基于数字散斑相关方法测定Ⅰ型裂纹应力强度因子

提出了一种通过数字散斑相关方法测定金属材料Ⅰ型裂纹尖端位置和应力强度因子的实验方法.实验采用疲劳试验机对含Ⅰ型缺口的Cr12MoV钢试件预制裂纹,通过数字散斑相关方法测试试件在三点弯曲加载条件下裂纹的扩展过程及裂尖区域的位移场.将位移场数据代入裂尖位移场方程组,采用牛顿-拉普森方法求解含未知参量的裂尖非线性位移场方程组,计算裂尖位置和应力强度因子.实验结果表明,采用该方法可以准确地测定金属材料Ⅰ型裂纹应力强度因子、裂尖位置及裂纹扩展长度,解决了以往研究中因不能准确测定裂纹尖端位置,而无法准确计算Ⅰ型裂纹裂尖断裂参数的难题,揭示了金属材料裂纹扩展过程中应力强度因子演化特征.     

I型裂纹尖端约束应力区模型及其解析解

考虑了I型裂纹尖端损伤区域内三种不同的约束应力分布形式,即右三角分布形式(情况A)、均匀分布形式(情况B)、左三角分布形式(情况C),并采用复变函数方法求得了应力强度因子与裂纹张开位移的解析解;在此基础上,通过数值计算得到了应力强度因子和裂纹张开位移随约束应力区长度、约束应力大小以及分布形式的变化规律。研究结果表明:随裂尖材料损伤程度的增加,裂尖损伤区内约束应力减小,应力强度因子和裂纹张开位移增大;约束应力的分布形式对应力强度因子和裂纹张开位移有显著影响;相对于其他区域,约束应力对裂纹尖端区域裂纹张开位移的影响较大。然而,对于裂尖损伤区域的形成与作用荷载、材料性质、构件几何尺寸之间的关系,还需要进行更为深入的研究。     

焦散线法对双折射材料断裂性能的研究

提出了双折射材料Ⅰ-Ⅱ混合型裂纹问题焦散线的形成原理,讨论了μ(=K_I/K_I)及光学各向异性系数ξ对焦散线形状及其几个特征量的影响,得到了双折射材料应力强度因子K_Ⅰ、K_Ⅱ的求法.以聚碳酸脂、环氧树脂为例,确定了它们在不同裂纹及不同载荷条件下的应力强度因子K_Ⅰ、K_Ⅱ.     

用激光散斑法和云纹法测量含裂纹薄板的裂纹张开位移

平面应力的弹塑性断裂理论的研究一直受到广泛重视,正在深入发展,其中很多工作是通过研究裂纹张开位移和裂纹附近的应变场进行的。用光学方法对裂纹张开位移和裂纹周围的变形进行测量具有显著的优越性,不但测量精度高,而且能够把整个裂纹包括裂纹顶端的张开位移都同时测量出来,并得到裂纹周围的位移全场分布。近年来激光散斑法在实验应力分析中发展很快,已被用来测量裂纹张开位移和裂纹周围的应变场,其     

材质不均匀性引起的突进型裂纹亚临界扩展问题的探讨

一、前言 近二十多年来,国内外断裂力学方法基本上都按照均质材料来建立脆断判据及对脆断安全的判据。例如线弹性断裂力学中Ⅰ型问题的脆断判据及对脆断安全的判据分别为式中K_I为Ⅰ型应力强度因子,K_(Ic)为Ⅰ型平面应变断裂韧度,n_k为对于脆断的安全系数,[K_I]为允许的应力强度因子。K_I的表达式可写作如下的普遍形式:     

云纹干涉法研究复合材料构件的应力强度因子

本文采用贴片云纹干涉法，测试并研究了正交异性板纯弯试件及拉伸试件的应力强度因子。文中给出了复合材料纤维加强方向不同时位移与应力强度因子的关系式，通过测试得出受力模型的全场位移，给出云纹图，进而由裂纹尖端位移场推算出应力强度因子Ｋ１及Ｋ值。试验结果与有限元计算结果吻合良好。     

关于空心内环裂纹杆受拉时应力强度因子K_I的一个计算式

工程中具有环槽或螺纹的空心杆的断裂问题均可作为空心杆外环或内环裂纹问题来处理。本文利用Irwin-Neuber关系导出了空心内环裂纹杆受拉时的应力强度因子K_I。通过实例分析可知,按此计算的结果是令人满意的。     

平面应力的弹塑性断裂模型及其有限元分析

本文根据文献对薄钢板试样的实验分析,提出一个平面应力的弹塑性断裂模型——带状颈缩区模型.将Dugdale模型推广到弹塑性变形场情形.用弹塑性全量理论和增量理论的有限元法,分别计算了具有中心裂纹的薄宽板受均匀拉仲情形的裂纹张开位移、应力应变场.结果表明Burdekin设计曲线在一定条件下才是安全的,本文计算的裂纹张开位移与一些实验测量结果符合良好.     

表面荷载作用下半无限层状介质中的裂纹分析

分析了半无限层状介质中的正方形裂纹。层状材料的层面互相平行,外部荷载作用在边界面上,正方形裂纹平行于层面。基于Yue基本解的数值方法和线弹性断裂力学叠加原理,首先采用一种数值方法获得无裂纹半无限层状介质的应力场,然后将计算得到的应力按叠加原理施加在裂纹面上,并采用另一种数值方法计算此情形下裂纹面的间断位移,最后采用裂纹面的间断位移计算应力强度因子。结果显示:I型和II型应力强度因子的变化与裂纹所处的位置关系密切;层状介质中的裂纹张开和滑移受到不同介质存在的影响,进而影响到裂纹的应力强度因子。建议的数值方法可用于分析复杂荷载作用下层状介质中裂纹的断裂力学特性。     

对“分区混合有限元法计算应力强度因子”的讨论

用分区混合有限元法计算应力强度因子,是分区混合能量原理实际应用的一个成功例子。该方法是把裂纹尖端附近作为Ⅰ区,采用一个应力奇异单元,应力场取裂纹尖端附近渐近解的第一项,以应力强度因子作未知量;把其余部分作为Ⅱ区,采用位移型常规单元,以结点位移作为未知量。     

中心裂纹矩形板顺裂纹受压时缝端强度因子的激光焦散线法测定

本文介绍用激光焦散线法,测定中心的裂纹矩形板,在顺裂纹受压时的缝端应力强度因子的实验方法。与计算结果比较表明,结果吻合良好。 1 关于焦散线的基本关系激光焦散线法,是籍助于激光由高应变区所形成的曲面反射或透射时,因发散或汇聚所形成的干涉图,即焦散线,来研究应力强度因子,观测焦散线的光路如图1,其中参数为本实验所采用的。     

裂纹表面承受均布载荷时的应力强度因子及裂纹张开位移的边界配…

本文针对裂纹表面承受载荷时的应力条件，提出了新的应力函数，对于各种裂纹模型，各种边界条件，各种边界形状，裂纹表面自由或承受均布载荷等均适用。并利用边界配位法，计算了裂纹表面承受均布载荷的方型板内中心裂纹的应力强度因子及裂纹的张开位移。     

表面钝裂纹的计算模型及其边界元法模拟

研究了表面钝裂纹问题的边界元模拟方法。文中通过平面应变比拟，建立了三维钝型纹的计算模型和局部场结构；并由三维边界元程序计算了表面钝裂纹前沿附近的位移场和应力场；进而利用裂纹面前沿的“张开位移”推算应力强度因子的分布文中的钝裂纹模型的有效性和离散格式的收敛性进行了考核，应力强度因子计算针对含表面裂纹的平板进行。     

材料在应力波作用下的断裂——云纹法和HPB装置测动态COD

本文描述了一个研究材料动态断裂特性的实验方法.该方法采用霍布金森压杆装置,以火药枪为动力,在加载率K_I大于10~7kg·mm~(-3/2)·S~(-1)条件下将带有穿透裂纹的管状试件冲击拉断.实验中,运用云纹原理,通过一套光学装置,用瞬态变换器记录裂纹张开位移随时间的变化.用粘贴在试件上不同位置的应变片,通过超动态应变仪,用瞬态变换器记录入射、反映和透射应力波.由此确定作用于裂纹面的载荷随时间的变化。由反射应力波记录到的裂纹起裂时产生的卸载扰动讯号和裂纹张开速率的急骤转折点来确定起裂点. 本方法与目前广泛采用的示波摆锤冲击法相比,加载速率提高了近两个数量级,更能适应动态破坏的需要.而且力学分析基础也较摆锤冲击法更可靠.采用上述测量和记录系统,采样时间为0.2μs,断裂全过程约36μs,可得180个数据点,为对断裂各阶段进行分析提供了可能.     

三维裂纹应力强度因子计算综述——Ⅰ.分析解法

50年代后期Irwin提出了应力强度因子的概念。它是反映裂纹前缘应力场奇异性强度的一个参量。由于应力强度因子与裂纹扩展的应变能释放率是直接相关的,于是裂纹扩展的Griffith能量准则可用这个参量来表达,它们之间是等价的。也就是说,当张开型应力强度因子值K_I达到或者超过某一临界值K_(IC)时,裂纹将      

非平行光反射焦散线法测量动态K1的一些理论和技术问题

本文分析了非平行光反射焦散线法测量Ⅰ型裂纹动态应力强度因子的一些理论问题,讨论了焦散面的形成和摄影记录系统的光路布置及参数选择并提出一种采用单透镜的沙丁相机高速摄影技术。该技术可以获得尺寸比通常所得的焦散象大得多的焦散记录。     

裂纹表面承受均布载荷时的应力强度因子及裂纹张开位移的边界配位法

本文针对裂纹表面承受载荷时的应力条件，提出了新的应力函数，对于各种裂纹模型、各种边界条件、各种边界形状、裂纹表面自由或承受均布载荷等均适用。并利用边界配位法，计算了裂纹表面承受均布载荷时的方型板内中心裂纹的应力强度因子（ＳＩＦ）及裂纹的张开位移（ＣＯＤ）。     

论侧向应力与疲劳裂纹扩展

本文通过对Ⅰ型平裂纹及复合型斜裂纹的疲劳试验说明:虽然平行于裂纹面的正应力(侧向应力)对应力强度因子不起作用,但是对裂纹顶端的塑性变形,从而对疲劳裂纹扩展速率却有明显的影响.相应于同样的应力强度因子幅值,当双轴载荷比λ=1时,侧向应力为零,裂纹扩展最慢;随着λ值减小,裂纹扩展速率增大.因此,在估算疲劳寿命时,如果只考虑应力强度因子幅值的作用,而忽略实验加载条件和实际加载条件下侧向应力差别的影响,必然会带来较大的误差,甚至是不安全的.     

椭圆平片裂纹前沿应力强度因子解析解的超奇异积分方程方法

对无限大三维均质弹性体中任意平片裂纹的超奇异积分方程,巧妙地引入椭球坐标系和利用裂纹表面位移间断人有平方根的特性,获得了受任意方向均布压力作用下椭圆平片裂纹问题的超奇异积分方程的解析解。运用这些解析解和应力强度因子的定义,得到了裂纹前沿Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型和应力强度因子的精确表达式,所得结果与现有精确解完全一致。     

贴片云纹干涉法测复合应力强度因子

贴片法把Post提出的云纹干涉法向前推进了一步,它成本低、实验周期短、工艺简单,在一般光测力学实验室都可进行。由于贴片可以分离,使云纹干涉法用于现场测量成为可能。本文提出了估计裂纹尖端绝对位移的切点连线法。编写了可以计算尖端刚性位移和旋转的阻尼最小二乘法程序,应用单向栅线,测定复合应力强度因子,与理论值进行了比较,得到了满意的结果。计算和实验的位移场重合。