裂纹尖端的无位错区

近年来才发现的裂纹尖端无位错区,其范围因裂纹尖端产生位错的困难程度之增加而增大,也随位错运动时所受到晶格摩擦力的减少而增大。本文求得形成这个无位错区的临界条件。由于位错随时可能从裂纹放射出来由无位错区经过,故无位错区之存在并不意味着裂纹伸展呈纯弹性性质。又,从本文所得结果,我们认为:除了位错在晶格内运动之外,位错在裂纹尖端生成的情形也可能是影响材料脆性的一个重要因素。     

裂纹尖端破损对无规纤维玻璃钢断裂的影响

对于无规玻璃纤维增强环氧树脂材料切口尖端的破损观察发现,大约在65％的断裂载荷时开始出现破损。破损区随着载荷的增加而增大。与破损区对应的有效裂纹长度用柔度标定技术确定。有预制切口的试件受到恒定载荷作用时,其有效裂纹长度的增量用测量裂纹口部的位移或柔度的变化来确定。文中指出,当应力强度因子到达临界值时,试件就发生断裂。     

砂浆的柔度标定曲线与阻力曲线特性

采用三点弯曲加载梁试件测定了砂浆的柔度标定曲线和载荷一沿初始裂纹及其韧带直线方向若干点位移循环加载全曲线.结果表明:用柔度标定法所测定的不同初始裂纹相对长度下临界应力强度因子大于直接测定最大载荷所得相应值;当初始裂纹相对长度一定时,若有效裂纹相对长度或其增量增加,断裂过程区相对长度估算值随着增加;当断裂过程区相对长度估算值一定时初始裂纹相对长度增加,有效裂纹相对长度及其增量增加;若初始裂纹相对长度一定时,裂纹口张开位移或初始裂纹尖端张开位移增加,有效裂纹相对长度增量随着增加;若裂纹口张开位移或初始裂纹尖端张开位移一定时初始裂纹相对长度增加,有效裂纹相对长度增量减少.     

α‘／β’—sialon陶瓷材料的循环疲劳裂纹扩展特性研究

研究了一种ｓｉａｌｏｎ陶瓷材料在循环疲劳载荷下Ｖｉｃｋｅｒｓ压痕短裂纹扩展特性。研究表明，最大应力强度因子与裂纹扩展速率之间呈Ｖ型扩展行为，并对外加应力水平非常敏感。由于残余应力的影响，起始很高的扩展速率随着裂纹的扩张而减少，而后裂纹扩展速率随应力强度因子的增加而增加直至快速断裂发生。     

增压锅炉耐火砖疲劳裂纹扩展特性研究

基于陶瓷材料断裂力学理论,将影响疲劳裂纹应力强度因子的裂纹尺寸作为评价耐火砖安全使用的依据,通过研究陶瓷材料裂纹扩展的一般规律,建立了耐火材料的裂纹扩展模型,逐一计算两个影响因素对于裂纹应力强度因子的影响,得到裂纹尺寸与应力强度因子的关系曲线,可得出在一定范围内,裂纹应力强度因子随裂纹尺寸的增加而增加,但随后会逐渐降低,由此可预估含裂纹缺陷耐火砖的剩余使用寿命。     

应力强度因子的有限元算法研究

基于位移外推法和相互作用积分法,以含穿透裂纹的有限宽板受单向拉伸载荷为力学模型,建立了相应的计算裂纹尖端应力强度因子(SIFS)的有限元模型,研究了两种方法在求解断裂参量时的差异性,并对比分析了裂纹长度对裂纹尖端应力强度因子的影响。结果表明,裂纹长度的改变对应力强度因子有较大的影响,其中裂纹长度对应力强度因子KⅠ具有较大的推动作用。同时也发现,相互作用积分法与位移外推法的求解结果,在Ⅰ型应力强度因子时具有很好的一致性,二者可以相互验证。     

碳纤维增强塑料加固抗滑桩的阻断分析

针对抗滑桩自由段的荷载条件,分析了桩体在土体等效集中荷载、桩侧土体摩擦力和土体自重应力外载作用的内力分布特征,获得到了桩体剪力和弯矩的解析式。依据桩体复合裂纹的分布特征,还得到了拉剪应力条件下桩体结构的KI和KII应力强度因子解析式和裂纹张开位移COD计算式。现场实验和数值分析表明:碳纤维增强塑料(CFRP)对抗滑桩的裂纹扩展、大变形和塑性区分布具有明显的抑制作用,并进一步显示了在滑面位置需同时增强抗滑桩强度的重要性,进而验证了CFRP加固抗滑桩的实用性,拓宽了其应用范围。     

PE80聚乙烯管道焊接接头的应力松弛模型验证及安全评价

采用实验方法研究聚乙烯（PE）管道焊接接头在机械载荷条件下的应力松弛行为,通过松弛试验得出用Prony级数表示的PE管道焊接接头的本构模型。结果表明,PE管道焊接接头的松弛曲线与PE管道木材的松弛曲线相似;结合有限元分析软件Abaqus,建立PE80焊接接头的裂纹缺陷模型,导入PE管道焊接接头与PE管道母材的Prony级数,对含裂纹缺陷PE管道的应力强度因子进行计算;借鉴GB/T 19624—2004金属管道的评定标准,给出适合PE材料的断裂判据,比较PE材料的临界应力强度因子（KIC）及计算得出的应力强度因子(KI)的大小,进而通过断裂判据对含缺陷PE管道进行安全评价。     

钢化真空玻璃球形支撑的玻璃压痕应力场理论及分析

针对钢化真空玻璃球形支撑物对玻璃压痕的应力场分布问题,采用接触力学,对Hertzian压痕方程进行了修正,推导了三维应力场方程,同时,对完全发展的锥形裂纹的应力强度因子进行了数值求解。结果表明,在球体与玻璃接触区域内,所有的主应力都是压应力,主应力σ₁导致了裂纹的萌生,而主应力σ₂形成了环形裂纹。与玻璃表面正交的最小主应力从接触边缘向外偏离,形成的近似平行的曲线即为锥形裂纹的形状,而最大拉应力总是垂直于这些曲线。因此,在最大主拉应力的作用下,球体加载后裂纹遵循最小主应力的轨迹。裂纹尖端的应力强度因子决定了断裂韧性,随着裂纹的扩展,应力强度因子减小,在离表面一定距离后,应力强度因子达到临界值,裂纹停止。不同压痕载荷下的归一化应力强度因子是一组具有相似形状的曲线。     

用杂交有限元计算应力强度因子

本文阐述了一种用假定应力分布的杂交有限元模型来计算裂纹问题中应力强度因子的方法。实践证明:该方法具有精度高、效率高的优点,并可以很方便地考虑体积力载荷以及裂纹表面的分布载荷,所以它的使用范围十分广泛。     

大型储罐角焊缝焊趾表面裂纹应力强度因子数值计算

针对大型储罐典型失效模式——角焊缝开裂,利用ANSYS建立有限元模型求得角焊缝焊趾附近精确应力场;采用1/4节点奇异单元法和混合网格扩展法建立角焊缝焊趾表面半椭圆裂纹模型并求解应力强度因子;讨论了裂纹深度半长比a/c、裂纹深度板厚比a/t、焊脚尺寸板厚比Lw/t和焊趾角θ对应力强度因子数值分布的影响。计算结果表明:角焊缝焊趾表面裂纹应力强度因子沿裂纹前沿呈U形分布,在表面点取得最大;随着裂纹深度a的增加,表面点应力强度因子有增大趋势,而最深点的焊接放大效应则逐渐减小。     

基于细观模型的纤维增强树脂基复合材料的裂纹与强度关系研究

纤维增强树脂基复合材料是一类高比强度、高比刚度的结构材料。开展该材料的裂纹与强度关系研究具有重要的科学意义和工程价值。采用细观力学模型和有限元方法,分析Ⅰ型裂纹长度和裂尖位置对复合材料应力状态和应力强度因子的影响,进而获得启裂载荷与裂纹长度和裂尖位置的关系。     

金属基聚合物内衬复合压力容器界面剥离失效及预防

基于构建的裂纹剥离扩展失效过程的模拟方法,提出了预测临界载荷的方法,并通过界面的临界应变能释放率与损伤起始应力,构建了预防界面裂纹剥离扩展失效的等值临界真空压力约束预防控制线和设计准则。结果表明,临界压力载荷受控于界面初始预裂纹长度、复合界面的临界应变能释放率（GIC）和损伤起始应力（T0）,与界面初始预裂纹长度呈负关联关系,而与临界应变能释放率与损伤起始应力呈正关联关系;当初始预裂纹长度由11.11 %增至15.55 %时,临界压力载荷（Pc）由87.6 kPa降至为57 kPa,降幅为34.9 %;内衬界面剥离韧性参数（T0,GIC）的坐标点位于等值临界真空压力约束控制线之上,可有效预防内衬界面剥离扩展失效。     

晶粒尺寸对纳晶材料断裂韧性的影响

建立了一个描述在纳晶材料中特殊旋转变形对裂纹钝化的影响的晶粒相关理论模型。特殊旋转变形由裂纹尖端的应力集中来驱动。由于特殊旋转变形导致临界裂纹强度因子增加,从而达到裂纹的钝化作用。计算了裂纹强度因子与晶粒尺寸的关系,结果显示由于晶粒的特殊旋转变形,使临界裂纹强度因子最大增加到50%。     

基于数字图像相关方法的含双裂纹复合材料薄板应力强度因子测量

将数字图像相关方法用于测量含I型双边裂纹复合材料薄板应力强度因子。首先,介绍了数字图像相关方法基本原理,通过最小二乘拟合法建立了裂纹尖端位移场与裂尖应力强度因子的关系。其次,搭建了数字图像相关方法非接触光学测试平台,通过对含I型双边裂纹复合材料薄板进行拉伸试验,得到了复合材料薄板双边裂纹尖端全场位移。最后,通过数字图像相关方法计算所得全场位移,提取了裂纹尖端应力强度因子,分析了最小二乘拟合项数、数字图像相关计算中子区域和步长大小的选择对裂纹尖端应力强度因子计算的影响。     

直管外表面轴向半椭圆裂纹应力强度因子KⅠ的有限元分析

利用有限元法对含外表面轴向裂纹的直管进行了分析,应用有限元软件ANSYS建立了裂纹有限元模型,采用参数化建模对内压下裂纹的应力强度因子KI进行计算,得出了影响应力强度因子的主要因素。计算表明,应力强度因子随a/t及a/c成线性变化,并与t/Do为乘幂关系。一般情况下,表面裂纹在最深点（90°）处应力强度因子最大,然后随着角度的减小应力强度因子依次减小。但是在最浅点（0°）处应力强度因子有回升趋势,且随着a/t的增加,这种回升趋势逐渐明显,当a/t=0.8时,甚至出现最浅点KI超过最深点KI的现象,这时对于结构的脆性起裂位置要慎重判断,不能单纯地以最深点KI为断裂依据。     

含轴向穿透裂纹的三通管道应力强度因子有限元分析

针对开孔率d/D=0.5的焊制三通管道,基于ANSYS软件及其APDL编程,采用三维奇异元,对开孔率为d/D=0.5的焊制管道三通进行数值模拟。主要考察三通在内压、主管端部面内和面外弯矩以及扭矩载荷作用下的主管腹部轴向穿透裂纹的复合型应力强度因子。通过改变裂纹位置和尺寸,计算获得不同大小的轴向穿透裂纹由主管腹部移至焊缝附近过程中的三类应力强度因子各自的变化规律和危险位置。这些结果在应力强度因子手册中尚未涉及,对工程中含缺陷三通管道的剩余强度评定具有参考价值。     

复合材料的Ⅰ型动态断裂力学分析

本文综合利用Laplace变换和Fourier变换,从理论上分析了含有贯穿裂纹的层合复合材料,在动载荷作用下裂纹尖端的Ⅰ型动态应力强度因子;并以冲击载荷为算例,考查了外层厚度和拉、剪模量变化对裂纹尖端应力强度因子的影响,为改善复合材料的断裂动力学性能提供了参考依据。     

弯曲载荷作用下薄壁尖椭圆管对称裂纹应力强度因子

应力强度因子是断裂力学中的重要参数。根据断裂力学和材料力学弯曲理论中的裂纹面非自发扩展能量释放率,利用J_2-积分理论求尖椭圆截面管在纯弯曲载荷作用下管内中的裂纹应力强度因子表达式,能得到应力强度因子封闭解,并且计算简单。且将结果与有限元数值解进行对比分析,两者误差在可控范围内。     

不同纤维类型对沥青混合料抗裂性能分析

纤维的加入可有效改善沥青混合料的抗裂性能,而沥青混合料的开裂模式并不唯一,通过采用非对称半圆弯曲(SCB)试验研究了玻璃纤维、玄武岩纤维、钢纤维三种纤维在不同断裂模式下对沥青混合料抗裂性能的分析。结果表明,三种纤维的加入均可提高低温下沥青混合料的抗裂性能,但降低了中温下沥青混合料的Keff,玄武岩纤维在不同温度下的临界应力强度因子最佳,钢纤维的性能最差。温度的降低可以显著提高不同纤维下的临界应力强度因子,从模式I到模式II不同纤维下的临界应力强度因子均先减小后增加。