沥青混合料疲劳过程的损伤力学分析

采用损伤力学方法研究沥青混合料的疲劳失效问题。针对悬壁梁弯曲疲劳试件,推导出疲劳过程中应力场、损伤场和疲劳裂纹形成寿命的工程封闭公式。根据沥青混合料特点,提出一种模拟疲劳裂纹扩展的特征单元失效模式,从而将疲劳裂纹形成与扩展两个阶段统一用损伤力学理论进行描述和分析。本文对沥青混合料试件的疲劳裂纹形成寿命与扩展寿命分段进行了预测,还对疲劳过程中刚度衰减及位移幅值的演化过程进行了数值模拟计算。理论预期与实验结果吻合良好。     

抽油杆疲劳裂纹形状比变化规律

采用断裂力学方法研究了抽油杆杆体疲劳裂纹形状比在扩展过程中的变化规律，证明无论初始形状如何，抽油杆杆体疲劳裂纹形状比在扩展过程中趋于同一个稳定数值．通过裂纹扩展实验对直径为15．9mm的抽油杆疲劳裂纹形状比进行了实验测定，发现其裂纹形状比迅速靠近0．78．     

疲劳裂纹扩展的随机模型

本文从J.L.Bogdanoff提出的一种新的疲劳裂纹扩展模型出发，假定在裂纹扩展过程中存在不同的等概率均匀扩展区间，采用Z变换和其复数反演理论，推导出疲劳裂纹经任意次载荷循环后的失效概率计算的解析公式，计算结果与实验值符合较好、偏保守。     

疲劳裂纹扩展的逻辑框架

人们已经发现应力强度因子变程△K与疲劳裂纹扩展率da/dN之间具有良好的对应关系,并由此建立了反映这些关系的各种理论。根据实验结果建立的疲劳裂纹扩展理论往往是假设性的(conjectory);但同时也可以用严谨的逻辑推理来导出疲劳裂纹扩展理论。演绎推导的理论和假设性的理论互为补充,促进了人们对疲劳裂纹扩展规律认识的不断深化。 本文对30年来疲劳裂纹扩展领域的工作进行了系统的总结,具体回顾考察了四种演绎推导理论:①无限大均匀宽板中的小裂纹扩展理论;②da/dN与△K相关的相似理论;③小范围屈服条件下均匀材料中的裂纹扩展理论;④链开式疲劳裂纹扩展理论,并将上述四种理论囊括在一个逻辑框架之中,用以分析疲劳裂纹扩展问题。本文也简述了如何应用这一逻辑框架来理解总结反映疲劳裂纹扩展行为的各种表达式,解释复杂的小裂纹扩展和复合材料中的裂纹扩展。     

基于随机点过程理论的疲劳裂纹随机扩展模型

本文根据疲劳裂纹扩展特性，运用随机点过程理论导出了求取裂纹扩展随机过程低阶矩的公式。同时根据二阶矩近似法用Ｗｅｉｂｕｌｌ分布近似给定寿命下的疲劳纹长度分布。给出了求取给定寿命下裂纹超值概率分布和给定裂纹长度下疲劳寿命分布公式。最后，用小样本孔边短裂纹扩展数据对模型适用性进行了初步验证。     

高温疲劳表面短裂纹的分形研究

对2.25Cr-1Mo合金钢进行了高温疲劳实验，采用中断试验与复膜技术相结合的方法观测了试样表面疲劳短裂纹萌生，扩展及合体的演化过程，并用数据格子方法研究了含裂纹表面的分形特征。结果表明：疲劳短裂纹的萌生扩展行为具有分形特征，可以用分形理论加以描述；分形维数随着疲劳过程的继续而稳定地成比例增加；分形维数可以作为把握材料总体损伤状态的参数，可作为寿命评价的依据。     

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．     

CTS试件中复合型疲劳裂纹扩展

针对复合型循环载荷作用下的金属构件中的裂纹扩展问题进行了实验分析和理论建模. 首先 采用紧凑拉剪试件(CTS)和 Richard研制的复合型载荷加载装置，对承受复合型循环载荷的裂纹进行了实验研究. 实验选择了两种金属材料试件，分别承受3种形式的复合型循环载荷的作用，在裂纹尖端具 有相同的初始应力场强度的条件下考察复合型循环载荷对裂纹扩展规律的影响. 实验结果表明，疲劳裂纹的扩展速率与加载角度有关. 对于同样金属材料的试件，当裂尖处 初始应力场强度相等时，载荷越接近于II型，裂纹增长速率越快. 采用等效应力强度 因子(I型和II型应力强度因子的组合)、裂纹扩展速率及复合强度等参数，以实验数据为 基础，建立了一个疲劳裂纹扩展模型，用来预测裂纹在不同模式疲劳载荷作用下的扩展速率. 为验证其有效性，该模型被应用于钢制试件的数值模拟计算中. 实验结果与模拟计算曲线保 持一致，表明该模型可以用来估算带裂纹金属构件的寿命.     

考虑微动磨损的钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命预测研究

微动疲劳是矿井提升钢丝绳主要失效形式之一,在钢丝微动疲劳过程中,微动磨损严重影响钢丝微动疲劳裂纹扩展特性,进而制约钢丝微动疲劳断裂机制,故开展考虑微动磨损的钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命预测研究至关重要. 运用自制钢丝微动疲劳试验机开展钢丝微动疲劳试验和拉伸断裂试验,通过高速度数码显微系统揭示微动疲劳过程中钢丝微动磨损演化、裂纹萌生和扩展及断裂特性,基于摩擦学和断裂力学理论,运用有限元法、循环迭代法和虚拟裂纹闭合技术建立了考虑微动磨损的钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命预测模型,并进行试验验证. 结果表明:采用微动疲劳过程稳定阶段磨损系数预测钢丝微动磨损演化可保证预测正确性,微动疲劳过程中钢丝主要为I型裂纹扩展模式,考虑微动磨损的钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命预测值和试验值吻合较好,验证了预测模型正确性.      

疲劳裂纹扩展寿命的可靠性及灵敏度分析

将影响结构疲劳裂纹扩展寿命的不确定因素视为随机变量,用随机有限元和可靠性分析理论,从概率论和数理统计的角度出发对含裂纹平面结构的断裂过程进行了可靠性分析。通过疲劳裂纹扩展寿命可靠度对随机变量的灵敏度分析,可以看出不同因素对疲劳裂纹扩展寿命可靠度影响的差别很大。     

各向异性介质中SH波引起的裂纹扩展

本文利用Green函数法,求解各向异性介质中半无限长裂纹在SH波作用下,以任意速度扩展的问题。首先,利用Laplace变换和Cagniard-de Hoop反演法求解各向异性介质中反平面问题的Green函数,并利用它建立了求解裂纹扩展问题的积分方程。因为方程为Abel型的,所以可得到在SH波作用下,半无限长裂纹扩展问题的解析解。还可求得裂纹端点附近的应力和裂纹表面上位移的表达式。并对裂纹端点附近的奇异性进行讨论。最后讨论了裂纹尖端附近任一点的能量关系。并应用Griffith的能量准则,对裂纹扩展规律进行了讨论。     

狭长体中非对称快速传播裂纹的分析解

用复变函数方法得到了弹性狭长体中含有一非对称半元限裂纹的动力学问题的分析解，当裂纹速度Ｖ→０时，此动力学的解可还原静力学的解，该问题Ｉ型与ＩＩ型静态与动态应力强度因子ＫＩ，ＫＩＩ得以确定，并且具有解析的形式。     

稳态循环应力下结构断裂可靠性设计方法

对含初始缺陷（宏观裂纹）结构进行无限寿命断裂可靠性设计，给出了疲劳裂纹扩展应力强度因子的二维概率密度函数及其门槛值分布函数公式，通过应力强度因子，门槛值干涉模型可求得裂纹不扩展的可靠度和指定可靠度下不扩展裂纹的最大尺寸，并确定含裂纹构件的检修周期。     

SINGLE AND DOUBLE EDGE INTERFACE CRACK SOLUTIONS FOR ARBITRARY FORMS OF MATERIAL COMBINATION

In this paper interfacial edge crack problems are considered by the application of the finite element method. The stress intensity factors are accurately determined from the ratio of crack-tip-stress value between the target given unknown and reference problems. The reference problem is chosen to produce the singular stress fields proportional to those of the given unknown problem. Here the original proportional method is improved through utilizing very refined meshes and post-processing technique of linear extrapolation. The results for a double-edge interface crack in a bonded strip are newly obtained and compared with those of a single-edge interface crack for different forms of combination of material. It is found that the stress intensity factors should be compared in the three different zones of relative crack lengths. Different from the case of a cracked homogeneous strip, the results for the double edge interface cracks are found to possibly be bigger than those for a single edge interface crack under the same relative crack length.     

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。     

Asymptotic elastic solution for two straight cracks of arbitrary length and location

An infinite elastic plane containing two straight cracks of arbitrary length and location is analyzed within the framework of elastostatics. The mathematical formulation is based on the stress solution for a single crack and leads to a system of singular integral equations that govern the crack surface displacement densities. The solution series in terms of the reciprocal of the crack centre distance is not suitable for cracks that are spaced too closely. It is shown by way of examples that the method of asymptotic solution is convenient for developing approximation expressions of the stress and displacement field with certain characteristics. The formulas for the stress intensity factors and crack opening are given for the case of a constant tensile load. Graphical results are given for the variations of the stress intensity factors with parameters depending on the relative positions of the cracks.     

International conference on role of fracture mechanics in modern technology : Fukuoka, Japan, June 2–6, 1986

An infinite elastic plane containing two straight cracks of arbitrary length and location is analyzed within the framework of elastostatics. The mathematical formulation is based on the stress solution for a single crack and leads to a system of singular integral equations that govern the crack surface displacement densities. The solution series in terms of the reciprocal of the crack centre distance is not suitable for cracks that are spaced too closely. It is shown by way of examples that the method of asymptotic solution is convenient for developing approximation expressions of the stress and displacement field with certain characteristics. The formulas for the stress intensity factors and crack opening are given for the case of a constant tensile load. Graphical results are given for the variations of the stress intensity factors with parameters depending on the relative positions of the cracks.     

一种XFEM断裂分析的裂尖单元新型改进函数

提出了一种适用于裂尖改进单元的新型改进函数, 基于三角变换的方法, 保留裂纹尖端场的应力奇异性和裂纹上、下表面的位移不连续性, 将常规扩展有限元法裂尖改进单元的4 项改进函数缩减为2 项, 裂尖改进单元的结点由常规的8 个改进自由度减少为4 个. 采用2 个正交的水平集函数表征材料内部裂纹面, 详细阐述了改进单元类型的判别方法, 给出一种改进单元的分区域积分方案. 最后, 若干断裂力学问题经典算例的数值计算结果表明:建议的裂尖改进函数具有较高的数值精度, 该方法是十分有效的.     

Toughening analysis of mode III crack in transformation toughened ceramics

The fracture toughness enhancement of mode III crack in transformation toughened ceramics such as Ce-TZP and Mg-PSZ is predicted by using a pressure sensitive transformation criterion and the weight function method. The theoretical analyses of the toughening effect for both stationary and steady-state growing crack are given, respectively. The results show that the toughening is only associated with crack growth and there is no toughening effect for stationary crack.The project was supported by the National Science Foundation of China     

Large strain field near a crack tip in a rubber sheet

The distribution of stress-strain near a crack tip in a rubber sheet is investigated by employing the constitutive relation given by Gao (1997). It is shown that the crack tip field is composed of two shrinking sectors and one expanding sector. The stress state near the crack tip is in uniaxial tension. The analytical solutions are obtained for both expanding and shrinking sectors.