裂尖曲率对裂纹前缘塑性区的影响

考虑尖端为圆弧形的钝头裂纹模型，在外围取线弹性无裂纹体的解，应用线场分析方法。形成一套估计钝头裂纹前缘塑性区尺寸的方法。对含径向裂纹和圆弧形裂尖的圆盘受均匀张力作用情况，给出了塑性区的裂纹前缘尺寸与裂纹尖端曲率的关系。得到的结论是，塑性区的裂纹前缘尺寸与裂纹尖端曲率有关；对于给定的塑性区的裂纹前缘尺寸，载荷反比于外缘尺寸的平方。前一结论说明了塑性区的裂前尺寸作为裂纹失稳扩展判断的局限性；后一结论说明了裂纹体强度失效的尺寸效应规律：抗断强度与总体线尺寸的平方成反比。     

圆盘状裂纹前缘塑性区尺寸及张开位移估计

将Ｄｕｇｄａｌｅ模型推广到三维裂纹问题计算了圆盘状裂纹前缘塑性区尺寸,并结合断裂力学中的Ｂａｒｅｎｂｌａｔｔ－Ｄｕｇｄａｌｅ裂纹模型和三维Ｊ－积分原理计算了圆盘状裂纹前缘张开位移,得到了Ｊ－积分与裂纹张开位移的关系,最后用非线性有限元方法对圆盘状裂纹的前缘塑性区尺寸作了数值分析,确定了公式中的未知常数,并对其正确性作了数值验证,本文的工作推广了Ｄｕｇｄａｌｅ模型的应用范围。     

表面裂纹双参数弹塑性断裂判据的探讨

1.前言 Sih曾指出,在弹塑性断裂中,当裂纹前缘的塑性区不容忽略时,外功和塑性变形耗散功是同数量级,且均远远大于裂纹表面能,两功相减后,在“大数量级”的尺度下无“余量”用来平衡裂纹表面能,因此Griffith的能量平衡理论失效;弹塑性     

改进的Irwin模型及裂尖塑性区对断裂行为的影响

本文研究了小范围屈服条件下I型裂纹尖端塑性区对断裂行为的影响.Irwin模型假设塑性区外奇异应力场分布是弹性解的平移,并将塑性区的一部分加上原有裂纹视为等效裂纹.这样得到的等效应力强度因子总是大于相应的线弹性解的应力强度因子,这与塑性区的增韧作用相悖.为了考察塑性区对裂纹尖端附近应力分布的影响,本文提出在塑性影响区内,裂纹延长线上奇异应力分布与线弹性奇异应力场静力等效的原则.在此基础上建立了改进的Irwin模型,并导出了衡量塑性区屏蔽效应的显式表达式,定量地解释了塑性区的屏蔽效应,本文结果与基于相变增韧理论的方法得到的结果在趋势上一致.     

带凸缘弯曲梁应力集中区内表面裂纹应力强度因子的研究

用三维光弹性冻结应力实验技术与修正的多点超定法相结合研究了带凸缘弯曲梁应力集中区内表面裂纹的应力强度因子。分析了不同过渡圆弧的应力集中对两种表面裂纹(半圆形表面裂纹与前缘直线表面裂纹)的影响。用实验方法得到了应力强度因子放大系数的数值.结果表明,应力集中对浅裂纹的影响是更大的,是不可忽视的,但放大系数随表面裂纹的几何形状变化很小。这些对管节点的断裂力学评估提供了有价值的实验依据.     

过载作用下聚乙烯疲劳裂纹扩展行为研究

论文针对中密度聚乙烯材料(MDPE)，采用平板试样进行了I型疲劳裂纹扩展和单次过载下裂纹扩展试验．发现与金属材料类似，单次拉伸过载对聚乙烯(PE)的疲劳裂纹扩展有明显的迟滞作用，降低了裂纹扩展速率．试验还通过变载荷刻线法获取疲劳裂纹扩展前缘的实际形貌和变化规律，对常规变载荷刻线方法进行了调整和验证，其修正方法对高分子材料的疲劳裂纹扩展前缘刻线具有较好的效果．通过观察发现含楔形塑性区的裂尖钝化是裂纹迟滞的主要原因．过载引入的塑性区内残余应力对裂纹迟滞也起了重要作用．论文利用Dugdale模型计算了塑性区尺寸，使用基于残余应力的Wheeler模型对过载迟滞进行了很好的拟合．     

含表面半椭圆裂纹板裂纹尖端应力强度因子的三维光弹分析

本文用三维光弹法得到了含表面半椭圆裂纹板拉伸载荷下应力强度因子 K_Ⅰ沿整个裂纹前缘的分布及由不同裂纹深度引起的有限厚度效应,得到的实验结果与理论结果进行了比较和分析,并对角点上的奇异性进行了定性分析.     

三维疲劳多裂纹扩展数值模拟的计算方法及程序设计

研究了含多条初始裂纹的紧固孔件的裂纹扩展模拟及裂纹扩展寿命。紧固孔形式为直通孔和沉头(有锪窝)孔,裂纹形式为孔边角裂纹,将裂纹前缘形状简化为二次曲线形式。采用更新网格法追踪裂纹扩展,并人为干预裂纹前缘形状,解决了裂纹前缘端点跨越模型角点时的网格畸变问题;在裂纹扩展法则中使用了AFGROW裂纹闭合模型,并引入多裂纹协调扩展算法,避免了逐一应力循环计算,缩短了计算时间;试件失效判据使用净截面屈服和裂纹前缘塑性区连通准则,试件满足任一判据即判定为失效;最后在ANSYS软件的基础上进行二次开发,设计了适应多种模型的全寿命自动分析程序,并使用VB语言编写了用户界面,分别对单孔和一排五孔两种平板试件从锪窝孔边起裂的角裂纹扩展进行了数值模拟,并与试验结果进行了对比。结果表明:使用AFGROW裂纹闭合模型对寿命的预测精度明显高于Paris模型,其寿命预测误差在5%以内;对位于模型表面的裂纹尺寸的模拟与试验结果吻合较好,并很好地模拟了五孔模型在发生裂纹连通之后加速扩展的情况。     

弯载下中长圆柱壳表面裂纹的线弹簧模型解

针对含环向表面裂纹的中长圆柱壳,基于薄壳半膜力理论和线弹簧模型,导出了其在弯载作用下的解析解,并给出了相应的表面裂纹前缘的应力强度因子的计算公式以及表面裂纹存在对整个圆柱壳柔度的影响的表达式。研究表明,对于中长圆柱壳中的较长裂纹,裂纹前缘最深点处的应力强度因子对裂纹前缘的形状并不敏感;相应的数值计算结果表明,本文的解与有限元结果的误差不超过3%。     

试验确定自增强圆筒的表面裂纹K1因子和疲劳扩展规律

本文提供了一种可以进行自增强处理的圆筒试样,通过实验用柔度法确定了该试样的表面裂纹的应力强度因子,介绍了含表面裂纹试样的柔度测试技术,导出了柔度与表面裂纹尖端前缘各点的应力强度因子的关系式,该式可作为各种含表面裂纹试样柔度法测表面裂纹 K_1因子的参考,本文还测定了不同自增强程度下,自增强圆筒的表面裂纹疲劳扩展规律。     

准静载作用下弹塑性微弯裂纹尖端塑性区

研究了准静载荷作用下的弹塑性弯曲延伸裂纹的塑性区.通过分析,比较精确地确定了弯曲裂纹尖端塑性区域边界上正应力与切应力的分布状态.综合考虑了准静态作用应力,塑性区域边界上正应力与切应力,利用二阶摄动方法,研究分析了弯曲裂纹尖端塑性区域的范围;预测了弹塑性裂纹的扩展路径.     

检测表面裂纹开裂点的应变片方法

本文较详细地介绍了用电阻应变片检测裂纹开裂点技术检测表面裂纹开裂点及其断裂韧度的试验原理与方法.通过一系列的研究性实验,探讨了应变片的最佳贴片位置.给出结论:当应变片丝栅中心的位置参数y/a=0.90～1.15时,可以达到检测表面裂纹最深处前缘开裂点的目的.并通过与阻力曲线法结果的对比分析,证明了该方法的准确性和可靠性.     

钢轨表面三维疲劳裂纹扩展数值分析

在车轮循环滚动接触载荷作用下,钢轨接触表面裂纹问题频发,严重威胁高速列车运行安全,开展钢轨表面三维滚动接触疲劳裂纹扩展分析意义重大.首先,考虑不同初始裂纹角度,建立钢轨轨头含初始裂纹的三维有限元模型,对钢轨表面施加循环滚动接触载荷,进行轮轨滚动接触计算;然后,基于相互作用积分法计算裂纹前缘的应力强度因子;最后,采用最大周向应力准则和Paris公式计算当前状态下裂纹扩展方向和扩展速率,进而更新下一时刻的裂纹形状和尺寸.通过对上述过程重复实现,从而预测钢轨表面三维裂纹的扩展路径.加载过程中裂纹前缘应力强度因子计算结果表明,随着初始裂纹角度增加,K_Ⅰ的峰值逐渐减小,K_Ⅱ的峰值逐渐增大,裂纹前缘各位置的等效应力强度因子逐渐减小;裂纹前缘节点的位置越靠近钢轨表面,等效应力强度因子越大.疲劳裂纹扩展计算结果表明,随着循环次数的增加,不同初始角度下的裂纹都发生了偏折,逐渐朝着钢轨深度方向扩展,且裂纹的初始角度越大,发生扩展时需要的循环次数越多.对比三种初始裂纹角度下裂纹长度随循环次数的演化曲线可以发现,初始裂纹角度越小,裂纹扩展速率越大.所开发的方法也适用...     

平板裂纹前缘三维效应区的弹性力学分析

本文利用Kane和Mindlin关于弹性乎板面内问题位移的基本假设及Fourier变换求解了无限大板的I型裂纹问题,得到了裂纹尖端应力位移场的渐近形式、应力强度因子随板厚的变化规律以及板厚对裂纹前缘三维效应区的影响.研究表明,对线性硬化材料,在塑性切线胰量不太小的情况下,线弹性分析的结果可近似适用于弹塑性材料.     

裂纹尖端疲劳塑性区研究

循环塑性区大小是疲劳断裂研究中非常重要的一个参数.本文运用数值方法,考察了不同塑性本构模型、有限单元尺寸、几何非线性、载荷比等参数对于裂纹尖端疲劳塑性区大小的影响.结果发现除塑性本构模型外其他参数对于裂纹尖端疲劳塑性区大小影响不大.同时对Ⅰ、Ⅱ型混合裂纹在多轴非比例载荷下给出了由Jiang和Kurath定义的疲劳塑性区...     

三维疲劳弹塑性弯曲裂纹塑性区研究

主要研究疲劳载荷作用下的三维弹塑性弯曲裂纹尖端的塑性区问题.用数值解法计算出三维弹塑性弯曲裂纹尖端交变塑性区于裂纹直线部分延长线上的投影长度的最大值和变化幅值,作图分析了三维弹塑性弯曲裂纹尖端交变塑性区尺寸的最大值和变化幅值与三维裂纹体几何尺寸之间的关系.三维弹塑性弯曲裂纹尖端交变塑性区的最大值和变化幅值随着三维裂纹体厚度的增大而减小,随着三维裂纹体厚度的均匀增大,三维弹塑性弯曲裂纹尖端塑性区的最大值和变化幅值不断减小,减小的幅度越来越小,最终趋于平面应变状态下的弹塑性弯曲裂纹尖端塑性区尺寸最大值和变化幅值.当三维裂纹体几何尺寸相同时,三维弯曲裂纹尖端塑性区的最大值和变化幅值随外载荷的不断增大而逐渐增大.建立了一个计算三维弹塑性弯曲裂纹交变塑性区的最大值和变化幅值的崭新理论模型.     

空心车轴不同深度表面裂纹应力强度因子研究

分析了空心车轴的旋转弯曲载荷的特点,建立了空心轴表面周向半椭圆裂纹的模型,给出了半椭圆裂纹的构形参数定义,即形状比、深度比和裂纹前缘相对位置。采用四分之一20节点等参退化奇异单元,通过有限元计算,模拟裂纹前沿的应力奇异性。在此基础上,计算了裂纹前缘表面点和中心点的应力强度因子随着裂纹扩展深度和旋转角度的变化。计算结果表明,对于给定的裂纹构形,在车轴的一个载荷循环中,裂纹前缘同一相对位置的应力强度因子是不断变化的,不同位置的应力强度因子在达到最大值的角度也是不同的,这就导致了裂纹前缘表面点在一些角度下的扩展是不对称的。这些结果为进一步研究空心轴表面裂纹的扩展路径和寿命提供了参考。     

CT试样三维疲劳裂纹扩展数值模拟

在循环载荷下疲劳裂纹的裂纹形貌在稳定扩展区近似为半椭圆形状,因此通过Paris方法根据疲劳裂纹表面尖端点应力强度因子的变化幅值(△K)得到扩展速率与真实的裂纹速率会有误差.为了更好的研究疲劳裂纹的性质,本文通过分析紧凑拉伸(CT)试样的疲劳裂纹扩展后的三维形貌,采用Jiang-Sehitoglu循环塑性模型和疲劳准则以...     

缺口短疲劳裂纹扩展的弹塑性断裂力学

前言缺口试件疲劳有许多不同于光滑试件疲劳的特征,其中最主要的就表现在疲劳裂纹扩展方面.在循环载荷作用下,缺口试件应变分布是不均匀的,缺口顶端往往存在一循环塑性应变区,在其周围是弹性应变区.一般来说,微裂纹在缺口顶端形成;其Ⅰ阶段传播周次很短,缺口试件疲劳寿命主要由短裂纹在缺口塑性应变区传播周次及裂纹在弹性应变区传播周次两部分组成.短裂 ...     

残余应力对压力容器破坏模式的影响分析

破前漏(简称LBB)是压力容器、核电站设备结构设计与评价中的一个重要准则.表面裂纹准静态扩展的几何形貌变化规律的预测是破前漏(LBB)评判十分重要的课题之一.本文对特定焊接残余应力场加载作用下,含三维表面裂纹的压力容器模型,用有限元软件(ABAQUS)进行了表面裂纹准静态扩展模拟计算,得到在此残余应力场作用下应力强度因子沿裂纹前缘的分布规律.结合外载引起的应力强度因子,就可以判别裂纹的扩展形貌,从而判断结构是否满足LBB要求.