确定应力强度因子的光弹性法与焦散线法

以光弹性法及焦散线法的基本原理为基础,对两种方法在确定应力强度因子方面进行了比较。发现对于纯I型裂纹问题,光弹性法的精度低于焦散线法的精度;对于I－Ⅱ混合型裂纹问题,就张开型应力强度因子而言,光弹性法的精度低于焦散线法的精度,而就滑移型应力强度因子而言,光弹性法的精度高于焦散线法的精度。     

CTS试样I/II混合型断裂特性数值计算研究

采用CTS试样研究I/II混合型断裂特性计算裂纹前缘应力强度因子时可采用解析公式,一旦裂纹发生扩展,解析公式便不再适用。文中采用有限元法研究紧凑拉伸剪切（CTS）试样在I/II平面混合型加载下的裂纹扩展行为。采用ANSYS建立CTS试样I/II混合型测试系统有限元模型,为模拟真实受力状态,在CTS试样-销-扇型夹具以及扇型夹具-销-U型夹具之间分别建立接触对进行接触力学分析。通过与解析公式结果进行对比验证了该数值方法的可靠性。采用最大环向应力准则（MTS）,模拟了CTS试样不同加载角度下的裂纹扩展路径,获得了裂纹扩展路径中应力强度因子随裂纹长度的变化曲线,解释了裂纹扩展路径不与外载荷方向垂直的原因。结合文中计算结果,在CTS试样I/II混合型裂纹扩展速率实验测得裂纹长度与寿命的关系曲线a-N的基础上,便可得到材料I/II型混合型裂纹扩展速率曲线。     

基于有限元方法的航空发动机叶片应力强度因子计算

为研究叶片裂纹尖端的应力奇异性,以某型航空发动机压气机叶片为例,利用有限元方法研究了叶片裂纹尖端应力强度因子的计算方法,并研究了旋转叶片振动状态下裂尖应力强度因子随裂纹长度的变化规律。建立计算模型时,在裂纹尖端划分了三维奇异单元,在裂尖外围划分了过渡单元。计算结果表明：研究旋转叶片振动状态下的裂尖应力奇异性,仅利用I型应力强度因子就具有足够的精度;对于同一裂纹,绝大多数情况下叶盆面应力强度因子大于叶背面应力强度因子,故研究叶片应力强度因子时只需研究叶盆应力强度因子即可;随着裂纹扩展,叶盆面I型应力强度因子不断增大。本文的研究方法及结论为进一步研究叶片的裂纹扩展规律及损伤容限奠定了基础。     

中心直裂纹平台巴西圆盘复合型动态应力强度因子

为了指导用中心直裂纹平台巴西圆盘(CSTFBD)试样进行岩石复合型动态断裂 试验,利用有限元法首先验证了文献中对中心直裂纹巴西圆盘(CSTBD)得到的有关结果,分析 比较了不同无量纲裂纹长度(即裂纹半长和圆盘半径之比)时两种圆盘的I, II型动态应力 强度因子的时间历程,发现两者的差异大部分在10{\%}以内,同时验证了该文数值方法的可 靠性. 然后讨论了CSTFBD试样I, II型动态应力强度因子的复合比、起裂角以及纯II型加 载角. 研究成果可为复合型动态断裂试验中CSTFBD试样的加工、试样上应变片的粘贴、起裂 方向和起裂时间的估计等提供参考.     

正交异性材料平面裂纹尖端应力场

根据正交各向异性材料力学性能确定出了用应力函数表示的弹性力学基本方程,利用坐标变换和复变函数方法求解了正交异性材料平面裂纹体的应力边值问题。借鉴一般断裂力学解法构造了I型和II型裂纹问题的应力函数,推导出了正交各向异性板裂纹尖端区的奇异应力场。通过数值计算说明了裂纹尖端应力表达式的正确性,验证了裂尖前沿应力变化规律,即σx与材料特征参数h2成正比,而σy和τxy不随材料特性变化。     

齿轮参数对三维裂纹应力强度因子影响的研究

建立了齿轮三维精确三齿模型,结合线弹性疲劳力学和边界元方法,运用专业断裂分析软件FRANC3D对齿轮齿根裂纹进行了数值分析,模拟求解了齿根椭圆形裂纹的裂尖三种类型的应力强度因子,并且探讨了三种应力强度因子随载荷、裂纹长度、模数、齿数、变位系数、裂纹角度等齿轮参数的变化规律。结果表明:I型、II型应力强度因子的数值在裂纹前缘呈近似于抛物线分布,而III型应力强度因子的数值在裂纹前缘呈近似于正弦曲线分布;应力强度因子随齿面载荷的变化呈线性规律;模数对裂纹两端的II型应力强度因子、裂纹中间的I型和III型应力强度因子影响较小,基本不变;齿数对应力强度因子影响较小,其在不同齿数下的最大差值仅为187 N.m-3/2;变位系数对其影响基本也呈线性变化;裂纹发生角度为60°时,I型应力强度因子比其它角度下的值都要大,因此应尽量避免产生此角度下的裂纹。本文研究为齿轮的断裂分析和寿命预测奠定了一定的基础。     

16MnR钢缺口试样解理断裂行为研究

研究了低合金热轧钢16MnR缺口试样在$-196\,{^\circ}$C和$-130\,{^\circ}$C的解理断裂机 理. 拉伸试验、单、双缺口四点弯曲实验、断口形貌观察以及有限元分析结果表明, 缺口试 样发生解理断裂时均起裂于夹杂物粒子, 一种位于缺口根部前端(IC型), 另一种位于距缺口 根部较远的条形裂纹前端(SIC型); 且随温度升高, 起裂源的类型从$-196\,{^\circ}$C下的IC 型转变为$-130\,{^\circ}$C下的SIC型. 微裂纹均形核于夹杂物, 最终的断裂由铁素体晶粒尺 寸的微裂纹扩展控制. 缺口试样IC型解理断裂遵循裂纹形核条 件$\varepsilon_{\rm p} \ge \varepsilon_{\rm pc}$和裂纹扩展条件$\sigma_{yy} \ge \sigma_{f}$, 而SIC型解理断裂条件则演化为$\varepsilon_{\rm p}+\varepsilon_{\rm ps} \ge \varepsilon_{\rm pc}$和$\sigma_{yy} +\sigma_{yy{\rm s}} \ge \sigma_{f}$.     

弹性T项对裂尖参数和裂纹扩展路径稳定性的作用

研究了弹性T项在主裂纹与近裂尖微空洞干涉问题中对裂尖参数和裂纹扩展路径稳定性的影响作用.利用“伪力”法,并通过解决主裂纹与近裂尖微空洞干涉问题,对远场纯1型载荷和远场弹性T项载荷下,该干涉问题中弹性T项的影响作用进行了分析从数值结果可以看出：由于空洞的存在;释放了弹性T项所引起的应力,弹性T项对裂尖参数;应力强度因子和J积分都有直接显著的影响,因而,它对该载荷下的裂纹扩展路径的稳定性有控制作用。     

星形裂纹的应力分析

利用复变函数的方法, 通过构造适当的保角映射研究了星形裂纹的平面弹性问题,给出了裂纹尖端I型与II型问题应力强度因子的解析解.并由此模拟出了经典的Griffith裂纹,共点均匀分布三裂纹,十字裂纹,对称八裂纹问题.      

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.     

广义平均形状改变能密度断裂准则及应用

基于形状改变能为材料起裂扩展控制参量的物理事实及裂纹尖端断裂控制区能量平均概念,提出了计及裂纹尖端应力场特征级数展开奇异项和常数项的广义平均形状改变能密度(GADSED)准则,建立了 Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ混合型裂纹断裂判据计算式,为工程结构疲劳断裂评估提供了新选择.基于提出的GADSED准则,系统分析了T应力对裂纹断裂判据的影响...     

Intersonic crack propagation along interfaces: Experimental observations and analysis

The isochromatic fringe patterns surrounding an intersonically propagating interface crack are developed and characterized using the recently developed stress field equations. A parametric investigation is conducted to study the influence of various parameters such as the crack-tip velocity and the contact coefficient on the isochromatic fringe patterns. It has been observed that the crack-tip velocity has a significant effect on the size and shape of isochromatic fringe patterns. The contact coefficient, on the other hand, does not affect the fringe pattern significantly. The paper also presents a numerical scheme to extract various parameters of interest such as the series coefficients of the stress field, the contact coefficient and the dissipation energy. The results show that the crack growth is highly unstable in the intersonic regime, and the energy dissipation decreases monotonically with increasing crack-tip velocity. The experimental data fit well with the recently proposed fracture criterion for intersonic interfacial fracture.     

On the asymptotic crack-tip stress fields in nonlocal orthotropic elasticity

The crack-tip stress fields in orthotropic bodies are derived within the framework of Eringen’s nonlocal elasticity via the Green’s function method. The modified Bessel function of second kind and order zero is considered as the nonlocal kernel. We demonstrate that if the localisation residuals are neglected, as originally proposed by Eringen, the asymptotic stress tensor and its normal derivative are continuous across the crack. We prove that the stresses attained at the crack tip are finite in nonlocal orthotropic continua for all the three fracture modes (I, II and III). The relative magnitudes of the stress components depend on the material orthotropy. Moreover, non-zero self-balanced tractions exist on the crack edges for both isotropic and orthotropic continua. The special case of a mode I Griffith crack in a nonlocal and orthotropic material is studied, with the inclusion of the T-stress term.     

Influence of narrow starter notches on the initial crack growth resistance curve of ceramics

In experimental R-curve investigations crack development usually starts from notches. The validity of R-curves depends on the size of the notch root radius. This influence is completely ignored in most cases. In this theoretical study it is shown how the notch radius affects the formally computed crack resistance curve. First, the influence of the notch radius on the starting point of the R-curve, the so-called crack-tip toughness K _I0, will be addressed. Then, the effect of the notch on the shielding stress intensity factor will be discussed, and, finally, the influence on T-stress and the consequences on local path stability will be shown.     

Effect of T-stress on branch angle of moving cracks

The effects of the T-stress on Yoffe crack propagation are analyzed. Using a maximum k_I fracture criterion near the kink of a moving crack tip, a branch angle is determined via asymptotic crack-tip field containing two fracture parameters related to singular and constant terms. Results indicate that crack speeds decrease the T-stress. The crack-tip field and the branch angle depend on the T-stress, especially for higher crack velocities. The critical speed for crack bifurcation is independent of remote transverse loading if neglecting the T-stress. Otherwise, the crack branch speed is reduced or raised, depending on positive or negative transverse loading, respectively.     

复合型裂纹应力场的研究及其应力强度因子的全息光弹性测定

本文应用复变函数解法,等出复合型中心裂纹板弹性应力场的精确解及主应力和与主应力差的精确表达式。通过与各自的奇异表达式比较,得到了主应力和与主应力差的远近场关系图谱。利用这些图谱以及全息光弹性试验所获得的远场等和线与等差线条纹,就能确定裂纹尖端的应力强度因子 K_Ⅰ,K_Ⅱ。实例表明:本法概念清晰、演算简便、精度较高。