一种随机裂纹结构的裂纹扩展路径分析方法

裂纹结构中存在大量不确定性因素,如裂纹长度、材料性质、外部载荷等,裂纹扩展路径的不确定性分析对研究随机裂纹结构损伤和断裂的力学特性并预测其性能及可靠性具有重要意义。本文提出了一种适应于混合载荷模式下随机裂纹结构的裂纹扩展路径分析方法。该方法考虑了裂纹长度、材料性质和外部载荷等的随机性,并通过蒙特卡洛方法对随机参数空间进行采样。采用比例边界有限元方法计算结构应力强度因子,进而模拟单次裂纹扩展路径。在此基础上,通过概率分析方法获得随机裂纹结构中裂纹扩展路径的统计特性。最后给出了两个数值算例验证了本文方法的有效性。     

磁场作用下磁流变液结构演化的实验研究

本文显微观察了工程应用中使用的高体积比磁流变液在磁场作用下的结构演化过程,实验结果指出：工程应用中高体积比浓度的磁流变液在磁场作用下将形成一种复杂的三维结构斧磁颗粒与母液油将一起形成空间结构,在形成的类固体物质内部将含有大量的裂纹等缺陷,在磁场的作用下内部的缺陷将扩展,这对磁流变液机理研究和建模提供了重要的实验依据。     

含裂纹铆接搭接连接件三维有限元分析

铆接连接是工程结构中广泛采用的一种主要机械连接形式之一.由于在铆钉处存在应力集中,随着工程结构的老龄化,在铆钉附近将出现疲劳裂纹,这些裂纹在扩展到一定程度后会致使整个结构发生突然失效.本文采用三维有限元法分析了在拉伸载荷作用下含裂纹铆接搭接连接件结构,利用虚裂纹闭合法计算了裂纹尖端的应力强度因子,并与平面模型进行了比较.结果表明,由于载荷偏心引起的次弯矩对应力强度因子的影响较大.     

Ⅲ型扩展裂纹的JR曲线及其应用

1、引言在各种工程结构的韧性断裂分析中,J_R曲线在预测裂纹扩展失稳点及确定材料的抗断裂性能等方面起了十分重要的作用.然而,确定材料的J_R曲线通常要求进行大量细致的试验工作,耗资费时.为了有效地确定J_R曲线,在对裂纹尖端场的渐近分析取得进展的     

含中心裂纹铝合金薄板裂纹稳态扩展的实验研究

一、引言对于韧性材料的含裂纹构件,通常是在大范围屈服情况下断裂的,所以必须建立弹塑性断裂理论来进行研究。用J积分判据J_(1c)或临界裂纹顶端张开位移δ_(cr)来衡量韧性材料的断裂韧性,在工程上具有实用意义。但是J_(1c)和δ_(cr)都是用来确定裂纹的初始起裂,而起裂后的裂纹稳态扩展现象很重要,特别对于硬化材料的金属薄壁构件更为明显,在裂纹缓慢稳态扩展的过程中,必须继续增加载荷,直到裂纹失稳扩展,因此要合理地确定含裂纹薄壁结构的承载能力,就需要研究裂纹稳态扩展过程。Feddersen在研究平面应力断裂问题中,用铝合金中心裂纹板试件做了大量实验,对工程设计提供了有用的分析方法,但是对于裂纹的稳态扩展过程只做了定性描述,没     

CRACK INTERACTING WITH AN INDIVIDUAL INCLUSION BY THE FRACTURE CRITERION OF CONFIGURATIONAL FORCE

基于构型力概念提出一种可判断裂纹起裂以及裂纹扩展方向的新断裂准则.该准则假设当构型合力值达到一个临界值时裂纹开始扩展,而裂纹扩展的方向则为构型合力的矢量方向.基于此断裂准则,本文开发构型力的有限元计算方法,实现对裂纹扩展的数值模拟,并着重对工程中常见的含孔洞/夹杂结构的裂纹扩展问题展开研究.研究结果表明,基于构型力的裂纹扩展准则可以很好地预测裂纹与孔/夹杂的干涉作用,其数值模拟结果与实验结果相符,从而验证了该裂纹扩展模拟方法的有效性.通过对裂纹和夹杂（圆孔、软夹杂、硬夹杂）干涉问题的数值模拟表明,裂纹前端夹杂对裂纹的扩展具有重要影响.裂纹的扩展方向与裂纹和夹杂的相对位置、以及夹杂类型密切相关.软夹杂和圆孔会吸引裂纹向其扩展,而硬夹杂会排斥裂纹扩展,裂纹在扩展过程中会绕开硬夹杂.当裂纹与夹杂夹角较小时,夹杂对裂纹扩展的影响作用明显,当夹角较大时,夹杂对裂纹扩展的影响较小;特别当裂纹与夹杂夹角为45°时,软夹杂和圆孔可能会抑制裂纹的扩展,使裂纹扩展发生止裂.研究结果有助于认清含孔洞/夹杂结构中的裂纹扩展或止裂问题,对于工程中的断裂问题具有重要指导意义.     

基于构型力断裂准则的裂纹与夹杂干涉问题

基于构型力概念提出一种可判断裂纹起裂以及裂纹扩展方向的新断裂准则.该准则假设当构型合力值达到一个临界值时裂纹开始扩展,而裂纹扩展的方向则为构型合力的矢量方向.基于此断裂准则,本文开发构型力的有限元计算方法,实现对裂纹扩展的数值模拟,并着重对工程中常见的含孔洞/夹杂结构的裂纹扩展问题展开研究.研究结果表明,基于构型力的裂纹扩展准则可以很好地预测裂纹与孔/夹杂的干涉作用,其数值模拟结果与实验结果相符,从而验证了该裂纹扩展模拟方法的有效性.通过对裂纹和夹杂(圆孔、软夹杂、硬夹杂)干涉问题的数值模拟表明,裂纹前端夹杂对裂纹的扩展具有重要影响.裂纹的扩展方向与裂纹和夹杂的相对位置、以及夹杂类型密切相关.软夹杂和圆孔会吸引裂纹向其扩展,而硬夹杂会排斥裂纹扩展,裂纹在扩展过程中会绕开硬夹杂.当裂纹与夹杂夹角较小时,夹杂对裂纹扩展的影响作用明显,当夹角较大时,夹杂对裂纹扩展的影响较小;特别当裂纹与夹杂夹角为45?时,软夹杂和圆孔可能会抑制裂纹的扩展,使裂纹扩展发生止裂.研究结果有助于认清含孔洞/夹杂结构中的裂纹扩展或止裂问题,对于工程中的断裂问题具有重要指导意义.     

压力容器高应变区应变疲劳裂纹扩展试验研究

针对压力容器几何结构不连续高应变区断裂和疲劳破坏特点,本文通过对应变循环条件下疲劳裂纹扩展影响因素和控制参量的理论分析,提出将△J作为应变循环条件下疲劳裂纹扩展速率的控制参量,并在EPRI弹塑性断裂分析工程方法基础上,提出了△J的工程计算方法,并通过模拟应变疲劳裂纹扩展的SCT试样试验,验证了△J工程计算方法的可靠性,根据SCT试样应变疲劳裂纹扩展试验研究结果,在考虑了压力容器高应变区几何形状和材质变化对应变疲劳裂纹扩展参量影响后,提出了一种压力容器高应变区应变疲劳裂纹扩展速率工程估算方法。     

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.     

随机疲劳裂纹扩展新模型

疲劳裂纹扩展的随机特性是工程结构可靠性分析和制定检查、维修计划野性 须考虑的因素,提出疲劳裂纹随机扩展模型,不仅考虑了时间参数影响,而且还考虑了初始裂纹尺寸分布影响。模型适应范围广,由于采用了一次二阶矩近似方法简化随机过程计算,便于工程应用。     

压电类智能结构的力学行为和工程应用

智能结构是近几年国际上兴起的一门多学科交叉的前沿课题．由于具有很强的工程应用前景,美、日等发达国家投入了大量的人力、物力进行这方面的开发研究．首先对智能结构的定义、组成作了简要介绍．就智能结构研究中的热点——压电类智能结构,从其力学行为和工程应用两方面,详细论述了目前国内外的研究现状．      

常幅载荷下典型结构件的全寿命预计

本文简述了全寿命的概念,以便把裂纹产生、裂纹扩展和止裂的各个阶段联系起来.本文提出了估算初始裂纹的工程方法;利用全寿命的概念分析和计算了简化了的结构连接件和加筋板,指出了现行加筋板断裂分析中的不足之处,提出了一种加筋板疲劳断裂分析方法,并把计算结果同试验结果作了比较,说明文中所提供的方法是可行的.     

弯载下位于刚性固定端周向壁穿裂纹的圆柱壳弹塑性解

金属圆柱壳结构常见于大型复杂结构系统中。这类构件在其端部与其它构件相连接是工程上常见的结构形式。由于连接处焊接热影响或实际复杂内力的作用,在连接处产生疲劳裂纹的几率相对增大;另一方面,由于高韧性材料的应用,使得弹塑性裂纹更为常见。然而到目前为止尚无这类问题的弹塑性理论解析。本文针对受弯曲载荷作用下的周向壁穿裂纹位于固定端的圆柱壳,基于半膜力壳理论及Dugdale模型,推导了裂纹尖端张开位移(CTOD)和裂纹尖端张开角度(CTOA)等一套相对完整的弹塑性解析解。该解除少数数值求根外,均为显式表达,可用于裂纹起裂、撕裂计算,追踪此类由弹塑性裂纹的存在所引起的圆柱壳结构的柔度以及裂纹撕裂条件下的极限承载能力等变化过程,弥补了这类工程问题解析解空缺的不足。     

K_Ⅰ,K_Ⅱ复合型三点弯曲试件应力强度因子的计算

线弹性断裂力学已发展成为工程设计的重要手段。但目前普遍采用的K_1=K(?)准则,仅适用于Ⅰ型(张开型)裂纹,而在实际工程结构中的裂纹,K_Ⅰ,K_Ⅱ,K_Ⅲ可能同时存在,欲预测结构中裂纹的失稳扩展,必须研究复合型断裂准则,并进行相应的实验。     

复合材料疲劳Ⅱ型层间裂纹扩展门槛值试验方法研究

疲劳裂纹扩展门槛值在结构损伤安全设计中具有重要作用，该文提出了复合材料Ⅱ型疲劳裂纹扩展门槛值的试验方法，并实测了两种复合材料的疲劳裂纹扩展门槛值。     

各向异性硬化材料中Ⅲ型定常扩展裂纹的有限元分析

1.引言硬化材料的裂纹定常扩展是估计材料裂纹扩展阻力的重要课题。文献[1—2]分别用一种适用于裂纹定常扩展的有限元方法,分析了各向同性硬化材料的裂纹定常扩展问题。然而,大多数工程材料都表现出某种程度的鲍辛格效应,即材料在硬化过程中具有各向异性的性质。扩展裂纹尖端附近的材料经历了加、卸载甚至可能是反向加载的过程。因此,必须计入各向异性硬化的情况。Ibragimov用运动硬化理论讨论了Ⅲ型裂纹的定常扩展。文[4—5]研究了各向异性硬化材料的裂纹尖端渐近场。     

PMMA材料裂纹动态扩展及止裂研究

PMMA俗称有机玻璃,是一种用途十分广泛的工程材料,其裂纹动态扩展及止裂是工程应用研究的难点问题。以SHPB为动态加载装置,通过实验和仿真研究了含圆孔PMMA板的单边裂纹动态扩展问题,模拟结果与裂纹动态实验结果的对比验证了仿真模型的有效性。在此基础上,研究了PMMA板中的圆孔半径、预裂纹长度、止裂孔半径、止裂孔与裂纹尖端竖直位移等因素对裂纹扩展的影响。研究结果表明,圆孔半径和预裂纹长度对裂纹的起始扩展时间有明显影响,在裂纹尖端设置止裂孔可以有效地抑制裂纹的扩展,并且止裂孔半径、止裂孔与裂纹尖端竖直位移对止裂效果有显著影响。本文研究结果对PMMA材料工程应用有一定的参考价值。     

共线裂纹体尺寸对应力强度因子的影响

本文在文献[1]的基础之上,用文献[2]中提出的奇异准谐调元,进一步对二维裂纹体几何尺寸对一对共线裂纹应力强度因子的影响进行了大量的数值计算和研究,给出了计算表格、拟合曲线以及经验公式,定量地分析了裂纹体几何尺寸对共线裂纹应力强度因子的影响。为工程中的裂纹体的脆性断裂分析与评定,提供了必要的计算依据。     

复合型疲劳裂纹的扩展

1.引言实际工程中,对于结构部件的寿命需要作出理论上的估计,因此部件在疲劳载荷作用下裂纹的扩展是一个重要的研究课题。一个疲劳裂纹的扩展将取决于部件所用材料的性质、几何形状以及受载情况等等因素,也就是说需要用断裂力学的理论来解决结构部件的设计与分析。过去一般对于疲劳裂纹的扩展主要基于P.C.Paris公式,即     

辛奇异元方法与含裂纹结构加固问题分析

本文借助于辛体系本征解展开原理和辛共轭正交关系,提出一种辛奇异元模型.并结合有限元软件形成一种新的数值方法和对含裂纹结构分析思路.其最大优势在于:直接给出裂纹的应力强度因子;不受单元网格密度的局限;不受路径的影响.利用该奇异元对含裂纹结构加固问题进行分析,发现了一些特殊的规律.为含裂纹结构加固技术提供依据.