U形切槽梁准脆性材料力学双参数测试法

提出用变化U形切槽根部圆角半径的纯弯曲梁或三点弯曲梁同时测试准脆性材料断裂韧度和抗拉强度的方法.其测试原理为:首先对U形切槽二等分线上的弹性张开应力在断裂过程区长度上积分,再除以该长度,得到平均应力;然后用非局部应力法和平均应力得到含有断裂韧度和抗拉强度的破坏准则;将材料试验机测得的几组U形切槽梁的临界载荷代入平均应力破坏准则,得到有关这两个力学参数的超定方程组,再用恰当的数值方法求解.用此力学双参数测试方法必须知道U形切槽梁相应的应力集中系数,为此分别给出纯弯曲和三点弯曲U形切槽梁在宽范围内的应力集中系数,它们扩充和改进了现有应力集中系数手册中的有关数据.利用相关文献中的U形切槽梁实验数据验证了建议的测试方法是可行的.     

切口的临界距离原理断裂准则

借助于有限元分析,探索临界距离原理应用于各种切口石墨平板脆断的有效性,其中包括U型切口平板的拉伸试样、钝V型切口半圆形弯曲试样、单边钝V型切口三点弯曲梁试样和钝V型切口的巴西圆盘压缩试样等。首先利用临界距离原理,标定材料的特征距离和内部强度应力,计算出两种石墨材料的断裂韧度,并与文献中的给定值进行了比较。然后预测了I型模式下各切口件的断裂载荷,并与实验结果进行了比较。结果表明:临界距离原理不仅可以预测切口件的断裂,还提供了一种根据切口件的断裂实验来预测材料断裂韧度的工程方法。而且,临界距离原理的最大优点是只需要切口附近的数值结果,从而避免求解切口附近复杂的解析应力场,因而适合工程应用。     

复合型V形切口脆断的能量释放率准则

在实际工程中,脆性材料中的V形切口多处于复合型受力状态,因此,确定脆性材料中的复合型V形切口起裂角和临界载荷有着重要的意义.基于V形切口尖端附近的奇异应力场和位移场,采用支裂纹应力强度因子的起始值,提出了Ⅰ-Ⅱ复合型V形切口脆性断裂的能量释放率准则;并对复合载荷下单边切口试件进行了起裂角和临界载荷预测,将其结果与应变能...     

复合型V形切口脆断的应变能密度因子准则

通过定义V形切口应变能密度因子,将V形切口尖端的奇异应变能密度转化为非奇异的应变能密度因子.基于V形切口尖端附近的线弹性奇异应力场,建立Ⅰ-Ⅱ复合型V形切口脆性断裂的应变能密度因子准则,并把裂纹作为切口张角为零的V形切口,从而将V形切口问题与裂纹问题的断裂准则统一起来.为了验证该准则,采用有机玻璃(polymethyl methacrylate,PMMA)板材加工了多种单边复合型V形切口试样进行拉伸破坏实验,应用上述准则对试样的起裂方向和临界载荷进行预测,并与最大周向应力准则和实验结果进行比较.结果表明,用所建立的应变能密度因子准则所预测的临界载荷在切口张角较小时更接近于实验结果.     

复合型加载条件下PMMA断裂行为的实验研究

给出一个中心裂纹圆盘断裂试验的较完整的试验技术,并用此试验技术在岛津材料试验机上对有机玻璃(polymethyl methacrylate,PMMA)这种典型的脆性材料成功地进行纯Ⅰ型、纯Ⅱ型和复合型加载条件下的断裂试验。试验结果表明,纯Ⅰ型、纯Ⅱ型及复合型加载条件下,载荷分布角γ大于8°,对KⅠ和KⅡ的试验结果有较大影响;纯Ⅰ型加载条件下裂纹是自相似扩展的,纯Ⅱ型和复合型加载条件下裂纹是非自相似扩展,且起裂始于切口端部的角点处。试验结果和有限元分析结果表明,最大周向拉应力准则对于预测非理想裂纹切口试件的开裂角仍然是有效的,但必须以实际试件切口端部角点处的应力场为依据。     

混凝土K判据及K_(ⅠC)计算公式的探讨

根据已有的断裂实验测试资料和计算结果 ,对比按经典断裂韧度计算式计算的断裂韧度KⅠC和双K断裂准则中的起裂韧度KiniⅠC和失稳韧度KunⅠC,并计算按经典断裂韧度计算式用临界有效裂缝长度代替预制裂缝长度时的KⅠC值 ,认为工程中通常采用的按经典公式算得的KⅠC并不能全面体现混凝土开裂的真实情况。提出工程中宜采用双K断裂准则 ,并综合考虑安全因数进行设计。由于混凝土断裂试验中CMOD较难准确测定 ,提出通过Δ与CMOD的换算 ,以Δc 代替CMODc 计算临界有效裂缝长度ac,从而降低了实验难度。文中还对双K断裂准则中粘聚力的假定分布进行探讨     

CCCD-SHPB动态断裂试验系统原理及数值分析

提出在分离式Hopkinson压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)上用中心裂纹圆盘(central cracked circular disk,CCCD)型试件形成CCCD-SHPB试验系统来实施脆性材料的动态断裂试验.该系统的基本思想是基于SHPB的一维试验原理,得到中心裂纹圆盘型试件两端载荷的平均载荷;推广准静态的应力强度因子公式,并以此平均载荷代入以获得动态应力强度因子.对此动态断裂试验系统的三维动力学数值分析表明,CCCD-SHPB动态断裂试验方法是有效的,用此动态应力强度因子表征和测试脆性材料动态断裂韧度的方法也是有效可靠的.     

拉/扭复合应力下脆性材料断裂的一般准则

根据脆性材料的正应力断裂准则，提出适用于在拉／扭复合应力下无机玻璃(包含陶瓷)等脆性材料的断裂准则，并利用文献中的试验结果对该准则进行了客观的校验。提出的拉／扭复合应力下结构陶瓷材料的断裂准则，既适用于脆性材料的光滑试件，也适用于具有不同应力集中系数的切口试件或结构件。此外．该准则具有简洁的形式，不合任何经验常数；更重要的是，可以根据抗拉和抗剪强度的概率分布，求得拉／扭复合应力下结构陶瓷材料带存活率的断裂准则。     

陶瓷材料断裂韧度的非局部理论研究

利用非局部弹性理论和最大拉应力准则，推导了陶瓷材料Ⅰ，Ⅱ型裂纹平面应为断裂韧度的理论计算公式，公式与裂纹几何无关，仅与材料参数有关。通过实验得出，断裂韧度的理论值是测试值的下限。     

用于断裂韧度测试的C形环小试样的规则化方法与应用

伴随结构精细化、小型化的发展,薄板、薄壁管件等小尺寸构件得到应用,试样小型化对满足特殊取样要求和材料断裂韧度测试需求有重要工程意义,而基于非标小试样的材料断裂性能测试方法尚难满足需求。设计用于延性材料断裂韧度测试的C形环小试样,提出应用该类小尺寸试样获取材料延性断裂韧度的、基于量纲一载荷分离理论的规则化测试方法。分别采用C形环小试样和传统紧凑拉伸型(Compact tension,CT)大试样完成转子材料26Ni Cr Mo V11-5钢和压力容器材料A508-Ⅲ钢的J阻力曲线试验,讨论C形环小试样厚度、初始裂纹长度对试验结果的影响。结果表明,试样厚度和初始裂纹长度对C形环的J阻力曲线测试结果影响有限,但C形环试样裂尖具有更高的约束水平,由C形环试样得到的J阻力曲线明显低于CT试样的结果。