Ⅰ＋Ⅱ复合型弹塑性断裂的COD分析

以Ｒｉｃｅ的裂纹尖端钝化模型为基础定义了复合载荷下裂纹尖端的位移ＣＯＤ，ＣＴＯＤ和ＣＴＳＤ，ＣＴＯＤ和ＣＴＳＤ是复合型裂尖位移ＣＯＤ的Ⅰ和Ⅱ型分量。对铝合金Ｌｙ１２复合Ⅰ＋Ⅱ型弹塑性断裂行为进行了ＣＯＤ分析，并对复合载荷下ＣＯＤ与Ｊ积分关系进行了讨论。结果表明：（１）随Ⅱ型分量的增加，Ｌｙ１２启裂的ＣＯＤ值增加，纯Ⅱ型的启裂ＣＯＤ值理纯Ⅰ型的６倍：（２）Ｌｙ１２复合载荷下的ＣＯＤ与复合Ｊ积分值ＪＭ     

两种正交异性材料界面上裂纹冲击后的动态响应

本文研究了两种不同正交异性材料界面半无限长裂纹，在冲击荷载下的动态弹塑性响应。通过积分变换，Ｗｉｅｎｅｒ－Ｈｏｐｆ方法和Ｃａｇｎｉａｒｄ－ｄｅＨｏｏｐ反演围通技术，求得一般解析解，获得了该裂纹的动应力强度因子；通过采用Ｄｕｇｄａｌｅ模型，建立了裂纹尖端塑性区延伸速度与裂纹扩展速度的关系，以及动态ＣＯＤ与裂纹扩展速度的关系。     

循环J积分作为疲劳裂纹扩展驱动力的研究

对循环Ｊ积分ΔＪ可否作为应力强度因子幅ΔＫ不再适用的场合的裂纹扩展驱动力进行了研究。用Ｄ－Ｂ法估计了中心裂纹板（ＣＣＰ）和单边裂纹板（ＳＥＣＰ）试件受单调加载作用的Ｊ积分的塑性部分Ｊｐ，并与有限元结果进行了比较。本文还对Ｖ型和半圆切口根部萌生的短裂纹在循环载荷下进行了弹塑性大应变有限元分析。结果表明ΔＪ有一定的路径相关性，即由较靠近裂尖的积分路径得的ΔＪ值小于较远路径上获得的，两者又都小于Ｄ－Ｂ法估计得ΔＪ值，切口根部短裂纹扩展实验和表面裂纹远场大应变控制下低周疲劳实验表明，由Ｄ－Ｂ法估计的ΔＪ在一定条件下可以作为疲劳裂纹扩展驱动力，深度方向和表面长度方面的裂纹扩展率皆可由线性似合线来表示。考虑闭合效应后，ｄａ／ｄＮ－ΔＪｅｆｆ也是Ｐａｒｉｓ型关系，而且可在切口根部萌生出的裂纹很短的条件下使用     

动态裂纹扩展中的分形效应

假设裂纹顶端沿着分形轨迹运动，建立了裂纹扩展的分形弯折（ｋｉｎｋｉｎｇ）模型来描述裂纹的动态扩展。根据这个模型，我们推导了分形裂纹扩展对劝态应力强度和裂纹速度的影响．动态应力强度因子与表观应力强度因子之比Ｋ（ｌ（ｔ），Ｖ）／Ｋ（Ｌ（ｔ），Ｏ）是表观裂纹速度Ｖ＿Ｏ，材料微结构参数（ｄ／Δａ），分维Ｄ和裂纹扩展路径的弯折角θ的函数。本文研究结果表明：在分形裂纹扩展中，表观（或量测）的裂纹速度Ｖ＿Ｏ很难接近Ｒａｙｌｅｉｇｈ波速Ｃ＿ｒ．动态断裂实验中Ｖ＿Ｏ明显低于Ｃ＿ｒ的原因可能是分形裂纹扩展效应所致。材料的微结构，裂纹扩展路径的分维和弯折角均很强地影响动态应力强度因子和裂纹扩展速度。     

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）。     

反平面扩展裂纹的J积分与COD

给出一个以任意速率扩展的反平面裂纹与路径无关的Ｊ积分，证明Ｊ积分扩展裂纹尖端的张开位移（动态ＣＯＤ）之间有的简单的关系，Ｊ积分与能量释放率，动应力强度因子之间也有简单关系，利用这些关系，给出了动态ＣＯＤ与动应力强度因子之间的关系式。     

裂纹转子分岔、混沌行为研究

分析非线性涡动中裂纹转子在裂纹存在和裂纹扩展两种情形下的典型非线性动力学行为－－混沌和分岔现象。在2／3倍临界转速区，裂纹深度浅于R／2的裂纹转子有分岔和拟周期响应出现；深度超过R／2的裂纹转子会出现分岔及混沌现象。裂纹角β对这些非线性动力学行为有很大影响。     

疲劳裂纹扩展柔度法测量系统研究

为了寻求高温高压环境介质下的疲劳裂纹扩展的测量方法,本文研制了基于柔度法的疲劳裂纹扩展系统。根据显微镜的标定结果,验证该计算机自动测量系统给出了可信的测量结果。其中,位移由涡流位移传感器测得,载荷由试验机自带的标准传感器测得。计算机实时采集并处理测试信号,给出裂纹扩展速率。文中介绍了该系统的功能及应用前景。作为应用实例,给出了４２ＣｒＶ和ＩＲ３Ｍｏ等钢种的疲劳裂纹扩展速度及门槛值。     

半无限横观各向同性体中共面双裂纹边界元分析

基于双横观各向同性材料基本解的对偶边界元方法,分析了半无限横观各向同性材料中两条共面裂纹的相互作用问题。裂纹面上分别作用着法向和切向两种均布荷载,材料的各向同性面及裂纹面平行于半无限域自由面。数值计算得到了该类裂纹的应力强度因子(SIF)值和两条共面裂纹相互作用的SIF值影响系数。根据数值结果分析了自由面对该类裂纹SIF值的影响,以及裂纹间距与形状、自由面对SIF值影响系数的影响。结果表明,自由面对作用法向力时的该类裂纹SIF值有明显的影响,裂纹间距与形状对SIF值影响系数影响较大,但自由面对SIF值影响系数基本无影响。     

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。     

A Zener-Stroh crack interacting with an edge dislocation

A Zener-Stroh crack interacting with an edge dislocation is studied. The crack faces are assumed to be traction free. The applied ‘generalized loading’ for crack is the initial displacement jump and the intervention of the edge dislocation. Through decomposing the problem into two sub-simple problems, using the superposition principle, its solution is obtained. To demonstrate both the validity of the solution and its potential application, two simple examples related to the crack stress intensity factors are presented on the basis of the solution. The application of the solution to model crack initiations arising from dislocation-pileup is discussed.     

狭长缺口根部萌生的小裂纹扩展分析

根据伴随着小裂纹延展过程中不同力学参数相互作用的分析研究基础之上,我们就疲劳小裂纹的扩展特性进行了分析,根据不扩展裂纹性质对小裂纹的长度范围进行了讨论,探讨了狭长缺口根部萌生的小裂纹扩展速率, 并研究了不扩展裂纹形成机理,推演出不扩展裂纹长度计算方法,发展出一种预测小裂纹扩展行为的方法,借助这种方法可以实现裂纹萌生寿命的预测,与疲劳设计相结合可以进一步提高构件安全性与可靠性．不扩展小裂纹的长度可以通过计算定量得到,它与材料的疲劳极限、裂纹门槛值及缺口尺寸等参数紧密相关．以理论数据为依据,可以设计出针对一定材料及尺寸的试样,使其在一定荷载条件下不扩展裂纹长度达到宏观可观测的范围,进而降低小裂纹测量方面的技术难度,进一步验证不扩张裂纹形成机理．     

ELASTO-PLASTIC BRANCHED ANALYSIS FOR AN INTERFACE CRACK BASED ON CRACK ENERGY DENSITY

The elasto-plastic finite element analyses for an interface crack indissimilar material,based on the crack energy density(CED)concept,are investigatedin mode Ⅰ loading condition.It is confirmed that the values of CED almost remainstable when the notch radius ρ is sufficiently small,both in elastic and elasto-plasticcase.Numerical results for both elastic and elasto-plastic cases show that under themode Ⅰ loading condition,when the crack propagates to the more stiff material with asmall angle,the total CED will become larger than that along the interface.If thecrack heads into the more compliant material,the CED will become less than that alongthe interface.     

金属材料疲劳损伤的宏细观理论

工程结构的疲劳损伤发展过程经历了由初始缺陷的形成、裂纹的稳态扩展直到最后失效的不同发展阶段,通常疲劳损伤的演化可以概括为以下几个阶段:(1) 亚结构和微观结构的变化引起永久损伤的形成,产生微观裂纹;(2) 微观缺陷的长大会合形成主裂纹;(3) 主裂纹稳态扩展;(4) 结构失稳或完全失效.首先论述了疲劳裂纹扩展的物理机制,并从细观和宏观两个方面总结了处理疲劳裂纹问题的最新研究成果,对位错力学在处理短裂纹扩展问题中的应用,以及无位错区(DFZ)在疲劳裂纹扩展中的作用进行了较详细讨论.      

混凝土砌块墙体裂缝的力学机理探讨

从混凝土砌块墙体裂缝的工程调查出发，分析裂缝的成因和表现形式，指出温度裂缝和干缩裂缝混凝土砌块墙体裂缝的两种主要形式．根据实测的墙体温差，计算了温度裂缝应力；根据Kelvin方程，阐述了干缩裂缝的机理，并估算了干缩裂缝应力，解释了产生混凝土砌块墙体的裂缝原因。     

二维位错裂纹的稳定性分析

在已有的一维穿透位错裂纹模型及能量计算的基础上，将其推广为二维椭圆盘状裂纹模型，并计算了其能量．根据能量平衡原理，给出了位错裂纹模型的裂纹平衡尺寸、裂纹扩展临界应力．并与不考虑位错影响的宏观断裂力学中Ⅰ型穿透裂纹的Ｇｒｉｆｉｔｈ解及椭圆盘裂纹的Ｇｒｉｆｉｔｈ解加以比较．给出的位错裂纹模型解在位错数目ｎ＝０时与宏观断裂力学解一致     

有限长界面裂纹对冲击载荷的响应

本文研究了受冲击载荷作用下界面裂纹的瞬态特性。通过引入裂纹尖端附近裂纹面无摩擦接触区,消除了界面裂纹问题中存在的振荡奇异性。由于产生了随时间变化的运动边界,应用积分变换及路径积分方法进行反演,在时间-空间域上给出了问题的控制积分方程。应用chebyshev多项式展开,将问题转化为非线性微分-积分方程组的求解。给出了剪切应力强度因子和裂纹面接触区尺寸的数值结果。所得结果表明,拉伸场中界面裂纹的扩展和剪切失效有密切关系。     

A theoretical analysis on stochastic behaviour of short cracks and fatigue damage of metals

In this paper, the closed form of solution to the stochastic differential equation for a fatigue crack evolution system is derived, and the relationship between metal fatigue damage and crack stochastic behaviour is investigated. It is found that the damage extent of metals is independent of crack stochastic behaviour if the stochastic deviation of the crack growth rate is directly proportional to its mean value. The evolution of stochastic deviation of metal fatigue damage in the stage close to the transition point between short and long crack regimes is also discussed.     

Investigation on 3D fatigue crack propagation in surface-cracked specimens

In the present work the fatigue crack growth in AISI304 specimens is investigated experimentally. In 3D finite element analysis the virtual crack closure technique is applied to calculate distributions and variations of the stress intensity factor along the surface crack front. It is confirmed that the stress intensity factor along the surface crack front varies non-uniformly with crack growth. Crack growth rate is proportional to the stress intensity factor distribution in the 3D cracked specimen. The fatigue crack growth in surface cracked specimens can be described by the Forman model identified in conventional compact tension specimens. For crack growth in the free specimen surface the arc length seems more suitable to quantify crack progress. Geometry and loading configuration of the surface cracked specimen seem to not affect the fatigue crack growth substantially.