裂纹止裂技术及裂纹动态扩展规律研究

为了对动态荷载作用下水泥粉煤灰砂浆的裂缝动态扩展行为进行研究,提出了一种大尺寸带V型底边的半圆边裂纹(SECVB)试件,其V形底部具有止裂功能。SECVB试件的V形底部设计为180°,150°和120°三个角度。采用落锤冲击装置进行了冲击试验,并使用裂纹扩展计(CPG)用于测量裂纹扩展的相关参数。利用有限差分程序AUTODYN对裂纹扩展行为进行了数值模拟,并用有限元程序ABAQUS计算了裂纹的动态应力强度因子(DSIF);根据CPG测量的裂纹萌生时间和扩展时间来确定临界应力强度因子。试验和数值模拟结果表明,SECVB试件适合于研究动态荷载作用下水泥粉煤灰砂浆的裂纹扩展行为和止裂行为。在裂纹扩展过程中,裂纹可能在一段时间内止裂,并且裂纹在起始时刻的断裂韧度高于裂纹扩展时的断裂韧度。     

用圆孔内单边裂纹平台巴西圆盘和实验-数值-解析法确定砂岩的动态起裂和扩展韧度

在I型(张开型)动态断裂实验中,利用大直径(?100 mm)分离式霍普金森压杆径向冲击圆孔内单边裂纹平台巴西圆盘试样。考虑了材料惯性效应和裂纹扩展速度对动态应力强度因子的影响,用实验-数值-解析法确定了高加载率和高裂纹扩展速度情况下,砂岩的动态起裂韧度和动态扩展韧度。由动态实验获取试样的动荷载历程,采用裂纹扩展计(Crack Propagation Gauge,CPG)测定试样断裂时刻和裂纹扩展速度,获得裂纹扩展速度对应的普适函数值。然后将动荷载历程带入到有限元软件中进行动态数值模拟,求出静止裂纹的动态应力强度因子历程,再用普适函数值对其进行近似修正。最后根据试样的起裂时刻和穿过CPG中点的时刻,由相应的动态应力强度因子历程分别确定砂岩的动态起裂和动态扩展韧度,它们分别随动态加载率和裂纹扩展速度的提高而增加。     

岩石爆破裂纹的起裂,扩展,分岔与止裂

为研究断裂控制爆破,有效地控制裂纹的发生位置,传播方向,开裂长度,本文总结和探讨爆破岩石纹起裂,扩展,分岔和止裂的规律,并用裂力学研究其作用机制。     

加载方法对ADB610钢疲劳裂纹扩展的影响

在取样方向、几何尺寸、加工方式和加工精度相同的情况下,分别对板厚20 mm的ADB610钢进行了加载方式、加载载荷和应力比不同的成组多试样疲劳裂纹扩展试验,得到不同情况下的ADB610钢的疲劳裂纹扩展长度a与循环寿命N即a-N试验数据,且并将a-N试验数据与增K法和降K法结合进行试验分析。结果表明,当初始最大加载载荷相同时,两者lg(da/dN)-lg(ΔK)的起始位置相同,当初始最大加载载荷不同时,起始位置不相同。     

加载历史和裂纹闭合对疲劳裂纹扩展行为影响的数值模拟

采用不同应力比条件下的16MnR钢紧凑拉伸试样,设计了三种有限元分析模型,即不考虑加载历史效应的静态裂纹扩展模型,同时考虑加载历史和裂纹闭合的动态裂纹扩展模型以及仅考虑加载历史的伪动态裂纹扩展模型,对疲劳裂纹闭合过程、裂纹尖端的应力-应变迟滞环、疲劳损伤和裂纹扩展速率进行了数值模拟与分析,进而着重探讨了加载历史和裂纹闭合影响疲劳裂纹扩展行为的交互作用机制。结果表明：对于同类分析模型,应力比越大越不容易产生裂纹闭合;而在应力比相同的情况下,加载历史引起的残余压应力对裂纹闭合有明显的促进作用。裂纹闭合效应阻碍了平均应力的松弛,减小了裂纹尖端附近的应力-应变场强度、疲劳损伤和裂纹扩展速率,而加载历史引起的残余压应力则加快了平均应力的松弛和抑制了棘轮效应。与实验结果比较发现,只有同时考虑了裂纹闭合效应和加载历史影响的动态裂纹扩展模型,才能对疲劳裂纹扩展行为进行准确、定量的模拟。     

环氧沥青混凝土裂纹起裂与失稳扩展的临界特征

为了获取环氧沥青混凝土的裂纹起裂与失稳扩展临界点,重构了环氧沥青混凝土非均质(集料、砂浆和空隙)多层次(矿料级配)结构三维虚拟试件,采用离散元方法实施了单边切口小梁虚拟三点弯曲试验,借助数字摄像法捕捉了室内小梁试件表面裂纹发展情况,分析了裂缝发展过程中裂缝尖端张开位移(CTOD)和裂缝口张开位移(CMOD)之间的变化关系。研究结果表明：裂尖张开位移δ₂₅参数的使用为理解实际流入断裂带用于裂缝扩展的那部分能量开辟了一条新思路;裂缝尖端张开位移和裂缝口张开位移关系曲线的两个转折点描述了裂缝起裂和临界失稳扩展状态,环氧沥青混凝土断裂过程中裂缝的扩展经历了起裂、稳定扩展和失稳扩展3个阶段;δ₂₅-CMOD曲线分析法可以作为研究沥青混凝土材料断裂行为的辅助手段。     

梯度复合材料裂纹扩展路径和起裂载荷的有限元分析

为了模拟功能梯度材料(FGM)在工程应用中可能会出现的断裂问题并计算相应的开裂载荷,通过编写用户自定义UEL子程序将梯度扩展单元嵌入到ABAQUS软件中模拟功能梯度材料的物理场,并编写交互能量积分后处理子程序计算裂纹尖端的混合模式应力强度因子(SIF),采用最大周向应力准则编写子程序计算裂纹的偏转角,并模拟了裂纹扩展路径,计算了裂纹的起裂载荷。讨论了材料梯度参数对裂纹扩展路径以及起裂载荷的影响规律。通过与均匀材料的对比,验证了功能梯度材料断裂性能的优越性。研究表明:外载平行于梯度方向时,垂直梯度方向的初始裂纹朝着等效弹性模量小的方向扩展,且偏转角在梯度指数线性时出现峰值,并随着组分弹性模量比的增加而变大;当外载和初始裂纹均平行于梯度方向时,材料等效弹性模量和断裂韧性的增加或者梯度指数的减小都导致起裂载荷变大。     

加载速率对单晶γ-TiAl裂纹扩展影响的分子动力学模拟

运用分子动力学方法研究微观尺度下单晶γ-TiAl裂纹的扩展过程,运用嵌入原子势进行模拟,得到裂纹扩展的轨迹图和能量演变图,比较分析不同加载速率对γ-TiAl能量和应力-应变关系的影响,进而揭示对裂纹扩展的影响。研究表明:随着加载速率的增大,体系的原子运动加剧,总能量上升到峰值的剧烈程度增加,试件断裂的时间缩短,所需的应变越小,而裂纹扩展的形态没有变化;总能量随时间的演化曲线只出现一个峰值。应力-应变曲线中只有弹性阶段,没有塑性阶段,加载速率对拉升过程的弹性变形机理没有影响。     

热处理状态对2.25Cr1Mo钢断裂韧度和裂纹扩展速率的影响

分析了不同热处理状态对2.25Cr1Mo钢断裂韧度(KJIC)和裂纹扩展速率(da/dN)的影响.结果表明,经730℃回火后2.25Cr1Mo钢的断裂韧度有较大的提高,裂纹扩展速率则无明显变化.     

LD2-CS铝材的断裂韧度和裂纹扩展速率

一、概述 某型直升机旋翼大梁由LD2铝材经挤压、热处理和机械加工制成。该大梁是空心变截面梁,毛坯横剖面示意图如图1实线所示。外表面经机械加工(内表面不加工)后,大梁厚度沿展向逐渐减小,翼根和翼尖剖面分别如图1中点划线和虚线所示。服役期中曾发现一旋翼的16截面上自上型面第一加强肋处已有沿弦向     

表面裂纹弹塑性起裂的V准则

本文提出了一个新的断裂准则——裂纹咀张开位移率准则及新的材料断裂韧性参量V(?),并用实验验证了该准则的有效性。该准则特别适用于表面裂纹弹塑性起裂载荷的确定。V(?)可以用单试件法测定,并给出了 V_(1c)与 K_(1(?)),σ_c,J(?)的相互换算关系式。     

用裂纹扩展片测量SFRC的静,动态裂纹扩展

本文用箔式裂纹扩展片测试，研究了钢纤维增强砼三点弯曲切口梁试件在蠕变断裂和动态断裂时的裂纹扩展，分别得到了裂纹扩展量与时间，裂纹扩展量与加载点位移及动态裂纹扩展速度与应变率的关系，根据实验结果分析了ＳＦＲＣ的静，动态裂纹展规律。     

梯度钛合金裂纹扩展速率测试及梯度对扩展寿命影响

为明确梯度材料中裂纹扩展速率分布情况,对含裂纹TC11-TC4以及TA15-TA2两种组合梯度钛合金进行标准三点弯疲劳试验。试验结果表明:梯度结构中不同部位的相同组分扩展性能相同,给出了4种3D打印组分钛合金的Paris公式;梯度材料组分弹性模量的变化会改变裂纹尖端应力强度因子,对位于模量较低一侧的裂纹扩展有抑制作用;过渡层影响厚度范围内裂纹扩展速率介于两种组分之间且连续过渡,表明梯度材料可以消除异种材料连接的界面效应,提出基于组分材料体积分量的混合率描述梯度层中扩展性能的分布规律;恒定载荷试验中仅扩展方向不同情况下寿命有显著差别,验证了合理安排梯度参数可提高结构出现裂纹后的生存能力,其中扩展性能以及模量的变化分布对扩展寿命均有影响。     

核电焊接接头裂尖力学特征及环境致裂裂纹扩展速率研究

进一步促进核电运行安全性能的提高,需要作业人员加强对于核电焊接接头裂尖力学特征及环境致裂裂纹扩展速率研究,为各项作业的稳步开展奠定基础。     

轴取钢疲劳裂纹扩展速度的研究

研究了轴承钢碳化物及晶粒细化对轴承钢疲劳寿命的影响，结果表明：细化轴承钢中的碳化物可以使其疲劳裂纹扩展速率下降，而同时细化轴承钢中的碳化物和晶粒，会使其疲劳裂纹扩展速率下降更明显。     

蠕变裂纹启裂和扩展的局部损伤理论

根据局部损伤理论和相似原理，给出了蠕谱裂纹启列前的孕育上下限时间并推导了蠕变裂纹扩展率方程。在常载荷下用２．２５Ｃｒ－１Ｍｏ钢作了蠕变裂纹扩展试验，高拘束度使早期局部损伤发展迅速，实验结果与孕育时间下限接近。稳态预测值由于忽略未开裂部分材质劣化而略氏于实验结果值。有限元模拟损伤演变过程。表明稳态裂纹扩展民实验结果吻合。     

复合型裂纹起裂角厚度效应的实验研究

完成了飞机结构铝合金LC4CS的2、4、8和14mm四种不同厚度试样在I+II复合加载条件下的复合型断裂实验,系统分析了厚度和复合载荷对裂纹起裂角的影响,揭示了常用复合型断裂准则的厚度适用范围,用三维断裂理论对结果进行了讨论。结果表明:复合型裂纹起裂角具有明显的厚度效应;最大周向应力准则能够准确预测薄试样和厚试样(厚度为2 mm 和14 mm)在各种复合加载条件下的起裂方向,但是不适用于中间厚度的试样,尤其是8 mm厚度的情况。最大三轴应力准则试图考虑裂纹尖端三维约束对裂纹起裂的影响,但是结果并不理想。最小应变能密度因子理论的预测结果与最大周向应力准则的预测结果非常接近,但同样不能预测8mm厚度试样的起裂方向。非常有必要建立一个普遍适用的三维复合型断裂准则。     

动态界面裂纹扩展行为的分形描述

本文以无限弹性体中具有自相似分形几何结构的含裂纹界面研究对象，借助分形几何概念对分形界面裂纹的动态扩展行为即对界面裂尖应力场，界面裂纹扩展速度，加速度，裂尖复合应力强度因子，动态能量释放率，双材料不匹配参数，界面裂纹的分维以及它们之间的关系进行描述，给出了界面裂纹扩展行为的分形动力学模式。     

残余应变对表面裂纹扩展速率的影响

在悬臂弯曲加载方式下,采用逐级递增的多级名义应变控制表面裂纹前缘应变的试验方法,进行了在改换名义应变级别控制时残余应变调零和不调零时10CrNiMo结构钢的低周疲劳表面裂纹扩展速率试验,对试验结果进行了比较和分析,结果表明:残余应变会减缓表面裂纹的扩展速率,残余应变越大,这种减缓效果越显著;在过渡为下一级名义应变时残余应变调零将会获得较快的表面裂纹扩展速率。