基于断裂力学的混凝土坝裂缝灌浆压力计算模型

根据大坝工程上对裂缝种类的分类以及经常采用的化学灌浆方法,以某在建高拱坝中出现的几种裂缝为实例,考虑了浆液流动时的沿程阻损及重力影响,建立了基于断裂力学的化学灌浆计算模型。运用权重法,通过积分计算了灌浆时3种模型下的裂缝尖端应力强度因子。在不同的大体积混凝土断裂韧度条件下,对不同缝长及3种裂缝类型进行化学灌浆的容许灌浆...     

DUCTILE TEARING SIMULATION BASED ON A LOCAL ENERGETIC CRITERION

It is well known that the tearing resistance curve J–Δa is not a material property and that probably the energy dissipation rate is preferable to the integral J to characterize crack growth. The G parameter represents the energy dissipated in plasticity and fracture and, under certain conditions, this parameter could be used directly as a critical value for a criterion based on an energy release rate calculated near the crack tip to simulate propagation. Indeed, we see that a local energy release rate could be calculated near the crack tip to take account only of that portion of energy which participates in the fracture.
We applied this approach to simulate the crack growth for CT specimens with and without side grooves in a 20  MnMoNi 55 ferritic steel, and compared the results with Rousselier's model.     

复合材料层合板三维分层问题的断裂力学分析

对复合材料层板中椭圆分层的断裂力学问题进行了研究。根据层板平面剪切型分层和反平面剪切型分层尖端附近位移场、应力场与应力强度因子的关系,利用法向切片法,得到椭圆分层前缘应力强度因子与能量释放率的关系。结合由附加位移所确定的总位能,确定了能量释放率和应力强度因子沿分层前缘分布的表达形式。数值计算给出了二者随分层区形状、载荷以及各层厚度比等参数变化的分布情况。     

基于断裂力学的高强度钢材梁柱节点受力性能分析

为了研究国产Q460C高强度结构钢材梁柱节点的断裂行为,该文基于断裂力学理论,计算了Q460C高强度钢材焊缝及热影响区材料的断裂韧性,并且采用三维有限元断裂模型,以I型裂纹尖端应力强度因子K_I和J积分为定量的评价指标,分析了焊缝及热影响区不同长度的裂纹对梁柱节点断裂韧性的需求。弹性分析表明,K_I沿梁翼缘宽度方向呈W形分布,最大值出现在翼缘中心,且与名义弯曲应力呈线性关系,而焊根裂纹的断裂韧性需求比热影响区裂纹更高。弹塑性分析表明,J_I最大值出现在翼缘的边缘,热影响区裂纹的断裂韧性需求比焊根裂纹更高。研究结果表明,Q460C高强度钢材梁柱节点的断裂由焊根裂纹控制,断裂承载力与梁全截面塑性承载力相近,临界转角小于0.02rad,因此建议通过改善焊接工艺或局部构造来保证节点拥有足够的转动能力。     

基于断裂力学的裂隙岩体强度分析初探

基于断裂力学讨论裂隙岩体的强度一直是断裂力学与岩石力学等学科的重要课题。通过分析单个线性裂纹在压缩载荷作用下的剪切断裂条件,明确了压缩状态下张破裂剪切断裂韧性的物理意义及求解办法。使用复变函数和边界配置法求解了裂尖应力强度因子无量纲系数,进而对张破裂压剪准则进行了改进,使之更加便捷地进行有限裂纹体断裂的预测。基于修正的压剪判据推导了裂隙岩体试件的抗压强度求解公式,算例表明该文方法所建立的强度公式是准确、可靠的。最后,详细讨论了摩擦系数、裂隙倾角、裂隙长度、黏聚力以及围压对裂隙岩体试件抗压强度的影响机理。     

预腐蚀结构耐久性分析的概率断裂力学方法

考虑腐蚀环境的影响,建立了预腐蚀后结构耐久性分析的概率断裂力学方法。预腐蚀疲劳是影响飞机结构经济性和安全性的最重要因素,考虑地面停放预腐蚀的影响,建立预腐蚀条件下的相对小裂纹扩展规律,以裂纹萌生寿命(TTCI)服从双参数威布尔分布和对数正态分布为基础,反推得到预腐蚀条件下的当量初始缺陷尺寸分布(EIFSD),从而得到任意时刻裂纹尺寸分布函数,进行损伤度分析和经济寿命预测,并进行了预腐蚀后的某型飞机机翼副梁的经济寿命评定。     

基于断裂力学的钢框架梁柱节点抗震性能分析

介绍了8 个足尺节点试验的结果与连接焊缝断裂破坏的现象。采用二维有限元断裂模型,研究了抗弯钢框架梁柱节点的断裂行为。以I 型裂纹尖端应力强度因子K_I和J积分为定量评价指标,分析了焊接孔形式、初始缺陷尺寸及位置、焊接垫板、角焊缝补强等设计细节对节点材料断裂韧性需求的影响。弹性分析表明,切除垫板并以角焊缝补强的措施,能最有效地降低对材料韧性的要求。弹塑性分析表明,焊接高匹配时热影响区裂纹比界面裂纹对材料韧性的要求更高,且局部塑性应变累积使材料的断裂韧性降低;解释了节点试验中断裂易发生在梁下翼缘焊缝热影响区的现象。基于断裂分析得到的节点抗弯承载力与试验中节点的极限弯矩吻合较好,该文的研究为钢框架梁柱节点的防断设计提供了参考。     

基于当地流活塞理论的气动弹性稳定性分析方法研究

基于改进的当地流活塞理论,推导了用模态坐标表示的弹性振动翼面的非定常广义气动力表达式。通过与非定常Euler方程的比较,证明该气动力模型具有较高的数值精度,放宽了原始活塞理论对翼型厚度、迎角、马赫数的限制。再耦合两自由度结构运动方程,在时域和频域内实现了超音速、高超音速气动弹性的稳定性分析。应用算例计算了一系列二元机翼和三维舵面的气动弹性特性。通过与耦合非定常Euler方法或实验结果的比较,证明该方法在保证精度的同时大大提高了超音速气动弹性的计算效率,在颤振分析中有较高的工程实用价值。     

基于分子动力学模拟结果的界面破坏准则

结合材料的破坏通常都是从界面或其附近发生的,但界面破坏的机理及其评价准则尚未十分清楚。采用分子动力学模拟方法,可以对结合材料的界面起裂过程进行模拟,从而获得结合材料界面应力和界面破坏之间的关系。虽然在分子动力学模拟中采用了高度简化的界面模型,但对界面起裂过程的模拟,仍可以帮助人们获得结合材料界面破坏过程的规律性认识。通过在界面附近引入初始裂纹,导致界面上应力集中,从而引起界面起裂。从分子动力学模拟结果出发,提出了一个结合材料界面起裂,即界面破坏的准则。     

DELAMINATION: LAMINATE ANALYSIS AND FRACTURE MECHANICS

In the analysis of a multilayered composite laminate with an arbitrarily shaped delamination, accurate non-linear laminate analysis is required to obtain the kinematic and kinetic variables which characterize the local state of deformation at a generic point of the delamination front. These variables provide the strain/curvature parameters and the boundary tractions for the local analysis model of a multimaterial region containing an interfacial crack. The singular elasticity solution in the vicinity of the crack tip is obtained by an eigenfunction expansion, where the coefficients of the eigenfunctions are evaluated by boundary collocation. The accuracy of the present solution is indicated by the computed energy release rate, which is in close agreement with the result based on path-independent integrals.     

基于接触分析的转定子系统整周碰摩故障模拟

以一个单跨双盘柔性转子系统为研究对象,建立转子系统的有限元模型,基于接触动力学理论,将转子和定子简化为一个点-点接触单元,通过转定子间的圆形间隙变化来模拟转定子的分离及整周接触,并通过碰摩力耦合转定子模型,采用增广的拉格朗日方法处理接触约束条件,用库仑摩擦模型模拟转定子之间摩擦,考虑不同转速、转定子间隙、转定子法向接触刚度、阻尼和摩擦系数对转子系统动力学特性的影响。研究结果表明：转速和转定子法向接触刚度对系统响应影响最大,转定子法向接触阻尼和摩擦系数次之,转定子间隙影响最小。     

A FRACTURE MECHANICS ANALYSIS OF LOW CYCLE FATIGUE IN A SUPERALLOY*

Abstract— This paper introduces an analytical procedure for predicting engineering crack formation life of high temperature turbine components. This procedure is based upon elastic-plastic fracture mechanics rather than linear elastic fracture mechanics. State of the art, some experimental results and future developments are discussed.     

基于有条件模拟方法的桥梁抗震分析

该文研究地震空间变异性对桥梁地震响应的影响。依据经过加速度幅值调整的EI-Centro地震波和空间相干模型,采用条件模拟算法-多变量线性预测(MLP)法合成继承选用记录物理特性的多点地震动,并通过大质量法将其施加到桥梁结构上。以一座高墩大跨曲线连续刚构桥为研究对象,分析比较地震动行波激励和完全空间变异性激励作用下的桥梁动力响应,研究结果表明：大跨度桥梁地震响应分析应考虑完全空间变异性的影响,有条件模拟技术可以应用于桥梁抗震分析。     

一种基于Hamilton型拟变分原理的时间子域法

本文首先给出有阻尼线弹性动力学的一类变量广义Ｈａｍｉｌｔｏｎ型拟变分原理,它能反映动力学初值一边值问题的全部特征。然后,以这类Ｈａｍｉｌｔｏｎ型拟变分原理为基础,提出一种时间子域以五次Ｂ样条函数插值的时间子域法。算例表明,这种动力响应分析新方法的精度和计算效率都明显高于国际上常用的Ｗｉｌｓｏｎ－法和Ｎｅｗｍａｒｋ－β法。     

基于韧性准则的金属板料冲压成形断裂模拟

该文基于Rice-Tracey韧性失效准则,探索金属板料冲压成形的断裂数值模拟方法。首先设计两种试验,并结合有限元分析结果确定双相钢板料的材料失效参数;然后,基于Abaqus软件的显式模块Explicit,编写采用Rice-Tracey韧性失效准则的用户自定义材料子程序VUMAT;最后对双相钢薄板深拉成形过程中的断裂行为进行数值模拟,并进行了试验验证。结果表明,数值模拟结果与试验结果吻合较好。可见,Rice-Tracey韧性准则可用于金属板料冲压成形的断裂预测。     

基于变分原理的整体道床结构动力有限元分析

根据国内外铁路隧道整体道床的建设经验,针对弹性支承块式整体道床结构,建立轨道-道床底板-底部垫层相互作用的粘弹性地基梁模型。依据弹性梁动力分析的第一类变量广义HAMILTON拟变分原理,推导出了粘弹性地基上弹性地基梁的动力分析方程,建立了相应的有限元解析方法对整体道床结构的动力响应特征与影响因素进行分析。研究成果对优化整体道床结构的设计参数,分析其动力稳定性具有重要意义。     

基于离散方法的钢-BFPC结合面接触性能虚拟材料仿真研究EI北大核心CSCD

为准确计算钢-BFPC结合面的实际接触面积比进而建立基于离散方法的钢-BFPC结合面接触性能虚拟材料仿真方法。通过对结合面接触拓片离散化处理建立钢-BFPC结合面实际接触面积比的计算方法,编制了相应的计算程序,分析不同结合面压力对实际接触面积比的影响规律。以计算的实际接触面积比为基础,建立了钢-BFPC结合面虚拟材料仿真分析模型。分别通过虚拟材料仿真和实验研究了钢-BFPC结合面试件模态特性并将两种方式结果对比分析,结果显示两者的固有频率最大相对误差为+6.48%且振型一致,证明了钢-BFPC结合面实际接触面积比的离散计算方法和虚拟材料仿真方法的准确性。     

基于参变量变分原理的三维Cosserat体模型弹塑性分析与应变局部化模拟

基于参变量变分原理,该文发展了三维Cosserat连续体模型弹塑性有限元分析的二次规划算法。由于Cosserat连续体模型的本构方程中存在材料内尺度参数,该模型可以解决经典连续介质理论在分析应变软化问题时病态的有限元网格依赖性问题。数值结果表明所发展的三维Cosserat连续介质弹塑性有限元模型可以有效的模拟应变局部化现象并且该算法具有很好的数值稳定性,同时获得的数值结果具有良好的非网格依赖性。     

基于断裂力学的圆钢管混凝土T型焊接节点疲劳寿命预测

该文应用线弹性断裂力学基本原理预测圆钢管混凝土桁架焊接T型节点的疲劳寿命。首先,进行了一些节点的疲劳试验,作为验证节点疲劳寿命预测是否可靠的参考数据;其次,建立了基于断裂力学的疲劳寿命数值模拟的模型和流程框图,采用ANSYS软件编制了APDL宏命令,实现了节点疲劳寿命的计算;最后,分析了节点疲劳裂纹的扩展特性。研究结果表明：断裂力学数值模型能较好地预测这种复杂的钢混组合节点的疲劳寿命;在正常的焊接质量条件下,不同的初始裂纹尺度对节点疲劳扩展寿命的影响不大;裂纹在长度方向的扩展速度大于在深度方向的扩展速度;裂纹深度在达到1/2主管壁厚之前,裂纹沿深度方向的扩展非常缓慢,大部分的疲劳寿命消耗在此阶段,之后裂纹沿深度方向的扩展较快。     

基于失效概率偏导数的局部与全局混合灵敏度分析

基于失效概率偏导数的局部灵敏度与矩独立的全局灵敏度定义了一种新的混合灵敏度指标,该灵敏度指标不仅继承了传统的矩独立灵敏度的优点,而且反映了矩独立灵敏度和基于方差的灵敏度之间的内在联系。针对该矩独立的混合灵敏度指标计算量大的问题,该文首先将其转化为基于方差的混合灵敏度指标,然后利用能够高效计算条件矩的态相关参数(SDP)法进行求解。为了进一步提高计算效率,该文建立了基于重要抽样和截断重要抽样的SDP方法。算例结果验证了该文所提指标的合理性及所提方法的准确性。方法方法