铝锂合金微裂纹-短裂纹生长过程的实验观察

通过二元铝锂合金的细观拉伸疲劳实验，动态观察了试样表面金相微观结构组织的变化及微裂纹的萌生及扩展直至断裂的全过程，并分析讨论了晶界及微结构对微裂纹萌生及扩展的影响，微裂纹向短裂纹、长裂纹发展的判据．该实验材料是模型材料，晶界结合强度较弱，裂纹沿晶开裂现象较多．经对实验结果及金相裂纹分析，表明金属材料微结构对裂纹扩展有明显的影响．晶界作为一种物质界面存在于晶粒间，具有一定的物理和力学性质，对微裂纹扩展速率及发展行为有较大影响．     

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．     

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。     

基于耗散能密度的疲劳裂纹扩展规律研究

在疲劳裂纹扩展过程中,裂纹尖端的能量耗散决定了裂纹扩展能力.研究基于耗散能密度的裂纹扩展规律更有物理意义.耗散能密度是材料疲劳性能的一种表征参数,实验测得了镍基高温合金GH4169材料室温和450℃高温的耗散能密度与控制应力幅值的关系曲线.参照Paris公式的形式提出了基于耗散能密度的裂纹扩展方程,并通过疲劳裂纹扩展试验测量了GH4169材料在室温和450℃高温下的裂纹扩展速率与耗散能密度的关系.试验结果的总体趋势与所提出的扩展方程一致.     

铝锂合金微裂纹—短裂纹生工过程的实验观察

通过二元铝锂合金的细观拉伸疲劳实验，动态观察了试样表面金相微观结构组织的变化一裂纹的萌生及扩展直至断裂的全过程，并分析讨论了晶界及微结构对微裂纹萌生及扩展的影响，微裂纹向短裂纹，长裂纹发展的判据，该实验材料是模型材料，晶界结合强度较弱，裂纹沿晶开裂现象较多，经对实验结果及金相裂纹分析，表明金属材料微结构对裂纹扩展有明显的影响，晶界作为一种物质界面在于晶粒间，具有一定的物理和力学性质，对微裂纹扩展速     

基于泛形理论的裂纹扩展路径模拟

材料断裂面的泛形特征是由于材料内部不均匀造成的．本文利用纳米压痕实验测得的弹性模量随机样本，得到了表示材料非均匀特性的Weibull统计分布参数；对含裂纹的HT250试件的裂纹扩展过程进行了基于扩展有限元法的数值模拟，在此结果上计算了裂纹扩展路径的泛形复杂度，模拟结果与试验结果吻合较好；分析了铝合金7075不同均质度对非均匀模型裂纹扩展的影响．研究结果表明，灰口铸铁的Ⅰ型裂纹扩展路径具有泛形特征，裂纹的泛形复杂度依赖于材料的非均匀性且呈负相关关系．该研究方法也适用于其他应力应变呈单值关系材料的裂纹扩展分析．     

基于裂纹闭合效应的高载迟滞预测模型修正

裂纹闭合效应通常是导致I 型裂纹扩展在高载作用下发生迟滞效应的主要因素之一．本文采用汽车薄板QSTE340TM 材料，针对不同应力比，高载比条件下疲劳裂纹扩展行为进行了实验研究．论文通过断面分析，针对各参数对裂纹闭合效应的具体影响进行了分析讨论，认为裂纹作用区域随裂纹扩展而动态变化，从而提出了一种对有效应力强度因子幅的修正方法．通过在原有模型中引入幂函数形式的动态变量α，表征裂纹闭合效应的作用比例随裂纹长度的动态变化，取得了较好的效果．     

界面裂纹非对称扩展模型

提出了一种新的复合材料结构中层间脱层裂纹扩展模型，该模型能够揭示裂纹扩展对裂纹左右尖端能量释放率的相对大小及界面材料性能的依赖性，能够比较真实地揭示复合材料结构层间脱层裂纹扩展复杂性的特点．     

缺口试样疲劳短裂纹行为研究

采用复型方法对中碳结构钢单边钝缺口试样的非穿透和穿透疲劳短裂纹的演化过程进行了研究。结果表明：试样的疲劳破坏主要是由形成于缺口根部的表面短裂纹扩展引起的；形成穿透裂纹以前的短裂纹形成和扩展过程占试样疲劳寿命的７０％以上；线弹性断裂力学不适合于描述表面裂纹和穿透裂纹早期阶段的扩展特性；某些条件下，裂纹初始几何形状的影响是导致穿透裂纹早期扩展出现奇异特性的主要原因。     

疲劳多裂纹问题研究进展

介绍了近十年来颇受关注的疲劳多裂纹(MFC)问题的研究．其研究的对象主要是长寿命承力结构，尤其是老龄飞机；目的是建立疲劳多裂纹问题裂纹扩展的计算模型和含疲劳多裂纹结构的失效准则．该研究为长寿命承力结构的疲劳可靠性评定奠定了基础．     

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.     

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。     

AN IMPEDANCE ANALYSIS FOR CRACK DETECTION IN THE TIMOSHENKO BEAM BASED ON THE ANTI-RESONANCE TECHNIQUE

An alternative technique for crack detection in a Timoshenko beam based on the first anti-resonant frequency is presented in this paper.Unlike the natural frequency,the anti-resonant frequency is a local parameter rather than a global parameter of structures,thus the proposed technique can be used to locate the structural defects.An impedance analysis of a cracked beam stimulated by a harmonic force based on the Timoshenko beam formulation is investigated.In order to characterize the local discontinuity due to cracks,a rotational spring model based on fracture mechanics is proposed to model the crack.Subsequently,the proposed method is verified by a numerical example of a simply-supported beam with a crack.The effect of the crack size on the anti-resonant frequency is investigated.The position of the crack of the simply-supported beam is also determined by the anti-resonance technique.The proposed technique is further applied to the"contaminated"anti-resonant frequency to detect crack damage,which is obtained by adding 1-3% noise to the calculated data.It is found that the proposed technique is effective and free from the environment noise.Finally,an experimental study is performed,which further verifies the validity of the proposed crack identification technique.     

Delamination effects on cracked steel members reinforced by prestressed composite patch

Prestressed composite patch bonded on cracked steel section is a promising technique to reinforce cracked details or to prevent fatigue cracking on steel structural elements. It introduces compressive stresses that produce crack closure effect. Moreover, it modifies the crack geometry by bridging the crack lips and reduces the stress range at crack tip. Fatigue tests were performed on notched steel plate reinforced by CFRP strips as a step toward the validation of crack patching for fatigue life extension of riveted steel bridges. A debond crack in the adhesive–plate interface was observed by optical technique. Debond crack total strain energy release rate is computed by the modified virtual crack closure technique. A parametric analysis is performed in order to investigate the influence of some design parameters such as the composite patch Young’s modulus, the adhesive thickness and the pretension level on the adhesive–plate interface debond.     

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。     

GCr15凹模环形裂纹电磁热局部跨越止裂的模拟研究

裂纹止裂技术是当前工业生产和实际应用中急需解决的关键问题;利用电磁热效应对带有裂纹的金属构件进行止裂,是达到延长工作寿命、提高安全性可靠性的一种行之有效的方法;本文采用有限元方法研究了带有半埋藏环形裂纹的轴对称GCr15凹模电磁热局部跨越止裂;建立了超强脉冲电流放电瞬间,环形裂纹尖端附近电场、温度场和热应力场的耦合关系。数值模拟分成热-电耦合(焦耳热问题)和热-机械耦合两个过程来实现,通过数值解析轴对称模型,给出了脉冲放电瞬间GCr15凹模中的电流-温度-热应力的求解过程,得到了脉冲放电瞬间半埋藏环形裂纹局部跨越止裂时凹模的温度场和热应力场。数值模拟研究结果表明:由于热集中效应,在放电瞬间裂纹尖端金属熔化,并形成局部堆焊,阻止了干线裂纹源的开裂,达到了止裂的目的。     

双拉试样裂纹扩展过程中的应力强度因子计算

论文将使用一种界面单元来解决二维裂纹的静态扩展问题.这种界面单元基于虚拟裂纹闭合法,利用商业有限元软件ABAQUS的用户自定义单元UEL功能,发展为界面断裂单元,计算应变能释放率(GⅠ和GⅡ).在裂纹尖端的两个节点间设置一个特殊刚度的弹簧,并引入哑节点计算裂纹尖端后面的张开位移和裂纹尖端前面的虚拟裂纹扩展量.采用这种单元计算应变能释放率时不需要使用奇异单元或折叠单元,不会出现收敛问题,也不需要复杂的后续处理.因此,采用这种断裂单元分析二维裂纹扩展问题是方便的、高效率的,而且也能得到可靠的精度.     

A MOVING CRACK IN A NONHOMOGENEOUS MATERIAL STRIP

This paper considers an anti-plane moving crack in a nonhomogeneous material strip of finite thickness. The shear modulus and the mass density of the strip are considered for a class of functional forms for which the equilibrium equation has analytical solutions. The problem is solved by means of the singular integral equation technique. The stress field near the crack tip is obtained. The results are plotted to show the effect of the material non-homogeneity and crack moving velocity on the crack tip field. Crack bifurcation behaviour is also discussed. The paper points out that use of an appropriate fracture criterion is essential for studying the stability of a moving crack in nonhomogeneous materials. The prediction whether the unstable crack growth will be enhanced or retarded is strongly dependent on the type of the fracture criterion used. Based on the analysis, it seems that the maximum 'anti-plane shear' stress around the crack tip is a suitable failure criterion for moving cracks in nonhomogeneous materials.     

断裂过程的有限元模拟

讨论了材料断裂过程的有限元模拟技术。基于自适应有限元的一般原理，并针对多相材料的裂纹扩展的特点，提出了一种简化的高精度和高效率有限元网格的动态重新划分策略。裂纹被假设沿着单元之间的路径连续扩展，利用节点力释放技术生成新的裂纹自由表面，发展了一种可随裂尖连续移动的网格动态加密和释放方法。这种方法已在各种裂纹问题中得以实现与应用。