大程度的提高。同时进行了保持一定条件不变,分别改变夹芯层厚度、面层钢板厚度模拟分析,结果表明在一定范围内,夹芯层厚度与钢面板厚度增大,夹层板的屈曲临界荷载值也随之增大。夹芯层的抗弯刚度和横向剪切变形对板的影响不可忽略。     

岩石类材料滑动裂纹模型

滑动裂纹模型被广泛应用于岩石类材料压剪断裂分析及损伤分析。针对较为典型的6种翼裂纹应力强度因子计算模型,综合考虑主裂面方位、翼裂方位、侧压及翼裂当量长度的影响,对各计算模型进行了系统的对比分析;针对翼裂纹沿主压应力方向的情形,进行有限元分析,并和理论模型计算结果进行比较。最后综合得到一些有益的结论和建议,可为选用滑动裂纹计算模型进行岩石类材料压剪断裂和损伤分析提供参考。     

厚板焊接柱残余应力的有限元分析

厚板焊接柱极限承载力研究的关键是焊接残余应力的确定.本文应用热弹塑性应力分析理论,有限元法计算了厚板焊接箱形截面的残余应力分布.结果表明:由于三维残余应力的影响,厚板焊接箱形截面中纵向残余拉应力的峰值略高于钢材的屈服点,残余压应力分布区的大小及压应力峰值不仅与焊接输入热量有关,而且与截面积的大小有直接关系.受厚板截面本身的几何形状所影响,箱形截面有焊缝一侧壁板与另一侧壁板残余应力分布及大小有明显的不同.两个1/4箱形截面的焊接残余应力实测基本上验证了理论分析.