电子散斑和全息光弹法相结合测量透明材料的应力强度因子K1

全息光弹性中等和线是获得断裂力学中应力强度因子的一种有效方法之一。但用传统的全息光弹性方法获取等和线需暗房，要经过显影定影及再现，而且不能直接数字化使其应用受到限制。本文提出一种将全息光弹性与相移电子散斑干涉（Electric Speckle Pattern Interferometry，简称ESPI）有机结合的方法，不但克服传统全息光弹性的不足，而且使全息光弹性实现了数字化。文中将这一方法成功应用于有预制裂纹的三点弯曲试件上，定量求得其应力强度因子（Stress Intensity Factor，简称SIF）K1，而且实验值和理论值具有相一致的结果。     

任意多椭圆孔多裂纹无限大板的应力强度因子与M积分

基于弹性力学中平面问题的复势方法,应用保角映射技术,以Faber级数为工具,导出含任意多椭圆孔及裂纹群无限大板在任意载荷作用下其应力场和位移场的级数解,并在此基础上计算了任意多裂纹板的应力强度因子和M积分,数值结果表明,该方法具有计算精度高、收敛速度快、方便快捷等解析法特有的优点.通过算例分析了不同裂纹倾角时M积分值随载荷方向的变化关系,并讨论了裂纹长度、裂纹间距及裂纹倾角等参数对应力强度因子的影响规律,获得了一些重要结论.     

界面裂纹问题中的弹性T项和应力强度因子

研究两相材料有限板含单边界面裂纹的断裂力学特性，对不同的材料组合用广义变分法分析了不同尺寸试件和裂纹长度下的应力强度因子和弹性T项，讨论了材料特性对应力强度因子和弹性T项的作用．分析了试件尺寸和裂纹长度对应力强度因子和弹性T项的影响．     

黏弹性界面断裂分析的增量“加料”有限元法

提出了一种适用于黏弹性界面裂纹问题的增量“加料” 有限元方法. 利用弹性界面裂纹尖端位移场的解答,通过对应原理和拉普拉斯逆变换近似方法,得到了黏弹性界面裂纹的尖端位移场. 用该位移场构造了黏弹性界面裂纹“加料” 单元和过渡单元位移模式,推导了增量“加料” 有限元方程,求解有限元方程可获得应力强度因子和应变能释放率等断裂参量. 建立了典型黏弹性界面裂纹平面问题“加料” 有限元模型,计算结果表明,对于弹性/黏弹性界面裂纹和黏弹性/黏弹性界面裂纹,该方法都能得到相当精确地断裂参量,并能很好地反映蠕变和松弛特性,可推广应用于黏弹性界面断裂问题的计算分析.      

刚性电极夹持的压电陶瓷层中含Ⅲ型裂纹的解析解

分析了刚性电极所夹持的压电陶瓷层的中平面上含有III型穿透裂纹的电弹性问题.利用积分变换和对偶积分方程方法,采用绝缘型和导电型裂纹两种假设,分别获得了有限长和半无限长裂纹的电弹性行为的精确解析解.并给出了相应的场强度因子和能量释放率.     

电子散斑和全息光弹法相结合测量透明材料的应力强度因子KI

全息光弹性中等和线是获得断裂力学中应力强度因子的一种有效方法之一.但用传统的全息光弹性方法获取等和线需暗房,要经过显影定影及再现,而且不能直接数字化使其应用受到限制.本文提出一种将全息光弹性与相移电子散斑干涉(Electric Speckle Pattern Interferometry,简称ESPI)有机结合的方法,不但克服传统全息光弹性的不足,而且使全息光弹性实现了数字化.文中将这一方法成功应用于有预制裂纹的三点弯曲试件上,定量求得其应力强度因子(Stress Intensity Factor,简称SIF)KI,而且实验值和理论值具有相一致的结果.     

拉伸载荷作用下单边缺陷-边裂纹应力强度因子研究

利用杂交位移不连续法研究拉伸载荷作用下矩形板中单边缺陷-边裂纹(半圆孔裂纹和半方孔裂纹)问题,给出了这三种平面弹性裂纹问题的应力强度因子的详细数值解。通过半圆孔裂纹问题和半方孔裂纹问题与单边裂纹问题的应力强度因子的比较,发现半圆孔和半方孔对单边裂纹有屏蔽影响。此外,本文的研究结果表明,杂交位移不连续法用于分析平面弹性有限体中复杂裂纹问题的应力强度因子简单且又准确。     

裂尖曲率对裂纹前缘塑性区的影响

考虑尖端为圆弧形的钝头裂纹模型，在外围取线弹性无裂纹体的解，应用线场分析方法。形成一套估计钝头裂纹前缘塑性区尺寸的方法。对含径向裂纹和圆弧形裂尖的圆盘受均匀张力作用情况，给出了塑性区的裂纹前缘尺寸与裂纹尖端曲率的关系。得到的结论是，塑性区的裂纹前缘尺寸与裂纹尖端曲率有关；对于给定的塑性区的裂纹前缘尺寸，载荷反比于外缘尺寸的平方。前一结论说明了塑性区的裂前尺寸作为裂纹失稳扩展判断的局限性；后一结论说明了裂纹体强度失效的尺寸效应规律：抗断强度与总体线尺寸的平方成反比。     

线弹簧模型法在含表面裂纹球壳中的应用

本文应用线弹簧模型法,基于Sih.G.C.含二维裂纹球壳理论建立了含表面裂纹球壳的控制方程,采用数值方法选取位移试函数及合理地处理了对偶奇异积分方程使计算大为简化,通过电算实现了计算求解过程,从而获得了球壳表面裂纹前沿各点的应力强度因子之值。 最后将计算结果与考虑“膨胀效应”后的Ncwoun-Raju 解进行了比较,同时研究了曲率因素对表面裂纹线弹性断裂性态的影响。     

考虑表面弹性效应时正三角形孔边裂纹反平面剪切问题的断裂力学分析

基于表面弹性理论和保角映射技术,研究了远场作用反平面剪切载荷作用下考虑表面弹性效应时正三角形孔边裂纹问题的断裂性能.给出了孔边应力场的精确解,获得了裂纹尖端应力强度因子的解析解答.数值算例中讨论了裂尖应力强度因子随三角形孔尺寸、裂纹长度和表面性能的变化规律.结果表明:当三角形孔的尺寸在纳米量级时,无量纲应力强度因子具有显著的尺寸效应;随着三角形孔尺寸的增大,论文结果趋近于经典断裂理论解答;无量纲应力强度因子随孔边裂纹长度的增加,先增大而后减小;当孔边裂纹长度较小时,表面效应影响较弱;应力强度因子的尺寸效应受表面性能影响显著.     

连铸板坯热轧中角部裂纹变化的研究

采用有限元方法对轧件角部横向和纵向裂纹在多道次立-平轧制过程中变形行为进行了模拟,分析了裂纹的闭合与扩展行为．结果表明:采用平立辊,裂纹很好闭合,但变形程度大,可能延伸和往轧件顶面移动,对角部横向裂纹,裂纹尖端节点往外扩散,对三角形横向和纵向裂纹,裂纹可能发生折叠;采用孔型立辊,立轧后,轧件裂纹很好地闭合,平轧后,横向和侧面纵向裂纹可能被拉开,顶面纵向裂纹闭合较好,只有三角形横向裂纹可能发生折叠．     

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在重轨万能轧制过程中,首先建立了简化的三维理论模型. 然后分别给出了轨腰、轨头及轨 底的运动学许可速度场以及相应的应变速度场和剪应变速度强度,并求出了相应变形区的塑 性变形功率、速度间断面上消耗的功率以及由于摩擦产生的摩擦功率. 最后根据上限原理分 别求解了水平辊和两个立辊的轧制力上限解. 通过比较可知,二辊轧制理论公式误差很大因 此不能用于万能轧制过程,而上限法求得的轧制力近似解大于轧制现场数据但最大误差不超 过13\%, 因此根据上限原理进行轧制工艺参数设定及优化是比较可靠的.     

原始组织对ER9车轮钢滚动接触疲劳性能的影响

利用双盘滚动接触疲劳试验机对原始组织分别为片状珠光体+先共析铁素体(P+PF)和回火索氏体(TS)的ER9车轮钢试样进行滚动接触疲劳试验,并对结果进行了分析。结果表明:在油润滑条件下,原始P+PF试样的滚动接触疲劳寿命是TS试样的2.8倍.?其原因是原始的P+PF的试样表面存在厚约1?μm的机加工细晶层,而TS试样无明显细晶层,在疲劳过程中,P+PF试样会优先在细晶层内萌生浅层裂纹并平行于表面扩展形成浅层剥落,而后在细晶层剥落的区域萌生疲劳裂纹,而TS试样则直接在试样表面萌生疲劳裂纹.?经过1×105周次在空气中的预磨损后,两种不同原始组织的试样表面均被强化,滚动接触疲劳寿命均有大幅度的提升.?但由于P+PF试样预磨损过程中机加工细晶层的剥落以及产生了少量的疲劳磨损,部分疲劳磨损裂纹成为滚动接触疲劳裂纹的裂纹源,而预磨损后的TS试样的表层形成分布更为均匀的细晶层,故预磨损后的TS试样的滚动接触疲劳寿命远高于P+PF试样.      

确定应力强度因子的光弹性法与焦散线法

以光弹性法及焦散线法的基本原理为基础,对两种方法在确定应力强度因子方面进行了比较。发现对于纯I型裂纹问题,光弹性法的精度低于焦散线法的精度;对于I－Ⅱ混合型裂纹问题,就张开型应力强度因子而言,光弹性法的精度低于焦散线法的精度,而就滑移型应力强度因子而言,光弹性法的精度高于焦散线法的精度。     

Heat transfer associated to a hot surface quenched by a jet of oil-in-water emulsion

In hot rolling, the mechanical properties of steel alloys are conditioned by the rolling process but a great part is ensured by the cooling of the hot strip mill. Well controlling this cooling rate and its homogeneity is thus of primary importance for obtaining steels with desired mechanical properties. As the water used in the cooling stage of the rolling process can be polluted by oil (in hot mill strip, some oil is used to lubricate the rolls and a part of it can pollute the water), it is important to know how much varies the cooling rates when water is polluted. In this study, transient cooling has been investigated during quenching of a hot metal disk with various subcooled oil-in-water emulsion jets. The aim of this work is to compare the cooling efficiency of oil-in-water emulsion jet with a pure water jet. Experimental investigations of axisymmetric jet impingements on a preheated hot metal disk (500-600 °C) have been performed with various oil-in-water emulsions. The transient cooling heat fluxes on the quenched side are estimated by coupling the measurement of the temperature field of the other side (rear face) with a semi-analytical inverse heat conduction model.     

钢轨打磨磨痕粗糙度与交叉磨痕对滚动接触疲劳损伤的影响

利用砂纸在钢轨试样表面打磨出不同粗糙度等级(1、4和7 μm)的单向磨痕和交叉磨痕(?45°/70°、?20°/90°和45°/70°),利用MMS-2A轮轨摩擦磨损试验机对打磨后的钢轨试样进行滚动试验并分析滚动接触疲劳损伤规律. 结果表明:打磨钢轨的滚动磨损表面粗糙度和损伤均比未打磨钢轨严重,随打磨磨痕粗糙度增加,钢轨滚动磨损表面粗糙度和损伤均呈减小趋势. 当打磨粗糙度为7 μm时,滚动接触疲劳裂纹为枝裂纹,裂纹深度较小;随打磨粗糙度减小,枝裂纹发生贯穿连通形成网状裂纹损伤,裂纹深度增加. 相较于单向打磨钢轨,交叉打磨磨痕钢轨滚动磨损表面粗糙度较低,滚动接触疲劳损伤较轻微. 此外,?45°/70°和45°/70°交叉磨痕的滚动损伤比?20°/90°交叉磨痕钢轨更加轻微.      

Dynamic behavior of two collinear anti-plane shear cracks in a functionally graded layer bonded to dissimilar half planes

In recent years, the functionally graded materials (FGMs) have been widely applied in extremely high temperate environment. In this paper, the dynamic behavior of two collinear cracks in FGM layer bonded to dissimilar half planes under anti-plane shear waves is studied by the Schmidt method. By using the Fourier transform technique, the present problem can be solved with a dual integral equation. These equations are solved using the Schmidt method. The present method is used to illustrate the fundamental behavior of the interacting cracks in FGMs under dynamic loading. Furthermore, the effects of the geometry of the interacting cracks, the shear stress wave velocity of the materials and the frequency of the incident wave on the Dynamic Stress Intensity Factor are investigated.     

Thermoelastic analysis of multiple defects with the extended finite element method

In this paper, the extended finite element method (XFEM) is adopted to analyze the interaction between a sin-gle macroscopic inclusion and a single macroscopic crack as well as that between multiple macroscopic or micro-scopic defects under thermal/mechanical load. The effects of different shapes of multiple inclusions on the material thermomechanical response are investigated, and the level set method is coupled with XFEM to analyze the interaction of multiple defects. Further, the discretized extended finite element approximations in relation to thermoelastic prob-lems of multiple defects under displacement or temperature field are given. Also, the interfaces of cracks or materials are represented by level set functions, which allow the mesh assignment not to conform to crack or material interfaces. Moreover, stress intensity factors of cracks are obtained by the interaction integral method or the M-integral method, and the stress/strain/stiffness fields are simulated in the case of multiple cracks or multiple inclusions. Finally, some numer-ical examples are provided to demonstrate the accuracy of our proposed method.     

大型轧机油膜轴承锥套损伤问题研究

利用弹塑性接触问题边界元法分析了轧机油膜轴承锥套与轧辊辊颈装配过程中的变形和载荷特性,讨论了接触应力和变形对锥套与辊颈损伤的影响,给出了防止锥套与辊颈装配过程损伤的具体改进措施。最后通过实验验证了理论分析结果和改进方案的正确性。