弹塑性断裂的内参量热力学分析 Ⅰ.线弹性裂纹体的裂纹扩展

本文在内参量热力学的理论框架内详细讨论了线弹性裂纹体的裂纹扩展问题。对线弹性断裂力学中所涉及到的各种能量关系作了统一的整理,其中包括Irwin的弹性能释放率——裂纹扩展力,Griffith的脆性断裂准则,以及Irwin-Kies的柔度公式和Paris的位移公式。本文以中心裂纹体为例,详细计算了裂纹扩展的稳定性,并区分恒载荷和恒位移两种情况,对材料断裂韧性测试中所遇到的失稳扩展,稳定扩展以及迸发现象提供了理论说明。     

混凝土坝裂纹扩展算法

混凝土建筑物中的裂纹扩展追踪计算是确定结构安全度的重要手段。本文提出用虚拟裂纹单元及断裂力学准则(应变强度因子)追踪和模拟裂缝初始断裂、扩展并最终导致破坏的过程,给出一条逐段扩展的裂纹线,本方法计算结果与某些混凝土坝实测资料及模型试验结果吻合较好。     

冲击疲劳裂纹扩展的偏折现象

考察了在冲击疲劳载荷下低碳钢试样表面裂纹扩展的偏折现象,结果表明,冲击疲劳裂纹扩展的微观途径是以ｚｉｇ－ｚｇｇ方式为主要特征的晶界、滑移带邻近裂纹间的相互作用是引起裂纹扩展偏折的三个主要因素。     

40Cr钢低周冲击疲劳裂纹扩展行为

在自行设计的拉一压Hopkinson杆式冲击疲劳试验机上进行了40Cr钢正火态和两种温度回火态的低周冲击疲劳试验，以研究疲劳裂纹扩展行为，得到以下主要结果。40Cr钢疲劳裂纹扩展速率da/dN在缺口塑性区内外有明显的“落升”现象，在体弹性区内，冲击疲劳的da/dN亦可用Paris关系描述，da/dN有明显的应变速率效应，与常规疲劳相比冲击疲劳裂纹以更大速度扩展，da/dN随着材料强度的提高而减小。     

Q345R钢的Ⅰ-Ⅱ复合型疲劳裂纹扩展行为

复合型疲劳裂纹前沿多轴应力状态不断变化,裂纹扩展路径的走向难于预测;然而裂纹扩展路径直接影响裂纹扩展速率,从而影响裂纹体剩余寿命的准确评估和结构的安全性。在分步加载下,采用不同厚度的Q345R钢非对称紧凑拉剪(CTS)试样,进行Ⅰ-Ⅱ复合型疲劳裂纹扩展行为的实验研究。采用二维光学定位测量系统,实时跟踪和准确定位裂纹前沿,计算疲劳裂纹扩展长度;利用动态材料疲劳试验机,可以自动记录加载循环次数;根据裂纹扩展长度与循环次数的关系,采用七点递增多项式拟合方法,可以得到相对应的裂纹扩展速率。实验结束后,采用高倍电子显微镜拍照,可得到清晰的Ⅰ-Ⅱ复合型疲劳裂纹扩展路径。实验结果表明:非对称CTS试样一直经历Ⅰ-Ⅱ复合型疲劳裂纹扩展,裂纹扩展路径不断发生改变,偏斜程度主要受到加载角度的影响;加载方向改变后,裂纹扩展路径有向外载荷垂线方向靠近或跨越的趋势,裂纹扩展速率迅速下降,表现为过载延迟现象。     

高聚物界面的裂纹扩展模型

总结了高聚物界面裂纹扩展的微力学模型，并对一些研究结果进行了进一步的推证。     

疲劳裂纹扩展曲线的微分方程拟合法

为了减少疲劳裂纹扩展速率的变异性，需要高精度地拟合疲劳裂纹扩展a-N曲线．本文认为，疲劳裂纹扩展是由微分方程控制的，故可直接用微分方程模型去拟合a-N试验曲线，从而将由实验数据寻求a-N拟合关系式的问题，视为寻模问题．计算表明，由一次累加值建立二阶微分方程模型后再还原的模型得到的拟合精度较高，可望在工程上推广应用．     

含币形裂纹的压电体在点力和点电荷作用下的裂纹张开位移

本文利用CHEN等给出的在横观各向同性压电无限体内币形裂纹上下表面作用对称法向点力和点电荷情形下的解,结合压电材料功的互等定理,用初等函数的形式给出了在压电无限体中任意一点作用任意点力和点电荷情形下币形裂纹的张开位移,并对PZT－4压电陶瓷和对应的非压电材料作了计算分析。     

两种类型的剪切断裂韧性及其裂纹扩展

利用紧凑剪切断裂试验和有限元方法数值模拟对TC4（Ti6Al4V)钛合金及PMMA有机玻璃II型断裂行为进行了研究,试验结果表明：存在两种不同的断裂模式,（a)裂纹起裂方向以相对于原裂纹面70－83度扩展为特征的断裂形态,简称拉伸型扩展。（b)型纹开裂方向以几乎沿原裂纹面方向扩展为特征的韧性剪切断裂形态,简称箭切型扩展,文中着重就后一种开裂方式存在的一些问题进行了探讨。     

动态剪切型断裂问题

就剪切型动态断裂中存在的破坏模式问题进行了分析讨论,并利用受侧向冲击加载的单边平行双缺口试样,对Ti6Al4V钛合金冲动动态断裂问题进行了实验研究,与经典断裂力学不同,对于不同的材料和不同的加载率条件,结构的剪切断裂分析必须注意区分所存在的3种可能的断裂模式和机制。通过裂尖塑性场及其在高加载率下的热粘塑性失稳的近似分析,给出了Ⅱ型裂纹体绝热剪切起裂的临界条件,理论预测与实验结果的物理现象相符。     

地下室外墙裂缝的成因分析与预防措施

针对地下室外墙易产生各种形式的裂缝, 分析了地下室外墙裂缝的主要特征, 讨论了地下室外墙混凝土裂缝产生的主要原因, 并针对性地提出了裂缝控制措施和与混凝土裂缝有关的见解, 以确保构件的耐久性, 保证结构的使用安全.     

各向同性及随动硬化材料在有限弹塑性变形情况下的本构关系

提出一种修正的随动硬化材料塑性应变关联流动律,一个有限弹塑性变形过程被分解成许多小变形子过程,子过程中的应力响应被研究,研究表明子过程中的应变增量有两部分组成,只有其中一部分影响应力,结果,各向同性及随动硬化材料在有限弹塑性变形时的本构关系被提出,最后,对新本构关系与其它理论的本构关系作了比较,计算了简单剪切变形的应力。     

某住宅区建筑渗漏的原因及防治措施

根据嘉兴市某住宅小区多套房屋产生漏水的现象,分析其产生的原因主要是因为墙体裂缝、屋面裂缝、顶板裂缝造成的,并针对原因提出了一些切实可行的处理办法.     

厂房框架结构楼面梁裂缝原因分析及预防措施

通过对某厂房框架结构现浇混凝土梁裂缝的检测，分析其裂缝产生的原因，并提出了相应的预防措施．     

橡胶增韧高聚物的动态断裂

采用冲击改性的高聚物对材料的断裂能在近瑞利波速Cr时减小的断裂行为进行了研究.设计了基于条带几何形状的实验装置用以探索这些高聚物在快速裂纹传播(RCP)时的脆性行为.发现沿着橡胶增韧聚甲基丙烯酸甲酯(RT-PMMA)的整个试样,尽管有的出现裂纹分叉甚至裂纹俘获静止,其宏观裂纹速度几乎恒定.当材料行为趋于加速裂纹时,临近Cr时断裂能减少,而当由于分叉使力学惯性效应趋于限制裂纹传播速率时,宏观裂纹速度稳定在大约αmb=0.6 Cr,其是RT-PMMA的宏观裂纹分叉速度.因此,对这种材料在宏观裂纹分叉速度时,实验断裂表面能及断裂表面韧性没有单一值.实际上,其宏观断裂表面能值随着失稳形态数目或无效裂纹分叉而增加.     

断裂或接触力学问题中第二类柯西奇异积分方程的一种解析方法

第二类柯西奇异积分方程因涉及复奇异因子往往造成求解困难,而适用第一类奇异积分方程的高效数值方法并不能推广至第二类奇异积分方程,即便是第二类奇异积分方程,其数值解法仍是一个难题.为此提出了构造第二类奇异积分方程解析解的一种新方法.通过分解柯西奇异项,并利用雅克比多项式的正交性,推导针对右端载荷项为单项式(monomial)的递推解析解,进而借助级数展开的方法推广至一般的载荷问题.提出的基于递推的解析解构造方案,能完美地结合maple软件编程,从而提供一种方便、快捷、有效的算法.由给出的算例可见,本方法适用于处理界面断裂或接触分析问题中含复数奇异因子的复杂情形,从而为研究该类典型力学问题提供了一种可供选择的方法.     

空间轴对称变形界面裂纹尖端的应力奇异性分析

假定位移场,并将位移势函数展开成一系列的特征函数,代入空间轴对称变形的基本方程,推得界面裂纹的特征值理论。把这一理论应用到单向增强的连续纤维复合材料上,建立了纤维断裂、基体开裂等模型下应力奇异性的特征方程,分析了界面裂纹尖端的应力奇异性。