裂纹顶端的扩展准则

在过去几十年里,断裂力学处理纯I型或Ⅱ型或Ⅲ型裂纹问题取得了巨大的成功。然而由于裂纹的方位不对称、荷载分布不对称等原凶,存工程结构分析中经常遇到的是复合形式。凶此,对复合型裂纹研究具有更为重要的理论意义和实用价值。预测和模拟复合型裂纹扩展行为时,必须确定一个描述裂纹扩展方向角及裂纹扩展的临界条件的有效的裂纹扩展准则,结合理论分析和实验观察,人们建立了几种复合型扩展准则,如最大周向正应力准则、能量释放准则、应变能密度准则、等应变能密度线上最大周向正应力准则和塑性区最小半径准则等。从裂纹扩展时能量的守恒和转换中知道,裂纹尖端塑性区的存在是材料抵抗断裂的重要因素,裂纹扩展所用的塑性功与材料的断裂韧性有密切的关系。已经知道,平面应变的塑性区远比平面应力条件下的塑性区要小,因而平面应变远较平面应力容易发生脆断。应变能密度表征着材料构件受力变形过程中贮存的能量。塑性区内及其方向的应变能在一定程度上反映了材料的抗断裂能力。基于这种情况和想法并结合屈服条件进行研究,本文在应用断裂理论和塑性力学理论对裂纹顶端分析的基础上,提出了塑性区内方向应变能裂纹的概念,并建立了基于此概念的裂纹扩展准则。     

不同受力状态裂纹表面电位对比分析

对含45°预制裂纹的花岗岩板进行单轴压缩实验,对比分析翼形裂纹和二次裂纹的表面电位,从而分析研究不同受力状态裂纹开裂扩展过程中表面电位的差异性。研究结果表明:当压剪作用产生的二次裂纹呈现为1条破碎带时,压剪作用产生的二次裂纹的表面电位比张拉应力产生的翼形裂纹的表面电位更加复杂;当压剪作用产生的二次裂纹也呈现为单一裂纹时,2种受力状态产生的裂纹的表面电位在变化趋势上没有明显的差异性;裂纹开裂扩展过程中表面电位的复杂程度与裂纹产生时的受力状态没有直接关系,而是与裂纹形态有直接关系。     

微小疲劳裂纹的闭合现象及疲劳强度的评价（Ⅲ）

本研究对从预裂纹处萌生的疲劳裂纹的塑性诱发裂纹闭合现象进行了解析,裂纹的张开应力强度因子可近似地用负荷应力及裂纹扩展量的函数来表示。采用带有微小表面预制裂纹和边缘预制裂纹的中碳钢试验片进行了疲劳实验。用激光干涉应变－位移测量仪（ISDG）进行了裂纹闭合点的高精度动态测量。利用裂纹扩展阻力曲线法预测了预裂纹试验片的疲劳门槛值条件,所预测的值与试验结果相当吻合。     

脉冲电流对Al-Cu-Mg合金凝固过程中热裂纹的影响

通过施加脉冲电流,采用自行设计的低频中压脉冲电源研究了脉冲电流对Al-Cu-Mg合金凝固过程中热裂纹的影响。结果表明,脉冲电流可以有效抑制热裂纹的产生与扩展,在脉冲频率0~400 Hz范围内,随着脉冲频率的增加,裂纹体积在下降,在400 Hz的时候,裂纹体积最小达到43.18 mm~3,但继续增加脉冲电流频率,裂纹体积在增加。     

600MW机组锅炉喷涂区域水冷壁焊缝裂纹浅析及解决措施

针对神华陕西国华锦界能源公司2093t/h亚临界机组#3锅炉在检修期间,发现水冷壁管焊口大面积开裂。对钢管焊缝开裂原因进行了试验分析,分析结果表明:喷涂区域水冷壁钢管焊接开裂属于焊接结晶裂纹。采取了重新焊接涂层区域全部钢管等处理措施,对坡口边缘的涂层、铁锈、油污等杂质彻底清理,全氩弧焊接,对焊口进行射线探伤检验,效果良好。对同类型涂层区域受热面管子焊接裂纹的检查和处理具有一定的借鉴意义。     

基于断裂力学和裂纹技术的基本裂纹应用研究

基于断裂力学和裂纹技术的现有成果，确定了基体裂纹的定义，分析了基体裂纹问题的应力场、位移场，获得了基体裂纹应力场和位移场的表达式。对不同材料形成的基体裂纹在拉伸和三点弯曲状态下的几何因子进行了计算，理论分析和计算证实了基体裂纹作为人为切口的可行性。     

基于断裂力学和裂纹技术的基体裂纹应用研究

基于断裂力学和裂纹技术的现有成果 ,确定了基体裂纹的定义 ,分析了基体裂纹问题的应力场、位移场 ,获得了基体裂纹应力场和位移场的表达式。对不同材料形成的基体裂纹在拉伸和三点弯曲状态下的几何因子进行了计算 ,理论分析和计算证实了基体裂纹作为人为切口的可行性。     

冲击荷载下对称裂纹动态扩展规律研究

为研究冲击荷载下岩石等脆性材料中对称裂纹的断裂机理,利用数字激光动焦散试验系统,对含不同倾角对称初始裂纹有机玻璃板试件进行了冲击试验,研究了裂纹倾角对对称裂 纹 动 态 断 裂 力 学 行 为 的 影 响,并 利 用 有 限 元 程 序ABAQUS对试验进行了模拟.试验研究结果表明:裂纹扩展轨迹受试件中初始裂纹倾角的影响,初始裂纹倾角为６０°和９０°时,裂纹 扩 展 表 现 为 相 互 排 斥,初 始 裂 纹 倾 角 为 １２０°和１５０°时,裂纹在扩展过程中逐渐汇聚;Ⅰ型应力强度因子的变化规律受初始裂纹倾角的影响,裂纹起裂时刻的应力强度因子随初始裂纹倾角的增大而减小;初始裂纹倾角会影响裂纹尖端应变能累积和释放的快慢,当初始裂纹倾角为９０°时,起裂难度最小,裂尖应变能释放较为平缓;当初始裂纹倾角为锐角和钝角时,起裂难度加大,应变能释放都较为迅速.数值模拟研究表明:初始裂纹对称轴上的最大主应力与裂纹尖端到该点的距离呈负相关,模拟所得裂纹扩展路径与试验结果相符.     

岩石单一裂纹扩展率的数值模拟研究

运用断裂力学理论推导出单一裂纹有效长度理论表达式,提出裂纹扩展能力的度量单位———裂纹扩展率的概念。通过FLAC3D有限元软件模拟计算了岩石单一裂纹在不同压应力作用下的裂纹扩展率,通过比较裂纹扩展率的理论值和数值实验值,发现在不同压应力作用下两者基本吻合,指出数值实验是计算单一裂纹扩展长度的有效方式之一。     

法向应力对岩石剪切裂纹演化与贯通机理的影响

利用自主研发的煤岩剪切细观试验装置,以砂岩为研究对象,开展了不同法向应力条件下的岩石剪切细观开裂演化与贯通机理试验研究,分析了砂岩剪切细观开裂演化过程及细观贯通机理,探讨了法向应力对细观开裂和细观裂纹形态特征的影响。研究结果表明:随着法向应力的增加,峰后残余强度呈增加趋势,试件表面起裂裂纹的长度在减小,施加法向应力后裂纹开裂时间均发生在峰前阶段;中部裂纹形成和贯通过程中出现的岩桥,在摩擦滑移的过程中发生不断的偏转,导致脱落,形成局部剥离;端部贯通裂纹形成后,由于法向应力的限制及端部应力集中,出现端部次级裂纹,并与原有的贯通裂纹连通,形成分叉,引起端部局部剥离;法向应力的作用,使得贯通裂纹周边颗粒间产生许多微裂纹,加剧了剪切裂纹左右侧壁的损伤范围;随着法向应力的增大,砂岩剪切过程中出现的宏观间断裂纹的数目呈逐渐增加规律,间断裂纹的长度呈减小趋势,次级裂纹数目和裂纹发育带范围均呈增加趋势。