预裂纹混凝土拉压疲劳荷载下裂纹扩展速率

为研究C50混凝土预裂纹在拉压循环荷载下的扩展速率,进行了应力比为-1,应力幅值为020~130MPa的拉压疲劳试验.针对混凝土在拉压疲劳荷载下裂纹扩展时其长度不易确定的问题,提出潜行等效裂纹长度假说对试验结果进行分析.结果表明：混凝土裂纹第1阶段起始扩展区和第2阶段稳定扩展区比较明显,第3阶段加速扩展区不明显,在稳定扩展区后期,裂纹扩展曲线的斜率并不像金属那样快速增加,而是增幅趋缓,在稳定扩展阶段后期无征兆突然破坏,与混凝土脆性断裂的特性相一致.利用最小二乘法拟合得到裂纹扩展速率Pairs公式中的参数C,m,在考虑50%,90%,99%的存活率时,C可在031~045,076~099,122~198中取值,m取值范围对存活率大小的敏感性较低,可在30~48之间取值.     

基于Verhulst模型的疲劳裂纹扩展公式

根据 dadn-ΔK 的关系曲线与Verhulst模型曲线的对应关系 ,导出了基于Verhulst模型的两个疲劳裂纹扩展公式 ,对工程实例的计算表明 ,导出的公式适合 dadn-ΔK 的关系曲线的整个区域 ,精度较高。     

高耸结构风振疲劳的随机裂纹扩展分析

采用随机裂纹扩展模型对高耸结构的风振疲劳问题进行分析,同时考虑平均风速的概率分布和时间相关性对裂纹扩展的影响,用ZMNL法模拟相关的平均风速时程样本,根据Monte-Carlo法得出裂纹长度的概率分布.推导出计算裂纹长度和疲劳寿命的二次矩近似法公式,用对数正态模型近似计算其概率分布.通过对一单杆输电塔的计算,证明上述方法的可行性,并对时间相关性对裂纹扩展的影响进行分析.     

高耸结构风振疲劳的随机裂纹扩展分析

采用随机裂纹扩展模型对高耸结构的风振疲劳问题进行分析,同时考虑平均风速的概率分布和时间相关性对裂纹扩展的影响,用ZMNL法模拟相关的平均风速时程样本,根据Monte-Carlo法得出裂纹长度的概率分布。推导出计算裂纹长度和疲劳寿命的二次矩近似法公式,用对数正态模型近似计算其概率分布。通过对一单杆输电塔的计算,证明上述方法的可行性,并对时间相关性对裂纹扩展的影响进行分析。     

变幅荷载中次高荷载对疲劳裂纹扩展的影响

通过１６Ｍｎ钢紧凑拉伸试件的变幅加载疲劳裂纹扩展试验，研究了次高荷载对裂纹扩展的影响。研究结果表明，次高荷载降低了最高荷载对裂纹扩展的迟滞效应，次高荷载值越接近最高荷载，降低迟滞的作用越大。次高荷载的这种作用可以解释单峰过载和随机加载裂纹扩展的很大差异。     

钢桥荷载谱中高荷载对疲劳裂纹扩展的影响

陈述了在随机加载条件下，Ｒａｙｌｅｉｇｈ分布荷载谱中高荷载对１６Ｍｎ钢疲劳裂纹扩展影响的研究。实验表明，在比较接近钢桥服役条件的荷载谱中，高荷载循环加速了疲劳裂纹扩展，缩短了裂纹扩展寿命。     

高载比和高载出现频率对随机加载疲劳裂纹扩展行为的影响

陈述了以１６Ｍｎ钢紧凑拉伸试进行的变幅加疲劳裂纹扩展行为研究。通过改变瑞利分布随机荷载谱的高荷载比和高荷载出现频率，改变得复单峰过载谱中高载出现频率，研究了这些因素对疲劳裂纹扩展和寿命的影响。实验表明：随机加载条件下，高荷载对裂纹扩展的影响没有单峰过载加载时大；高载比和高载出现频率是影响裂纹扩展的重要因素；在实验随机加载条件下；高载比和高于２．０时，高荷载才对裂纹扩展有明显的迟滞作用，高载比小于２     

应用无单元法追踪裂纹扩展

用无单元实现了复杂受力条件下的复合型型裂纹的开裂追踪,并在算例中得到了非常理想的结果。     

碳纤维复材加固钢板表面裂纹疲劳扩展研究

提出半椭圆表面裂纹疲劳扩展的一种有限元计算方法,该方法利用有限元软件计算裂纹前缘应力强度因子,采用Paris公式预测裂纹扩展量,通过有限元网格的自动重构来模拟分析表面裂纹的疲劳扩展过程。以中心表面裂纹钢板为研究对象,验证了所提方法的有效性和可行性,在此基础上,对常幅疲劳荷载作用下碳纤维复材(CFRP)加固钢板的表面裂纹扩展特性及疲劳寿命预测进行了研究。研究结果表明:CFRP加固能有效降低表面裂纹的扩展速率,长度方向由于直接受到CFRP的约束作用扩展速率降幅更大;裂纹形状比对CFRP加固效果影响较大,形状扁平的表面裂纹的疲劳寿命提升效果更好;加固后裂纹形状比相对加固前有所增大,增幅与其初始裂纹尺寸有关。     

酸雨环境下Q420B钢材腐蚀疲劳裂纹扩展试验与模型研究

为研究特高压输电塔所用Q420B结构钢在酸雨环境下的腐蚀疲劳裂纹扩展行为,开展了Q420B的CT试样在人工酸雨喷雾腐蚀环境下的腐蚀疲劳试验。试验采用背面应变法监测裂纹长度,研究喷雾方式、pH值、应力比对裂纹扩展速率的影响。试验现象及断口分析表明,CT试样的断裂类型主要为穿晶疲劳断裂,腐蚀疲劳机制主要为阳极溶解机制。对于各工况,基于Paris模型推导了考虑模型参数随机性及da/dN数据波动性的腐蚀疲劳裂纹扩展速率P-da/dN-ΔK模型。结果表明,腐蚀疲劳裂纹扩展速率的离散性随应力强度因子幅的增大呈先减小后增大的趋势,该现象与Paris模型参数的线性相关性有关;相较于浸泡腐蚀,喷雾腐蚀下的裂纹扩展阶段存在明显的裂纹闭合效应,导致在ΔK较低阶段喷雾工况裂纹扩展速率均低于纯疲劳工况;腐蚀液pH值越低,裂纹扩展速率曲线斜率越大,但其初始速率也越低;应力比方面,增大应力比能明显缓解裂纹闭合效应,且裂纹扩展速率随应力比的升高而升高。     

钢筋蚀坑对其疲劳断裂特性的影响

基于降载勾线法,对人工钻孔模拟蚀坑的3根HPB300钢筋试件开展了疲劳裂纹扩展试验,并结合FRANC3D软件对钢筋疲劳裂纹扩展规律进行了数值分析.在此基础上,以不同应力幅值对12种尺寸的半椭圆形蚀坑钢筋模型的裂纹扩展过程进行了数值分析.结果表明:钢筋裂纹扩展速率前期缓慢增长,后期迅速增大;初始裂纹深度较大的钢筋疲劳寿命明显缩短;初始裂纹深宽比越大的钢筋疲劳寿命越短;应力幅值增大会使缺陷钢筋疲劳寿命缩短,并且初始裂纹深宽比越大的钢筋,其后期裂纹扩展速率增长越快,疲劳寿命缩短越明显.     

基于连续介质法研究焊接钢节点疲劳裂纹的产生和发展

采用基于连续介质的离散裂纹增长方法对焊接钢节点进行疲劳寿命分析。该方法将材料硬度和粒度的统计信息应用于累积损伤模型。通过疲劳强度试验验证了该方法的准确性,采用该方法预测的裂纹增长速率和疲劳寿命与试验结果一致。     

含双孔洞砂岩裂纹演化规律研究

基于室内砂岩单轴试验,采用颗粒流软件模拟后获得了一组反应砂岩力学特性的细观参数。采用该组参数开展了不同倾角双孔洞砂岩单三轴试验,分析了不同孔洞倾角对峰值强度、裂纹扩展的影响。结果表明单轴试验中试样破坏模式分三种:裂纹沿压应力集中区向试样边缘倾斜扩展破坏;压应力集中区裂纹与远场裂纹贯通破坏;压应力集中区裂纹朝最大主应力方向扩展破坏。孔心距一定时,45°试样峰值应力最小(除2b=17 mm),在90°时峰值应力最大。在角度相同时,孔心距大的峰值应力普遍较大(除2b=27 mm)。三轴试验表明,峰值偏应力随围压升高先增加后降低,在围压为定值时,峰值偏应力大小顺序为90°60°45°30°,0°试样规律与其他不同。试样峰值偏应力大小与裂纹扩展路径及围压有关。     

焊接结构裂纹扩展分析的无网格和水平集耦合方法

针对焊接结构由于初始裂纹的存在而导致裂纹扩展,降低结构承载力,危及结构使用安全的问题,提出了分析有初始裂纹焊接结构的裂纹扩展及其扩展路径的无网格和水平集耦合方法。先建立焊接结构的无网格模型,将节点划分为常规节点、阶跃扩展节点和裂尖扩展节点; 然后采用移动最小二乘法计算近似函数,得到结构的位移场及应力场; 最后采用相互作用积分法求解应力强度因子,将最大周向应力准则作为失效准则计算开裂角,获得焊接结构的裂纹扩展路径。裂纹几何形状采用水平集法描述,裂尖位置采用在裂尖处相互正交的波前水平集函数和裂尖水平集函数定位,裂纹扩展路径跟踪采用水平集更新算法实现。以焊接节点为环状形式截面且存在初始焊接裂纹为研究对象,编制了基于所提方法的裂纹扩展程序。结果表明:采用所提方法分析焊接结构裂纹扩展计算得到的应力场光滑且协调,无需进行后处理,避免了有限元计算裂纹扩展时网格畸变和扭曲,提高了传统无网格法的精度和效率,实现了对裂纹扩展路径的准确跟踪。     

单轴压缩岩石不同边界裂纹扩展数值模拟研究

对于单轴压缩的岩石试件,其破坏形式主要是微裂纹的摩擦滑移、自相似平面扩展和弯折扩展.基于断裂力学机制,运用FLAC的显式有限差分数值模拟技术,对单轴压缩荷载下三种不同边界形状,即直边、凸形、凹形情况下含近边界预置斜裂纹的岩石模型进行了数值模拟研究.研究结果表明,基于Interface界面单元建立的裂纹扩展模式以Z型翼裂纹扩展为主,可以较好地模拟裂纹扩展过程.预置裂纹倾角和边界形状对近边界裂纹起裂应力及裂纹扩展过程都有一定的影响.凹边界情况下裂纹扩展较为稳定,无非稳定扩展情况的出现,而直边界和凸边界情况裂纹扩展均由稳定扩展到非稳定扩展逐步进行.     

基于可靠度理论的焊接结构疲劳寿命评估

以16MnR钢的焊接结构为例,视主要变量为不确定的,考虑Taylor展开的方法求解一般函数的均值和标准差。根据断裂判据,采用JC法(国际结构安全度联合委员会JCSS推荐)对这种结构进行疲劳可靠性分析,并运用概率断裂力学方法进行给定可靠度下的剩余疲劳寿命计算。算例结果表明,JC法计算精度较高,采用断裂力学方法估算含裂纹构件的剩余疲劳寿命是可行的。     

预制裂隙岩石裂纹扩展规律的研究进展与思考

预制裂隙岩石裂纹扩展规律研究是从细观、宏观角度了解和掌握岩石破坏机理的一条重要途径,由此开展的研究拓宽了人们对岩石的已知认识,围绕其开展的相关研究也是目前业内研究的热点和难点之一。在现有研究方法的基础之上,从介绍预制裂隙岩石试样的制备入手,分别对常见岩石及类岩石材料的预制裂隙形式及其适用条件、预制裂隙岩石裂纹扩展规律的常用研究手段及其优缺点、预制裂隙岩石裂纹扩展规律的研究进展等方面进行了详细的介绍,并通过对前人取得的成果进行对比和思考,指出了预制裂隙岩石裂纹扩展规律这一研究领域仍需着力研究的方向。     

FRP加固混凝土构件中裂纹扩展规律的数值模拟

用数值模拟程序MFPA对纤维增强塑料(FRP)加固混凝土构件在外载荷作用下的变形与内部裂纹萌生、扩展过程进行了数值模拟,分析了裂纹扩展的基本规律,着重探讨了不同FRP参数以及FRP与混凝土之间的粘结层参数对整个构件承载能力和最终裂纹扩展模式的影响.     

充填物对岩石疲劳裂纹萌生及扩展的影响研究

针对岩石存在的各种缺陷的特点,采用球形夹杂物理论,对岩石内部充填物与基体进行了应力集中分析和热应力分析,研究了充填物对岩石疲劳裂纹萌生及扩展的影响。作为特例,讨论了孔洞和刚性充填物的情况。