关于内椭园裂纹应力强度因子K_1公式的推导

弹性体内,平面椭园裂纹应力强度因子的计算式,最早是由Irwin导得的,现已成为断裂力学中计算内部裂纹和表面裂纹应力强度因子的基本公式。然而,国内有关著作和教材中,在建立能量改变量与裂纹扩展力之间的关系时,引用了一个错误的几何条件。作者曾     

任意加载模式下含裂纹超弹性体的能量释放率

能量释放率是表征断裂性能的一个重要指标, 在经典的断裂力学中, 只给出在恒力或恒位移加载情形下通过柔度标定来确定材料能量释放率的公式, 而且仅限于线弹性材料. 但是近年来生物材料和高分子材料(如橡胶) 等超弹性材料的断裂韧性和增韧机理越来越受到研究人员的关注, 该文旨在导出一个更加通用的柔度标定公式, 从而可以确定非线性弹性材料在任意加载模式下的能量释放率, 并能判断裂纹扩展的稳定性. 在推导的过程中, 对一些重要而容易被错误理解的概念做了进一步论述.     

应力强度因子K_Ⅰ的光弹性测定法

断裂力学研究有裂纹构件的强度。因此,必须研究裂纹尖端附近的应力场。对于线弹性材料,裂纹尖端附近的应力场主要由应力强度因子所控制。当应力强度因子K_I到达临界值——材料的断裂韧度K_(Ic)时,裂纹就迅速扩展,构件发生脆性破坏。所以,应力强度因子是线弹性断裂力学中的一个主要参数,确定任意构件的应力强度因子也就成为断     

橡胶—钢粘接界面断裂韧性实验研究

采用双悬臂夹层梁试样,对橡胶—钢粘接界面的I型边缘裂纹的扩展情况及断裂韧性进行实验研究.通过声发射技术的监测将裂纹扩展划分为无损伤、开裂、失稳扩展三个阶段,把线弹性断裂力学中的柔度和能量释放率引入到橡胶—钢粘接界面断裂韧性的计算中,由实验测出裂纹的张开位移计算出夹层梁的柔度曲线,进而得到了能量释放率曲线,并对断裂韧性的变化规律进行了分析.     

疲劳裂纹亚临界扩展路径的预估和实验研究

本文根据线弹性断裂力学复合型裂纹扩展的原理,应用数值计算方法预估了船体仓口甲板模型疲劳裂纹亚临界扩展的路径,并进行了实验验证。结果表明:疲劳裂纹亚临界扩展的路径可以用线弹性断裂力学复合型裂纹扩展方向来预估,当构件承受的最大名义应力小于0.6δ_(v2)时,预估得到的裂纹扩展路径与实验结果符合得相当好。     

多裂纹扩展的数值流形法

数值流形法的求解体系建立在两套覆盖(包括数学覆盖和物理覆盖) 和接触环路的基础之上,实现了对连续和非连续问题的统一求解. 在处理裂纹问题时,数学覆盖无需与裂纹重合,方便岩体破坏过程的模拟. 通过在裂纹尖端影响区域内的物理片上增加用于模拟应力奇异性的增强位移函数,发展了扩展的数值流形法. 在此基础上,提出一种多裂纹扩展的控制算法,并给出了裂纹扩展过程中材料体的整体响应. 针对典型的线弹性断裂力学问题, 给出的数值算例表明所建议的方法是正确有效的.      

混凝土的裂纹扩展问题

目前在混凝土的断裂力学研究中,基本上还是假定混凝土是线弹性材料,采用线断裂力学的方法和公式,沿用短期瞬时载荷作用下的实验数据。对于裂纹的亚临界扩展,一般不予考虑,或者撇开混凝土本身的性质,而采取某些形式上的修正。这和首先将断裂力学应用于混凝土的Kaplan所作的工作并无实质改变。本文考虑到混凝土的粘弹性性质,提出混凝土裂纹前缘的破坏模型,从而应用Schapery理论分析了混凝土裂纹扩展的一般规律,给出了带中心裂纹的无限大板裂纹扩展速度和断裂时间的一般公式。     

基于能量释放率的界面断裂实验分析方法

基于对断裂力学常用实验方法的研究,结合界面断裂问题的特殊性,以断裂力学为理论基础,通过能量释放率建立了界面断裂测量的实验分析方法,并且利用文献中的实验数据进行了验证,取得了良好的一致性.该方法通过测量试验件的载荷-位移关系,利用裂纹扩展过程中的能量变化关系得到该裂纹长度下的临界能量释放率;在此基础上,根据试件的阻抗能量曲线预测结构的最大承载能力.该方法以能量释放率为理论基础,为界面裂纹的强度分析提供了合理的手段,基于能量角度建立的实验分析方法也具有良好的实用性和适用性.     

缺口试样疲劳短裂纹行为研究

采用复型方法对中碳结构钢单边钝缺口试样的非穿透和穿透疲劳短裂纹的演化过程进行了研究。结果表明：试样的疲劳破坏主要是由形成于缺口根部的表面短裂纹扩展引起的；形成穿透裂纹以前的短裂纹形成和扩展过程占试样疲劳寿命的７０％以上；线弹性断裂力学不适合于描述表面裂纹和穿透裂纹早期阶段的扩展特性；某些条件下，裂纹初始几何形状的影响是导致穿透裂纹早期扩展出现奇异特性的主要原因。     

AN EXPERIMENTAL METHOD BASED ON ENERGY RELEASE RATE OF INTERFACIAL FRACTURE

基于对断裂力学常用实验方法的研究,结合界面断裂问题的特殊性,以断裂力学为理论基础,通过能量释放率建立了界面断裂测量的实验分析方法,并且利用文献中的实验数据进行了验证,取得了良好的一致性.该方法通过测量试验件的载荷位移关系,利用裂纹扩展过程中的能量变化关系得到该裂纹长度下的临界能量释放率;在此基础上,根据试件的阻抗能量曲线预测结构的最大承载能力.该方法以能量释放率为理论基础,为界面裂纹的强度分析提供了合理的手段,基于能量角度建立的实验分析方法也具有良好的实用性和适用性.     

二维位错裂纹的稳定性分析

在已有的一维穿透位错裂纹模型及能量计算的基础上，将其推广为二维椭圆盘状裂纹模型，并计算了其能量．根据能量平衡原理，给出了位错裂纹模型的裂纹平衡尺寸、裂纹扩展临界应力．并与不考虑位错影响的宏观断裂力学中Ⅰ型穿透裂纹的Ｇｒｉｆｉｔｈ解及椭圆盘裂纹的Ｇｒｉｆｉｔｈ解加以比较．给出的位错裂纹模型解在位错数目ｎ＝０时与宏观断裂力学解一致     

一个新的复合型断裂准则

一、前言 由Griffth提出并由Irwin等发展了的线弹性断裂力学在处理Ⅰ型——张开型裂纹扩展问题上取得了很大成功。但是工程实际中经常遇到的裂纹通常都是处于复合型变形状态。在复合变形条件下裂纹扩展的准则,     

单轴拉伸条件下脆性岩石微裂纹损伤模型研究

利用断裂力学、损伤力学和均匀化原理,对脆性岩石单轴拉伸条件下的力学特性进行分析,建立了脆性岩石的微裂纹损伤本构模型.首先对岩石内部微裂纹的统计分布规律进行分析,给出了理论分析过程中微裂纹分布的假设条件,在此基础上,参考已有研究成果,得到含细长微裂纹脆性岩石有效弹性参数的计算公式.然后,对岩石内部单一微裂纹进行断裂力学和损伤力学分析,得到了扩展裂纹尖端的应力强度因子计算公式,在一定微裂纹断裂扩展准则和断裂扩展速率的假设基础上,利用积分原理,得到了岩石整体的损伤变量和损伤演化方程,由此建立单轴拉伸条件下脆性岩石的微裂纹损伤本构模型.最后,通过一花岗岩的单轴拉伸试验结果对微裂纹损伤本构模型进行了验证.     

断裂力学在圆柱螺旋弹簧设计计算中的应用

圆柱螺旋弹簧(特别是热卷大弹簧)由于各种原因,不可避免会产生一些表面裂纹等缺陷,将断裂力学应用于弹簧的设计计算中是一个值得重视的研究方向[1] 弹簧钢是较好的弹性材料,可运用应力强度因子判据(即K判据),当裂纹顶端应力强度因子K_I≥K_(IC)(断裂韧度)时,裂纹便失稳扩展.     

一种基于应变梯度监测Ⅰ型裂纹的方法

基于线弹性断裂力学中I型裂纹的欧文解答,解析推导了在单向拉伸作用下无限大平板中I型裂纹尖端应变梯度场,建立了应变梯度与裂纹扩展之间的关联;基于挠曲电效应建立了电极化强度与应变梯度之间的力电耦合关系,提出了一种利用应变梯度传感器监测I型裂纹的方法,获知裂纹尖端坐标和裂纹扩展长度.本研究拟为应用应变梯度传感器对工程结构中裂纹扩展的实时监测提供初步的理论依据及方法.挠曲电感应技术在结构健康监测领域前景广阔.     

裂纹快速扩展的瞬态振动特性和响应计算模型

本文研究裂纹快速扩展的动力特性,特别是裂纹扩展速度的规律.主要考虑在裂纹扩展量不很大的情况(如冲击载荷下裂纹快速扩展的情况)下,将裂纹快速扩展-止裂过程作为一种瞬态振动问题求解,而通过能量相当(等效)的原则与断裂力学基本概念(断裂准则等)相联系.计算模型的主要假设是:在裂纹快速扩展过程中,断裂能的消耗用等效的阻尼能来表达.经过近似处理,最后归结为求解有阻尼的单自由度非线性系统在初位移下的瞬态响应计算问题.以DCB试件为例说明计算程序,并给出实例计算结果与实验结果和其他工作的比较.用涡流检测法记录裂纹快速扩展的全过程,以提供实验数据。计算结果与各种实验结果符合较好,初步证明所用的计算模型的有效性,可以作进一步的推广研究以及用于更复杂的问题.     

一种经验型疲劳小裂纹扩展模型

金属材料疲劳寿命由裂纹萌生和裂纹扩展寿命两部分组成，其中对于萌生寿命中的小裂纹分析是精确描述裂纹萌生寿命的关键．而小裂纹在扩展过程中由于尺寸相对较小，导致传统线弹性断裂力学预测方法失效，需要对其进行改进，考虑裂纹尖端塑性区引起的残余压应力对小裂纹扩展速度的影响．本文针对此问题进行了初步分析，通过对塑性区引起的残余应力的量化，结合小裂纹门槛值特性，提出了一种经验型修正的小裂纹扩展模型，用于定量预测裂纹的萌生寿命．使用铝合金6082-T6缺口试样进行了疲劳实验，并与理论结果进行了对比，验证了所提模型的有效性．     

接管内拐裂纹K_I的光弹测定

接管内拐角部位裂纹的断裂力学分析是很有实际意义的.本文利用三维光弹性冻结切片法对K_I沿平板—接管及圆柱—接管二种模型内拐角裂纹前缘的分布进行了测定,同时,利用所得的实验结果对某些疲劳裂纹扩展现象进行了定性的解释.     

应用于航空航天的疲劳寿命分析方法最近进展

综述了根据实验数据预测在模拟的工作载荷下裂纹扩展行为的断裂力学概念.讨论了从微观和宏观裂纹表面的观测以及从常温和高温实验数据的分析得出的力学机理.提出了用于飞机骨架裂纹形状及分布的循环损伤、时间相关的损伤及混合循环-率相关损伤的断裂力学参量.疲劳寿命分析的讨论包括裂纹定常扩展的减速和加速所引起的裂纹扩展行为.还讨论了将现有的方法推广用于高温条件下。     

恒扭对汽车薄板Ⅰ型疲劳裂纹扩展的影响

本文针对SAPH440和DP780两种汽车薄钢板,对其在给定循环拉伸疲劳载荷、以及循环拉伸与不同恒定扭矩共同作用下的裂纹扩展行为进行了试验研究.试验结果表明恒定扭矩对汽车薄板Ⅰ型疲劳裂纹扩展有明显的迟滞作用.在一定范围内,恒定扭矩越大,迟滞作用越为明显;但超过使裂纹扩展最慢的临界扭矩值后,迟滞作用反而减弱.恒定扭矩使Ⅰ型疲劳裂纹扩展过程表现为裂纹扩展速率随扩展长度的增加而先保持低速后又加速,进而被划分为起始低速段和后续加速段;基于线弹性断裂力学理论,提出了一种等效应力强度因子变程及修正的Paris公式来描述该后续加速段的裂纹扩展速率.