一个新的复合型断裂准则

一、前言 由Griffth提出并由Irwin等发展了的线弹性断裂力学在处理Ⅰ型——张开型裂纹扩展问题上取得了很大成功。但是工程实际中经常遇到的裂纹通常都是处于复合型变形状态。在复合变形条件下裂纹扩展的准则,     

复合型断裂的经验准则

1.引言由于结构或载荷的不对称或因材料的各向异性等原因,实际结构中的裂纹通常是处在组合应力场作用下,因此研究复合型裂纹扩展对结构安全设计是重要的.自从Griffith把他对Ⅰ型裂纹的分析结果推广到复合型断裂以来,迄今各种复合型断裂已被Erdogan和Sih、Sih、Theocaris等人研究过.他们分别提出了能量释放率准则、最     

复合型裂纹断裂的新准则

以Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹为研究对象,对裂纹尖端的塑性区分布规律进行了理论分析.引入两组评价裂纹尖端应力场对裂纹扩展影响的参数,考虑裂纹尖端存在的局部塑性变形,并采纳如下两个假设,(1)裂纹沿最短路径穿过塑性区向弹性区扩展,(2)当在扩展方向上的弹塑性边界极半径r大于其临界极半径rc时,裂纹开始扩展.在此基础上,导出了新的复合型裂纹断裂准则,并与现有部分断裂准则及实验结果进行了对比.结果表明:新建立的复合裂纹断裂准则与实验结果吻合程度非常高.文中还分析了裂纹尖端应力场对复合断裂的影响机制,阐述了以单一KⅠc或KⅡc建立的复合裂纹扩展准则的局限性以及考虑裂纹尖端应力场的必要性.     

复合型裂纹扩展的应变能准则

现有的复合型裂纹扩展准则主要可分为两大类,一是以裂纹扩展前的应力-应变场为基础,二是基于能量平衡观点的能量释放率理论.例如,最大切向应力准则,最大主切向应力准则,最大切向应变准则和应变能密度准则都属于前者;Griffith-Irwin能量准则则属于后者.所有的这些准则几乎都假设裂纹扩展将沿着以裂纹尖端为中心的射线方向,并且在此方向上的某个基本函数存在着一个极值,当此极值达到临界值时,裂纹开始失稳扩展.这些准则的着眼点都是只考察裂纹尖端附近某一点处的某个力学参量(如应力、应变、应变能密度或能量释放率等)的变化.本文所考察的则是裂纹尖端周围某一特定区域内总应变能的变化.     

Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹等ε_θ线体积应变能断裂准则

利用裂纹尖端附近能量的变化去建立Ⅰ-Ⅱ型裂纹断裂准则是有效的方法之一。本文利用Ⅰ-Ⅱ型裂纹尖端周向应变ε_θ所围成的区域内体积应变能的变化,建立了基于等ε_θ线内体积应变能Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹断裂准则;讨论了Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹断裂中的两种应力状态下的临界荷载比值;并将准则的预测值与最大正应力理论和应变能密度因子准则预测值以及已有部分材料的实验结果进行了对比分析。结果表明,本文的理论预测值与铬锰钢、混凝土材料以及PMMA材料的实验值相比基本吻合。说明该准则对于工程材料的复合型断裂问题分析具有一定的理论意义和参考价值。     

基于GMTS准则的岩石复合型断裂机理研究

使用国际岩石力学协会规定的半圆盘岩石试件,加工不同倾角的直裂纹试样,通过三点弯曲加载试验得到不同I-II复合比断裂的断裂韧性和初始断裂角．传统裂纹扩展准则忽视了常数项即T应力及更高阶项的影响,导致该扩展准则的理论预测结果存在较大缺陷,本文通过考虑常数项,建立广义最大周向应力准则(GMTS)．在此基础上,分别采用传统的裂纹扩展准则和考虑T应力的裂纹扩展准则预测不同复合比裂纹的断裂韧性和初始扩展角,然后对比理论预测结果和实验结果．分析可得：常数项即T应力对断裂的临界应力强度因子和初始断裂角的影响是不可忽略的,且II型断裂占比较大时影响更大,广义最大周向应力准则预测值与实验测试结果之间的误差最小．     

基于ASME应变限制准则的小冲杆试验等效断裂应变

为更清楚地了解阳江35kV服役导线的运行状态,从分析导线断线原因出发,通过对老旧导线的单丝断裂强度、弹性模量、应力应变曲线、拉断力、抗拉强度等综合指标的测试与分析,研究服役导线的力学性能,由试验结果得出：35kV老旧导线钢芯的直径变化对于架空导线的外径变化有直接的影响,老旧导线的铝线直径变化较小,其外径增大1.67％~4.24％;钢单线的拉断应力仍能达到标准中规定值的106%,且伸长率也满足要求;部分铝线的抗拉强度低于95%;绞线拉断力仍能达到95%的计算拉断力。但是相同规格下的老旧导线的抗拉强度比新导线的抗拉强度低2%~18%。结果表明：阳江地区服役三十年以上的老旧导线在力学性能上仍能继续承载。     

基于ASME应变限制准则的小冲杆试验等效断裂应变

小冲杆试验(Small Punch Test,SPT)技术是一种新型微试样试验技术,通过极少量材料就能得到材料的许多力学性能。本文以压力容器常用钢材Q345R为研究对象,通过ABAQUS有限元软件模拟小冲杆试验过程,得到了小冲杆试样最先失效单元的应力三轴度;然后根据ASME防止局部失效的应变限制准则中求解多轴应变极限的方法,对小冲杆试验的等效断裂应变进行了研究。研究结果表明:基于ASME应变限制准则的等效断裂应变具有较大的保守性,作者所提出的修正应变限制准则参数的方法是可行的。此外,小冲杆试样的尺寸效应对等效断裂应变也有重要影响,使得计算的等效断裂应变比有限元模拟的应变值小。     

纤维复合材料复合型断裂正应力强度因子比准则

对纤维增强复合材料的裂纹起裂及开裂方向准则进行了研究，提出了复合型断裂的正应力强度因子比准则（Normal Stress Intensity Factor Raito Criterion).此准则是一种综合考虑了正应力强度因子和剪应力强度因子对裂纹起裂的推动的准则，并且不需要预先确定材料的特征尺度，使用较方便，且预测结果是很好的。     

混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹断裂准则研究方法概述

I—II复合型断裂是混凝土断裂中最常见的一种形式．断裂力学基本上有两种分析裂缝稳定性的方法:应力强度因子法和能量法,在混凝土断裂性能的描述上两者应该是等效的．本文介绍了不同种断裂准则的基本假定、判别标准、适用范围,并与实际试验结果相比较,指出各种断裂准则的优缺点．     

正交异性板复合型裂纹相对周向应力断裂准则

采用相对周向应力为断裂参数,提出正交异性板任意方向的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的最大相对周向应力断裂准则.应用本准则确定开裂方向角时,能较合理地考虑材料特性的影响.     

Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹等σθεθ线面积断裂准则

为了研究构件中的复合型裂纹开裂角和裂纹扩展临界值,根据Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹尖端附近等σε线所围成的面积大小的变化,提出了Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹断裂等θθσε线面积断裂准则,推导了Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹扩展的开裂角公式和断裂扩展准则表达式,结果表明纯Ⅱ型裂纹的0θ及断裂韧度比θθKⅡ/c KⅠc随泊松比的增大而降低.同时给出了Ⅰ-Ⅱ复合型等θθσε线面积断裂准则的理论预测曲线,并与部分实测值进行了对比分析,与其他准则以及试验数据对比分析表明:本准则的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹断裂准则公式推导简单,工程应用方便;其理论预测值与现有部分材料的实验值相比误差在12%以内,表明本文提出的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹等θθσε线面积断裂准则可以应用于部分材料的复合型断裂问题分析.     

复合型裂纹扩展的Griffith准则

Griffith理论用于复合型断裂已被许多人研究过。本文的工作是在能量释放率理论的基础上,通过计算任意方向上的能量释放率,推导出最大能量释放率准则的一般表达式,並将它同Ⅱ—Ⅲ和Ⅰ—Ⅱ—Ⅲ复合型断裂实验进行了比较。     

复合型断裂的非线性能量分析

对于复合型断裂的线弹性分析,根据最大能量释放率判据,得到了一般的G-K关系,对于带有任意取向的裂纹并受双向加载的有限板的非线性能量释放率,本文给出了理论表达式,同时,本文用数值结果表示了非线性能量释放率的双向加载影响。     

复合型韧性断裂实验和控制参数

通过对不同韧性材料在各种平面复合载荷形式下裂纹启裂阶段裂端变形、启裂位置和扩展方向的系统的宏微观实验验证及计算分析,考察了韧性断裂参数空穴扩张比的分布特征和裂纹启裂及扩展方向的关系．得到：对于不同韧性的材料,在裂端的钝化变形区域,空穴扩张比的极大值区对应干裂纹的启裂位置,裂纹启裂时钝化裂端前缘空穴扩张比的临界值不敏感于复合比的变化．而对于裂纹启裂后的扩展方向,则需根据具体材料在相应的特定区域中比较空穴扩张比参数极大值的分布特征,需经进一步的分析,从而确定裂纹的扩展方向．实验及计算结果表明,尽管复合型断裂时裂纹启裂及扩展的机理极其复杂,用于韧性材料复合型断裂的空穴扩张比参数仍能很好地预测裂端的启裂及扩展方向,可作为复合型韧性断裂过程的控制参数．     

平面应力弹塑性复合型断裂研究

本文对受拉伸载荷的含有不同倾角中心裂纹的铝合金薄板,用直接记录激光散斑法和云纹法测量了裂纹周围的变形场,并测得裂纹稳态扩展过程中载荷与裂纹扩展量的对应关系。同时采用弹塑性大变形的有限元方法进行了数值分析,得到裂纹周围的应力应变分布,计算结果与实验测量值符合良好,并进行了讨论。     

最大能量释放率断裂准则在Ⅱ-Ⅲ和Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ复合型断裂中的应用

MG准则的物理概念是非常明确的,它认为,裂纹扩展将引起裂纹体的势能释放,当释放的能量与形成新裂纹面所需要的能量相当时,就导致裂纹失稳扩展,并沿着能量释放率最大的方向开裂。本文将根据Irwin关于能量释放率G与应力强度因子K之间的关系的理论,...     

剪应力强度因子断裂准则

金属材料破坏的形式,可分为剪切断裂和解理断裂.破坏的剪切机理,就是在剪应力作用下的滑动过程.滑动的增加仅与滑动面的剪应力有关系,与垂直于滑动面的正应力无关.在三维应力状态下,由弹性力学理论得到正八面体平面上剪应力...     

关于全复合型能量释放率准则

作为在ICF5作者们文的继续,同一方法用于列出Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ复合型的最大能量释放率准则。本文改进并推广了Williams的近裂纹尖端的展开,用于分支裂纹趋近于零的情形,并指明,不仅是级数的首项而且必须保留级数的总和,在Ⅲ型裂纹的特殊情形,对于能量释放率,级数可求和,且其结果与封闭形式的精确解(见Tanaka与Ichikawa,Sih,Liebowitz和郝,Wu)相同,而王所得的结果乃对应于级数的首项。并顺便澄清了Tanaka等与王间的争论。     

三维复合型断裂的试验方法探讨

探讨了一种能够揭示三维复合型断裂现象并能记录这些现象的三维复合型断裂研究的实验方法，用此方法完成了LC4－CS航空结构铝合金不同厚度紧凑拉伸试样的I＋Ⅱ复合型断裂试验。结果表明：此方法能够简便地确定出复合型裂纹的起裂载荷、破坏载荷、裂尖张开位移、滑移位移和起裂角，基本解决三维复合型断裂研究所需实验数据问题。同时发现此种材料试样的承载能力和超裂方向的确具有明显的厚度效应。