应变能密度比准则在块体非晶合金中的应用

由于块体非晶合金独特的原子排列结构,导致其具有独特的力学行为。多年来,国内外研究人员对块体非晶合金的断裂行为进行了一系列的研究,并取得了一定的成果。本文简单介绍了近年来国内外针对块体非晶合金断裂准则的研究状况,随后比较全面地介绍了应变能密度比失效准则,并推导了遵循该准则时断裂角θT(载荷方向与断裂面的夹角)与α(断裂面剪应力与正应力的比值)应满足的关系,最后利用Zr41.2Ti13.8Cu10.0Ni12.5Be22.5块体非晶合金的拉伸实验和已有的实验结果,证实了块体非晶合金遵循应变能密度比失效准则。     

形状改变比能的J~*积分及应用

本文引进形状改变比能的概念，对平面裂纹起裂扩展问题进行了讨论，给出一个与路径无关的J*积分，通过I型裂纹的应用，其结果与现行公开发表的文献或手册结果一致。     

脆性材料复合型裂纹的断裂准则

实际工程中,脆性材料中的裂纹多处于复合型受力状态,因此,确定脆性材料中的复合型裂纹起裂角和临界荷载有着重要的理论意义和实用价值。以复合型裂纹为研究对象,将裂纹尖端的最小无量纲塑性区尺度ρmin和广义合成偏应力强度理论相结合,建立脆性材料复合型裂纹的断裂准则,预测裂纹起裂角及临界荷载,将其结果与最大周向应力准则和应变能密度因子准则相比较发现,基于该文方法得到的临界荷载曲线大于最大周向应力准则得到的临界荷载曲线,与应变能密度因子准则得到的临界荷载曲线比较接近。因而,表明了用该文的方法来预测脆性材料复合型裂纹起裂角和临界荷载是行之有效的。     

加气混凝土断裂能的测定及其分形几何的分析

根根RILEM推荐的带缺口的棱柱体试件劈裂的方法,测定了加气混凝土的断裂能,并计算了其比断裂能;测定断裂能的同时,也测定了裂纹过程区。分形几何理论计算的比断裂能,与实测值相一致。     

承受双向等拉应力的平面应变I型裂纹线弹性断裂的I1准则与K准则一致性分析

采用线弹性有限元方法计算了承受双向等拉应力的平面应变I型裂纹的应力场,分析了裂纹尖端各应力分量间的关系,拟合了各非零应力分量关于裂纹半长度a和裂纹尖端最小网格尺寸l₁的函数,分析了应力第一不变量I₁与应力场强度因子K_I的相关性。结果表明,裂纹尖端各非零应力分量间存在稳定的比例关系;各非零应力分量值和加载应力的比值与裂纹半长度a的1/2次幂呈正比例关系、与裂纹尖端最小网格尺寸l₁的1/2次幂呈反比例关系;相同最小网格尺寸条件下,裂纹尖端的应力第一不变量与应力场强度因子的比值l₁/K_I为与加载应力和裂纹长度无关的常数,证明了承受双向等拉应力的平面应变I型裂纹线弹性断裂的I₁准则与K准则具有一致性。     

用应变能密度法分析纤维金属层板的微动疲劳特性

为研究纤维金属层板的微动疲劳特性,首先,基于三维坐标系下的临界平面法求解了纤维金属层板铝层临界平面上的应力和应变分量,并进一步求解了Smith-Watson-Topper （SWT）和I型Nita-Ogatta-Kuwabara （NOK）应变能密度参数;然后,建立了应变能密度参数-微动疲劳寿命关系式,并通过实验数据得到了寿命预测公式中的待定参数;最后,采用I型NOK应变能密度准则分析了铝层厚度、纤维层厚度、各层相对厚度和桥足圆角半径等对微动疲劳损伤位置和寿命的影响,并为纤维金属层板抗微动疲劳设计提出了一些合理化建议。结果表明:增加铝层厚度可以延长微动疲劳寿命,但增加纤维层厚度和桥足圆角半径不会改善微动疲劳特性。提出的方法可为分析纤维金属层板铆接和螺栓连接中的微动疲劳问题提供理论依据。      

PMMA材料断裂应力与银纹损伤研究

本文基于连续介质力学理论和最大拉应力准则,从能量的观点出发,根据能量守恒定律,提出了脆性材料的断裂应变能密度与断裂应变成线性关系,由此确定的平均应力为材料常数.并通过PMMA材料在不同应变率下的拉伸实验验证.同时通过表面银纹显微镜观察实验,研究了应变率对银纹密度的影响.     

基于开裂能密度及裂纹扩展特性的橡胶隔振器疲劳特性预测

基于开裂能密度的连续介质力学参数及橡胶材料裂纹扩展特性(裂纹扩展速率与撕裂能之关系),获得橡胶部件多轴疲劳特性计算公式,并计算某汽车动力总成橡胶隔振器的疲劳特性。计算与试验对比表明,橡胶隔振器疲劳特性预测(寿命、开裂位置及开裂方向)与实测较一致。预测疲劳寿命分布在实测疲劳寿命的1/2倍分散因子内,满足工程疲劳寿命预测要求。提出的橡胶隔振器多轴疲劳特性预测方法,可用试验效率较高、投入较少的材料裂纹扩展试验代替耗时较多的材料疲劳破坏试验,不仅能为橡胶部件前期疲劳设计提供参考,亦能大幅缩短产品疲劳设计周期。     

裂尖塑性区内方向应变能裂纹扩展归一化准则

裂纹的起始扩展总是沿着裂纹的半径方向,在塑性区内半径方向的应变能能反映出材料的抵抗断裂的能力。对同一材料,不管它处于哪一种裂纹形式,它的断裂韧性参数是一个常量。本文引入了裂纹顶端临界扩展本征区。认为裂纹顶端存在一个决定裂纹扩展本征区,裂纹扩展是因为本征区的应力应变状态或损伤状态达到材料的断裂韧性才发生的。依此针对Ⅰ-Ⅱ...     

不同超弹性本构模型和多维应力下开裂能密度的计算方法

橡胶隔振器的疲劳失效多属于大变形(有限变形)下的多轴疲劳问题。在多轴疲劳载荷下,有效用来驱动裂纹扩展的那部分应变能密度称为开裂能密度。基于开裂能密度和橡胶材料的裂纹扩展特性预测橡胶部件的疲劳寿命时,须计算在外载荷下橡胶部件的开裂能密度。为了由有限元软件ABAQUS默认输出的应变计算在有限变形下的开裂能密度,该文推导了不同超弹性本构模型下开裂能密度在主坐标系下的计算式和所需的积分方法。基于该文开裂能密度的计算方法,采用3次Ogden本构来描述大变形下橡胶材料的本构行为,计算分析了不同应变状态下开裂能密度的分布特点。通过分析计算得到的开裂能密度与应变能密度的关系,说明该文开裂能密度计算方法的准确性。最后将上述计算方法应用到橡胶隔振器的多轴疲劳寿命预测中。     

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。     

剪切带内部应变(率)分析及基于能量准则的失稳判据

应用应变梯度塑性理论对局部化剪切带内部(塑性)剪应变(率)规律进行了理论分析.研究了剪切降模量及岩石材料内部长度等参数对剪切带内部应变(率)的影响.推导了剪应力(率)与剪切带相对错距(速度)的本构关系.研究了剪切降模量和岩石材料内部长度对剪切带稳定性的影响.将岩石试件直剪试验试验机简化为钢块,采用能量准则对岩石试件(剪切带)及钢块系统的稳定性进行了理论研究,提出了系统失稳判据.研究表明;岩石材料的剪切降模量越大,岩石材料的内部长度越小,试验机的剪切刚度越小及试验机的等效高度越大剪切带--钢块系统越容易失稳.     

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。     

含圆形埋藏裂纹金属构件电磁热止裂时应变能密度分析

对带有圆形埋藏裂纹金属构件在脉冲放电瞬间的应变能密度进行了理论分析。在求解过程中,以张开型裂纹为例,应用了热传导、非定常热应力及汉克尔变换等理论知识,得出了含埋藏圆片裂纹在脉冲放电瞬间的温度场理论公式、热应力场公式和应变能密度公式。由热应力场公式和应变能密度公式可知,放电瞬间电磁热在裂纹尖端形成热压应力场,热压应力对金属构件做负功,减小了拉应力对构件的破坏程度,放电后构件的应变能密度降低了。以Cr12MoV模具钢中埋藏圆裂纹止裂为例,具体计算了脉冲放电前后不同拉应力作用下的应变能密度变化情况,为空间裂纹电磁热止裂技术的实际应用提供了理论基础。     

基于修正GTN模型的不锈钢管剪切过程韧性断裂准则研究

为了改善修正Gurson-Tvergaard-Needleman模型(修正GTN模型)无法准确模拟不锈钢管剪切过程的缺陷,该文在原模型基础上,构造了一个与位移相关的损伤函数作为新的断裂准则.同时,在ABAQUS中采用隐式向后Euler应力更新算法编制了改进后模型的VUMAT用户子程序,实现了其数值求解.最后进行了SUS...     

有限变形理论能量释放率增率形式

基于有限变形理论中的能量原理和变分原理,考虑以有裂纹的瞬时位形为参考,建立增量变形引起的裂纹扩展方程能够更真实的描述裂纹尖端的扩展机制,在含有裂纹物体的瞬时变形的基础上,推导了裂纹体的能量释放率和增率的形式,提出了裂纹扩展判据.该判据反映了单位时间内裂纹扩展单位面积可以提供的能量与单位时间内裂纹扩展单位面积所需要的能量...     

基于扩展有限元法的钢筋混凝土梁复合断裂过程模拟研究

针对钢筋混凝土梁裂纹扩展问题,基于扩展有限元法,建立了预置裂纹的简支混凝土梁三维模型,用粘聚裂纹模型描述裂纹面间的力学行为,采用线性的软化曲线表示裂纹尖端断裂过程区的应变软化行为,分别对素混凝土梁和钢筋混凝土梁的复合断裂过程进行模拟,分析了纵向钢筋对裂纹扩展路径、荷载-挠度和荷载 -CMOD (裂缝开口处张开位移)曲线的影响,并与文献中的试验结果进行对比,计算结果与试验结果吻合良好,展示了扩展有限元法在结构断裂破坏分析方面的独特优势。     

基于遗传神经网络与模态应变能的斜裂缝两阶段诊断方法

基于遗传神经网络与模态应变能,提出了一种斜裂缝两阶段诊断方法,识别梁体中斜裂缝的位置、角度和深度。根据线弹性断裂力学与虚功原理,推导了斜裂缝梁的单元刚度矩阵,得到了其频率与振型。采用遗传算法对BP神经网络的拓扑结构、权值和阈值进行优化,从而建立了遗传神经网络,用于识别梁体中斜裂缝的位置和角度;结合斜裂缝单元的模态应变能,通过对斜裂缝应力强度因子的积分,得到斜裂缝深度的解析表达式,用于识别斜裂缝的深度。数值仿真表明:能够高精度地诊断出梁体中斜裂缝的损伤状态,包括位置、角度和深度;与BP神经网络相比,遗传神经网络具有更强的泛化能力,且对测量噪声具有较好的鲁棒性。