混凝土断裂过程及尺寸效应分析

为研究混凝土裂纹断裂过程和最大承载力计算方法,通过实验机对四种不同尺寸混凝土紧凑拉伸断裂试件进行了加载过程实验,并对其中一个试件进行应变片跟踪测试.由实验结果分析得到了一系列关系曲线,如试件的载荷-加载点位移关系曲线,断裂损伤区变形随载荷变化曲线;并且计算了不同尺寸断裂试件的应力强度因子.结合计算粘聚裂纹应力强度因子的公式与断裂准则,完成了对承载力理论值的计算,并将其与实验峰值平均值进行对比,其结果是两者相比误差较小,表明此种计算裂纹结构最大承载力方法是可行的.     

三点弯曲试样幂硬化材料裂纹撕裂扩展的实验研究

本文应用三点弯曲试样和撕裂模量理论对弹塑性裂纹撕裂扩展的稳定性进行了实验研究,得出了适用于三点弯曲试样的施加撕裂模量T_(app)的计算公式。结果说明了材料硬化和系统柔度等因素对裂纹扩展稳定性的影响。实验中采用多层高柔度组合梁系统,得到了随加载系统柔度增加,裂纹扩展从慢稳定到失稳发展的过程。证明了撕裂模量理论的有效性。实验结果与理论预测相符。     

X60管钢的J-A2双参数弹塑性断裂预测

在对X60管钢弹塑性断裂分析中,采用J-A2双参数方法来预测带表面裂纹管道的破坏压力.为将实验室得到的X60钢标准试件的JR-Δa曲线的实验数据应用到实际裂纹构件中,对单边缺口紧凑拉伸(CT)试件和带轴向表面裂纹管道进行有限元分析.用J-A2方法来量化裂纹尖端区域的约束情况,结果表明,在裂纹深度相同的情况下,管道的内侧和外侧裂纹端的约束水平基本接近,内侧裂纹的略高一些,但二者与CT试件裂纹端的约束水平相比要低一些.同时,根据带裂纹管道的有限元计算结果,对管道的断裂破坏压力进行了预测,内侧裂纹的断裂破坏压力比外侧裂纹时的稍低.对X60管钢,断裂力学预测结果要比PCORRC准则的预测结果低.     

动载下韧性撕裂在三种管线钢材中传播阻力的研究

阐述了用实验确定在常温及静载和动载条件下韧性撕裂在三种管线钢材中传播时的断裂比能值。实验中采用了销钉加载双面开槽的双悬脊梁(DCB)试件。应用能量平衡法对实验结果进行了分析。考察了加载速率和试件厚度对撕裂韧性的影响。结果表明,管线钢材对韧性撕裂传播的阻力在动载条件下增大,对较薄的试件及应变率敏感性较高的材料其增大更为明显。对于纯剪切断裂的传播来说,撕裂韧性一般随试件厚度的增大而增加。     

钢质蜂窝夹芯梁的高温疲劳模型

针对钎焊钢质蜂窝夹芯梁开展高温三点弯曲疲劳实验研究. 结果表明芯子排列方向显著影响结构疲劳性能, 高温下W向试件易于承受循环载荷. 提出基于疲劳模量退化的寿命预测经验函数方法, 其参数与材料性质、载荷环境等因素有关. 该方法可以预测结构疲劳寿命而避免大量重复性实验. 结果表明: 对于L向试件, 剩余模量退化规律可用二阶多项式拟合; 而W向试件则倾向于用指数型函数描述. 从刚度退化方程中得到非线性累积损伤模型, 并与线性Miner准则和试验结果进行了比较, 合理解释了蜂窝夹芯梁的高温损伤问题.      

硅橡胶复型技术在断裂参数测试中的某些应用

本文简要介绍作者们利用国产硅橡胶材料测定裂纹尖端表面位移场的研究成果。在一根试样上多次“浇注”和取出不同加载状态下的复型,可得到δ_R阻力曲线,J_R阻力曲线。提出了一种由裂纹的复型测定裂纹张开角(COA)的方法,得到了1C_r13钢的CDA～da曲线。实验研究表明撕裂模量T_δ和CDA是比较好的弹塑性断裂参数。另外,作者们还用扫描电镜分析了裂纹的硅橡胶复型,从而给宏观微观结合起来研究裂纹问题提供了一个有希望的途径。     

壁厚对金属圆管撕裂卷曲耗能影响的研究

对置于锥型刚性底座上内径$D$为54.4\,mm的7种不同壁厚A3无缝圆钢管，在轴 压作用下撕裂卷曲破坏进行了较为系统的实验研究. 实验过程中记录了载荷-位移曲线， 并得到试件螺旋状残余变形模态. 对实验结果的分析中认为耗散能主要由撕裂能、塑性弯曲 变形能和摩擦能3部分构成. 分析结果表明，圆管壁厚对撕裂能和塑性弯曲变形能在总能耗 中所占比例的影响较明显，对摩擦能所占比例的影响甚微.     

用全息和散斑干涉法对含穿透裂纹的有限宽薄板进行弹塑性分析

本文用激光全息和散斑干涉法,测量了含中心疲劳裂纹、双边切缝、45°斜切缝的有限宽铝合金板试件(LY12—CZ),在均匀单向拉伸载荷作用下,直至大范围屈服时,裂纹尖端附近区域的三维位移场.给出了下列结果:①裂纹尖端塑性区的尺寸、形状随载荷增加的变化情况.中心疲劳裂纹与双边切缝试件的裂纹尖端塑性区形状的比较;②裂纹尖端特征点的COD—σ/σ_s 曲线,裂纹起裂点的张开位移δ_(?)(即COD);③试件对称轴上一定标距内△—σ/σ_s 曲线,标称应变ε_0与载荷比σ/σ_s 关系,即ε_0—σ/σ_s 曲线,实验表明标称应变ε_0是衡量试件屈服情况的参数;④定量地测定了裂纹尖端附近的位移场;⑤裂纹尖端附近的应变场;⑥对失稳断裂载荷进行了塑性极限分析.并将上述结果与有关理论,实验及数值计算结果进行了比较.     

SMC-R50复合板撞击破坏的定量研究和剩余强度的预报

本文研究了SMC—R50的撞击破坏,以及撞击破坏所引起的材料强度和刚度的降低. 撞击破坏引起SMC-R50薄板的厚度发生变化,以厚度变化作为衡量破坏的尺度.将宽试件切成窄条试件,以便实验测定一个“点”的剩余模量和剩余强度,并建立厚度变化与相应的模量和强度之间的关系. 用有限元方法分析受撞击的50.8mm宽试件的应力.把破坏区简化成各向同性线弹性的非均匀体,根据各单元的平均厚度变化,确定其相应的材料常数.用SAPⅣ计算出单元的主应力.用最大拉应力强度理论判断随着载荷增加时,其中某些单元逐次破坏并得出该试件的破坏载荷.理论预报与实验结果,吻合良好.     

确定实际极限载荷的零曲率准则

本文提出一种确定实际极限载荷的零曲率准则.做了六个球壳—接管钢制模型试验.利用这些试验结果和取自其它文献的试验数据对新准则和已被提出的各种准则进行了比较、讨论.结果表明:(1)零曲率点是实验曲线上的一个特征点,新准则是一种不含任意人为系数的客观准则.(2)用新准则确定的极限载荷的分散性比其他准则为小.     

变形模式对多孔金属材料SHPB实验结果的影响

利用两种改进后的Hopkinson杆实验分别测得多孔金属材料冲击端和支撑端的应力.实验结果及高速摄影表明,随着撞击速度的增加,试件两端的应力均匀性变差,分别对应着泡沫材料的3种变形模式:准静态模式、过渡模式、冲击模式.实验得出在冲击模式下,冲击端与支撑端的应力与试件的厚度无关,但是与试件的密度有关.在多孔金属的高应变率实验中,变形模式对SHPB实验有很大的影响,轴向惯性(波动)效应会导致试件两端的应力不均匀,此时利用SHPB得出的实验结果将会是应变率效应和惯性效应的耦合,不能真实反映材料的动态力学性能(应变率效应).      

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.     

疲劳裂纹扩展门槛值试验的可靠性分析

本文用30块30CrMnSiA合金铜的CCT试件所测得的ΔK_(th)试验数据检验了随机变量ΔK_(th)的分布特性,确认材料与厚度相同的试件在相同应力比下所测得的ΔK_(th)值基本遵循正态分布。在此基础上对ΔK_(th)试验进行了如下可靠性分析:具有指定可靠度与置信度的ΔK_(th)值,不同材料ΔK_(th)的统计对比,最少试件数。     

薄膜非线性撕裂三种弯曲模型的解答及讨论

针对薄膜非线性撕裂的弯曲模型,引入了3种表征薄膜撕裂过程的双参数准则.这3种表征分别为:(1)界面断裂韧度和分离应力; (2)界面断裂韧度和薄膜的裂尖转角; (3)界面断裂韧度和薄膜在裂尖的临界Mises等效应变.从3种双参数准则入手,分析并给出了针对上述各准则的薄膜非线性撕裂问题的解答.通过分析和比较,建立弯曲模型解答与严格平面应变弹塑性分析解答之间的关联.     

韧性材料J_R阻力曲线受试样尺寸因素影响的实验研究

本文应用不同尺寸的三点弯曲试样和带边侧槽试样,用实验方法研究了启裂J积分(J_(1C))和J_R阻力曲线的斜率(dJ/da)受试样尺寸的影响。结果表明,在满足GB2038-80所规定的试样尺寸要求的条件下,J_(1C)值受试样尺寸影响不大,但DJ/da值受试样尺寸影响较大。因此,在应用以J_R曲线理论为基础的裂纹扩展稳定性评定方法时,如撕裂模量理论及EPRI方法,要应用较大尺寸试样或带侧槽试样来测定J_R阻力曲线。     

复合V形切口脆断的形状改变能密度因子准则

沿袭裂纹尖端附近的形状改变能密度因子概念思路,定义V形切口尖端附近的形状改变能密度因子.基于V形切口尖端附近的奇异应力场,建立了Ⅰ-Ⅱ复合V形切口脆性断裂的形状改变能密度因子准则.应用该准则对复合载荷下双边切口试件进行了理论预测,并把预测结果与实验结果、应变能密度因子准则的预测结果进行了比较.结果表明,形状改变能密度因子准则预测的起裂角和断裂曲线与实验值更吻合.     

材料拉压加载试验实时同步辐射CT分析系统

本文介绍了自行研制的材料拉压加载试验实时同步辐射CT分析系统,该套系统既可得到试件拉压试验P-Δ曲线,也可得到对应曲线上任意点的试件CT重建图。该系统的关键设备之一是自行研制的一体化拉压加载和转动装置,文中以X射线CCD的像素尺寸10.9μm×10.9μm为基础,通过分析,给出了加载和转动装置应满足的运动学定位精度要求。该装置采用了四柱式框架结构,采用上下夹头同步转动实现试件相对于框架的刚性转动;上夹头作相对于框架的轴向运动(下夹头轴向位置固定)实现对试件的加载;在加载和转动装置中采用了诸多高精技术,实现了试件高精度的轴向定位、径向定位和刚性角度定位;对装置的精度检测表明其实际的定位精度优于运动学定位精度要求;对系统的计量考评初步表明,系统不计噪声的空间分辨率优于X射线CCD的像素10.9μm。     

裂纹试件的冲击试验

本文介绍了楔型冲击加载双悬臂梁(D.C.B)试件的动态测试技术。实测了冲击力随时间变化曲线;裂纹尖端及试件中部应变随时间变化曲线,并由测试结果分析计算试件的动态断裂韧K_(1d)性随时间变化曲线。     

焊接热影响区断裂性能试验研究

钢框架梁柱节点在最近几次地震中经历了大量断裂破坏现象。可以采用杆端非线性弹簧模型对这种破坏模式进行数值模拟。为了确定断裂分析模型的参数，本文进行了结构钢（Q235c,Q345c)焊接热影响区断裂性能试验研究，获得了两种材料在焊接热影响区的JR阻力曲线。通过比较不同的断裂准则，考虑了裂纹失稳扩展前的稳态裂纹累计，根据J积分撕裂模量法建立了裂纹失稳的失效评定图。采用两种材料分别制作了一组外形尺寸一致，初始裂纹尺寸不同的单边裂纹焊接板，测出相应的极限拉伸应力，并和理论曲线进行了对比。最后，对于本文研究结果的适用范围做了说明。     

结构钢韧性撕裂的实验与理论研究

对六种槽宽及两种边界条件的50D结构钢双悬臂梁试件,在INSTRON实验机上进行了准静态的撕裂实验,使用DPM（Double Plastic Zone Method)模型对实验进行了模拟,结果表明计算位移值与实验吻合很好,在此基础上得到了计算COD值,从而得到了结构钢的撕裂韧性。