基于ABAQUS二次开发的巴西圆盘断裂机理

针对含中心裂纹的巴西圆盘开裂模型利用ABAQUS进行了参数化二次开发,基于扩展有限元法和最大周向应力准则对试件裂纹扩展进行数值模拟并验证,研究了围压对裂纹扩展以及裂纹尖端应力强度因子和T应力的影响.研究结果表明,试件在预制裂纹尖端发生起裂并沿最大周向应力方向扩展.随着裂纹倾角增大,Ⅰ型应力强度因子逐渐减小,Ⅱ型应力强度因子呈现先增大后减小的趋势,T应力逐渐增大.随着围压数值的升高,试件的断裂韧度增大,T应力增大,而Ⅰ型和Ⅱ型应力强度因子几乎不受影响.     

岩石压剪断裂及其强度特性分析

籍助于断裂力学的理论和有限元数值计算方法，分析了压剪断裂过程中裂纹尖端应力场的演变规律；修正了应力强度因子的有关计算式，建立了表征初裂的新的断裂准则；反映了裂纹几何尺寸、分布规律、裂纹面物理力学性质、岩石材料断裂韧度，以及围压效应对岩石压剪断裂的影响．     

断续节理岩体弹性断裂理论研究

针对节理裂隙断续切割且稀疏分布的工程岩体,进行了系统的弹性断裂分析理论研究.首先,基于能量等效原则,推导了裂隙岩体材料在压剪和拉剪作用下的各向异性本构方程.其次,同时计及远场应力及裂隙面上的压力和剪切力,给出了压剪作用下裂隙尖端区域的应力场和应力强度因子,并考虑材料单元的有限性对应力强度因子进行修正.最后,基于最大周向拉应力准则,推导了裂隙岩体单元的压剪断裂判据.     

激光切割液晶玻璃的表面边缘质量分析

在使用激光器切割液晶玻璃过程中,时常会碰到边缘质量问题.从断裂力学的角度,运用实验和数值模拟的方法,探讨了激光扫描速度对裂纹尖端应力强度因子的影响,研究了玻璃表面边缘质量缺陷问题、裂纹偏转角以及裂纹扩展到分叉点时的应力强度因子变化.结果表明:仅增加激光扫描速度2mm/s,对裂纹尖端I型和II型应力强度因子的降低就非常明显;裂纹表面边缘的气泡以及缺陷是由于激光扫描过程中局部温度达到玻璃软化温度造成的;裂纹的偏转角符合最大周向应力准则;裂纹分叉点的应力强度因子大小已超过玻璃断裂韧度,而且在扩展到分叉点过程中,应力强度因子KII的作用呈不断增大现象.     

开口圆环紧凑拉伸断裂韧度试样的应力强度因子K_1有限元——J积分计算

为了把断裂力学原理应用于工程实际,测定金属材料的断裂韧度值,需要找到相应条件下裂纹尖端的应力强度因子 K_1。近年来通过解析法、近似计算法、光弹性法,已对很多具有初始裂纹构件及试样的应力强度因子进行了研究,并积累了大量资料。但有时为了解决特殊问题,不得不采用形状特殊的试样来测定材料的平面应变断裂韧度值K_(1c)。本文所计算的试样的应力强度因子 K_1,就属于这种情况。     

基于三剪统一强度准则的岩石裂纹压剪断裂判据

基于三剪统一强度准则研究了岩石裂纹压剪断裂问题,根据最小J_2准则、最大拉应力准则及最小能量密度因子理论确定的岩石起裂角,给出了相应的岩石裂纹压剪断裂判据。通过断裂判据,计算出不同岩石的纯Ⅱ型裂纹断裂韧度与纯Ⅰ型裂纹断裂韧度的比值,并与试验值及其他准则的断裂判据理论比值进行了对比,发现通过改变中间主应力效应系数b,该比值可更接近实际值。该比值在开裂角确定时,与泊松比ν、内摩擦角φ及三剪统一强度准则中的中间主应力效应系数b有关,结果表明该断裂判据有一定的合理性。     

基于SBFEM计算劈拉试件裂纹尖端高阶奇异参数

比例边界有限元法是一种具有半解析性质的数值计算方法,径向位移和应力具有解析的性质,不需要特殊处理裂纹尖端,可以根据定义直接计算应力强度因子以及高阶奇异参数.为此基于比例边界有限元法计算了两种不同荷载作用下三种不同尺寸劈拉试件的奇异应力场,提取了T应力、高阶奇异参数以及应力强度因子.通过典型例题验证了SBFEM的有效性及其精度.数值计算结果表明,比例边界有限元法在计算应力强度因子、T应力和高阶奇异参数时是有效的,且具有较高的精度;联合子结构法（超单元）可以计算复杂形状问题的裂纹尖端奇异场.此外,T应力和高阶奇异参数可以作为进一步研究大体积混凝土材料和结构断裂性能的依据.     

Ⅰ-Ⅱ型裂纹发展的剪应力准则研究

将Ⅰ-Ⅱ型裂纹表面的剪应力引入裂尖应力强度因子的计算,获得了含中心闭合裂纹在不同裂纹长度、倾角以及摩擦系数下裂纹尖端的应力强度因子值。引入等径向剪应力线τrθ这一概念,在预测裂纹发生临界扩展时提出以下两个假设：闭合裂纹将沿着等τrθ线上双剪应力和最小的方向扩展;裂纹尖端的应力强度因子KⅡ达到材料的临界值KⅡc,裂纹将开始扩展;建立了Ⅰ-Ⅱ型闭合裂纹的剪应力准则。利用所建立的断裂判据计算求得的临界起裂角鼠与各种经典复合型断裂准则计算裂纹起裂角的结果较为接近,将其应用于Ⅰ-Ⅱ型裂纹的断裂判定是安全的。     

斜裂纹应力强度因子的有限元计算及分析

介绍和讨论了斜裂纹应力强度因子的有限元分析方法,分别计算了单轴、双轴压缩下有限大板中存在的中心贯穿斜裂纹的应力强度因子.通过对求得的应力强度因子值与解析解的比较,表明用有限元法计算应力强度因子具有相当高的精度.同时,通过对不同倾角的裂纹尖端应力强度因子的计算,分析得到了裂纹倾角对应力强度因子的影响,为斜裂纹在复杂载荷作用下的断裂判据的计算提供了有效的方法.     

涂层对V形切口断裂影响的有限元分析

基于有限元法,对添加涂层后的I型V形切口尖端附近的最大周向应力和应力强度因子进行了数值分析。结果表明,随着涂层材料弹性模量的增大,切口尖端附近的最大周向应力和应力强度因子均增大;随着涂层厚度的增加,切口尖端附近的最大周向应力减小,而应力强度因子减少的很小。对于双层结构的涂层,弹性模量大的区域中的最大周向应力大;材料的热膨胀系数相差越大,在界面处最大周向热应力突变越大。     

基于断裂力学和损伤理论的混凝土开裂模型

依据宏观断裂力学和细观损伤理论,研究混凝土断裂过程区对断裂韧度的影响.在双参数模型的基础上,将细观的损伤本构模型运用于描述宏观断裂过程区的应力分布,并建立改进的混凝土开裂模型.以力学实验为基础,采用ABAQUS分析软件对不同龄期、不同初始裂缝深度的混凝土梁开裂过程进行模拟.数值模拟结果表明,应力强度因子和裂缝尖端位移都随着龄期的增加而增加.但是在同一龄期,初始缝高比对应力强度因子和裂缝尖端位移的影响并不明显.采用改进模型进行的数值模拟结果与实验结果吻合良好,表明该开裂模型能准确描述混凝土的临界开裂,可以作为评价混凝土开裂与否的理论判据.     

用脆性材料进行水工结构的断裂破坏模型试验

模型材料石膏具有与混凝土相似的断裂力学特性。混凝土和石膏两者在复合型荷载下的试验数值与最大拉应力判据曲线颇为吻合,并且它们的断裂韧度是它们的抗拉强度的线性函数。二维石膏块体断裂破坏模拟试验结果与有限元计算十分相近,从而模型试验为解决水工结构断裂问题提供了途径。     

混凝土Ⅰ—Ⅱ复合型Ⅴ型切口断裂判据的初步探讨

本文从V型切口尖端附近的应力场和位移场出发,按最大周向拉应力理论和最大用向拉应变理论,研究了Ⅰ—Ⅱ复合型V型切口的最大周向拉应力判据(即(σ_θ)_(max)判据)和最大周向拉应变判据(即(ε_θ)_(max)判据),完善了文献[1]所得的结果,使得反映Ⅱ型影响的参数f_σ能够唯一地确定,避免了其取值的任意性。最后用混凝土Ⅰ—Ⅱ复合型断裂试验的资料分析了这两种判据对于混凝土的适用性。分析表明,两种判据与试验资料都比较相符,其中尤以最大周向拉应变复合判据更为满意。     

混凝土微裂纹受单向拉伸应力作用的弹脆性静力破坏分析

混凝土是典型的受拉脆性材料,内部微裂纹的受荷扩展破坏是土木工程界十分关心的问题。本文采用裂纹线附近分析方法,从平衡方程和混凝土材料的破坏准则出发,对混凝土内受单向拉伸的Ｉ型微裂纹进行弹脆性静力破坏分析,得出了单向拉伸应力大小与微裂纹脆断长度之间的关系。     

韧性断裂准则参数标定及其在DP590中的应用

为研究DP590高强钢板材的韧性断裂力学性能,以DF2012韧性断裂准则为理论基础,设计6种包含不同应力状态的拉伸试样来获取材料的塑性流动和断裂参数,采用一种实验-模拟混合方法标定韧性断裂准则的参数.准确地描述材料发生断裂前的塑性行为是韧性断裂准则参数标定的关键,以新提出的各向异性Drucker屈服准则和一种修正的Voce硬化准则表征DP590的塑性行为,使用Fortran语言将该本构模型编译为VUMAT子程序嵌入ABAQUS仿真软件中进行试样的拉伸模拟.实验和模拟对比表明,所构建的本构模型可以准确地预测不同试样沿着轧制方向各个角度的力程曲线.在拉伸实验和标定的本构模型基础上,标定DF2012韧性断裂准则的参数并构建DP590在应力三轴度和断裂应变二维空间中的断裂轨迹.与3种经典的韧性断裂准则Cockcroft-Latham、Clift和Rice-Tracey进行比较,使用Fortran语言将DF2012韧性断裂准则和本构模型一起嵌入ABAQUS仿真软件对不同试样的断裂进行模拟,结果表明:基于实验-模拟混合法标定的DF2012韧性断裂准则能够合理地构建DP590的断裂轨迹曲线和准确地预测不同应力状态下拉伸试样断裂的发生.     

岩石、混凝土类材料复合裂纹断裂准则的探讨

本文对岩石与混凝土类脆性材料的强度和断裂机理进行了简要分析。在最大分离位移(MAXSD)屈服准则的基础上,建立了三维复合型裂纹的断裂准则。并与混凝土材料的三维复合裂纹和Ⅰ、Ⅱ型复合裂纹的断裂试验结果进行了比较。     

二长岩节理抗剪强度三轴试验研究

摘要：为确定岩石节理的剪切强度,在MTS815型程控伺服岩石刚性试验机上对含不规则、无充填岩石节理试件进行三轴试验。试验过程利用伺服控制系统连续获得同一试件在不同围压条件下对应的最大轴压,并根据弹性力学理论求得不同围压下节理面的正应力和剪应力。除对每一试件的试验结果按线性Mohr-Coulomb准则拟合获得摩擦角和内聚力外,利用Matlab软件的曲线拟合工具对所有试件的正应力和剪应力分别进行了线性Mohr-Coulomb准则拟合、幂函数拟合和非线性Barton公式拟合,对比它们的拟合效果可知：(1)线性Mohr-Coulomb准则拟合明显比幂函数拟合和Barton公式拟合要差,尤其是在低正应力条件下线性Mohr-Coulomb准则拟合将高估岩石节理的剪切强度。(2)幂函数拟合和Barton公式拟合的曲线几乎重合,且总体反映了岩石节理剪切强度的非线性特征。(3)在较高正应力下,线性Mohr-Coulomb准则、幂函数和非线性Barton公式对应的剪切强度均偏高。同时,为了估计拟合公式基本参数的合理性,根据试验成果对Barton公式基本参数进行了比较可靠的区间估计。估计结果表明：用Matlab软件的曲线拟合工具直接根据试件三轴试验结果进行Barton公式拟合的基本参数在某一置信水平(如99.73%)的上、下边界获得的区间估计明显脱离实际物理意义,是错误的;而通过幂函数进行对数转换后确定出参数的上、下边界,获得幂函数相应的上、下限曲线后,再用Barton公式拟合幂函数的上、下限曲线所得的基本参数的区间估计则是合理的。     

岩石节理剪切强度研究

利用断裂力学理论分析了纯剪切应力状态和双向压应力状态作用下节理模型的断裂机制。在已有的数值模拟和实验基础上,通过引入分形维数,推导了粗糙节理的摩尔-库仑剪切强度的改进公式。该公式的分析结果显示,节理尺度相对于岩体尺寸越大,节理的抗剪强度就越低,并且节理的抗剪切强度与分形维数的关系是一种非线性增长关系。     

预应力碳纤维薄片加固RC梁放张后界面受力分析

以碳纤维薄片(CFL)加固钢筋混凝土(RC)梁为研究对象,采用压梁法对CFL施加预应力,计及混凝土与CFL之间界面的软化行为,理论推导了预压力放张后界面粘结剪应力和CFL轴向正应力的分布规律,实施放张实验对界面应力的计算值进行了验证,并以界面断裂能作为剥离判据,建立了不引起界面剥离最大预压力的计算模型。实验与计算结果表明,预压力放张后,CFL轴向应力的计算值与实验值吻合较好;预压力放张后,CFL端部的界面粘结剪应力急剧增大;减小CFL的厚度或弹性模量有利于防止界面剥离的发生。     

玄武岩纤维混凝土三点弯曲梁的断裂性能

为探讨玄武岩纤维混凝土(BFRC)的断裂性能,采用《水工混凝土断裂试验规程》的三点弯曲梁法,制作缝高比为0.4的不同纤维长度及掺量的混凝土试件,利用MTS试验机对试件进行加载试验,得到玄武岩纤维混凝土三点弯曲梁的试验结果,并对P-CMOD曲线、起裂韧度、失稳韧度及断裂能等断裂参数进行分析,结果表明：掺入玄武岩纤维后,试件的断裂性能得到了提升,纤维掺量越多,纤维长度越长,P-CMOD曲线的下降段越饱满;纤维长度为18 mm、掺量为1.5%的试件起裂韧度及失稳断裂韧度的提升最为明显;纤维长度为12 mm、掺量为1.5%的试件断裂能最大。