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。     

K_(IC)试验数据的统计处理

本文在分析了按标准试验方法测得的K_(IC)值的分散性产生的原因之后,确认用同种工艺状态、同一取样方向的同种材料制成的同尺寸试样在同一温度下测得的K_(IC)值为随机变量.用大小为43和30的子样分别检验了Lc4与30 CrMnSiNi2A 两种材料上述K_(IC)随机变量的分布特性,认为基本遵循正态分布.利用统计理论估计出取得在90%的置信度下与真值误差小于5%的K_(IC)平均值所需试样数约为4—6.指出在每组K_(IC)试验中用最少试样取得满足上述要求的K_(IC)平均值的具体方法。最后对用三根试样测定的K_(IC)平均值给以统计意义的说明.     

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。     

用圆环裂纹圆柱拉伸试样测K_(ⅠC)的等价能量法

本文将威特(Witt)等用紧凑拉伸试样测K_(Ic)的等价能量法用于圆环裂纹圆柱拉伸试样.用与紧凑拉伸试样的尺寸参数(D=B)相等的圆棒试样,可以测得更接近有效的K_(Ic)值.实验证明这一推广是可行的.文中将威特提出的一些规律和假定,作了补充证明.     

应用统计观点对随机应力下疲劳裂纹扩展规律的研究

本文利用MTS—880试验机系统,在带通滤波器发出的伪随机信号控制下,对45钢的中心裂纹平板试样进行了随机加载试验,用以比较不同表达式的ΔK_(char)对da/dt的影响。本文还推导了窄带高斯应力过程作用下,疲劳裂纹扩展寿命的一个估算公式,该公式中用到的载荷统计量仅依赖于应力的自功率谱密度(P.S.D)。用该公式计算所得结果与试验结果符合得较好。     

考虑横向剪切变形时含裂纹平板的渐近分析

本文用文[1]的渐近分析方法,研究了考虑横向剪切变形的含裂纹平板的应力状态和应力强度因子的渐近解.在Reissner 平板理论的范围内,将含裂纹平板的应力状态分解为外场区(Ⅰ区)、Reissner 边界效应区(Ⅱ区)和裂纹尖端附近的奇异性区(Ⅲ区)等基本应力状态.用特征分析方法,导出了裂纹尖端区的应力——位移场;并提出了两种匹配展开的渐近求解方案:对载荷对称情况,用逐区匹配求解的方法求得了当小参数趋近于零时,含裂纹平板的应力场与位移场的渐近解和应力强度因子的一般积分表达式;并证明当小参数趋近于零时,对应于对称型(Ⅰ型)、反对称型(Ⅱ型)的应力强度因子K_1~R、K_2~R 和按古典平板理论提法下的应力强度因子K_1~c、K_2~c 之间存在简单的解析关系:K_1~R=((1 v)/(3 v))K_1~c,K_2~R=K_2~c在此基础上,讨论了含裂纹平板应力状态的特征和简化计算的方法.     

计算St.Venant扭转时K_Ⅱ的任意高阶奇应变单元

Wilson W.K.提出的高阶奇应变圆单元(SSC)把有限单元法和裂纹尖端附近的线弹性解析解结合起来,能够成功地计算应力强度因子K_Ⅰ或K_Ⅱ.Holston A.Jr.进一步用奇应变单元来计算混合型应力强度因子K_Ⅰ K_Ⅲ。至于用奇应变单元来计算应力强度因子K_Ⅲ,原则上也是类同的,Hilton P.D.有过介绍。郑州机械研究所曾用来计算转子受扭时内孔的径向裂纹的K_Ⅲ。但是他们所     

用边界配置法计算带裂纹扭转杆的抗扭刚度和第三型应力强度因子

在开裂柱形杆的扭转问题中,取应力函数(?)(x,y)=u(x,y)-y~2,则u(x,y)是一个调和函数.按照调和函数u(x,y)在裂纹线上的值应为零这一条件作特征展开,而后利用边界配置法,使u(x,y)的边界条件近似满足.调和函数u(x,y)求出以后,便可以算出抗扭刚度D 和第三型应力强度因子K_Ⅲ.文中的特征展开形式不同于薛昌明所采用的特征展开形式.本文的特征展开形式和整个计算过程都比较简便.本文计算了:(1)两组开裂矩形截面杆的D 和K_Ⅲ(图3,4,5和6),结果和Westermann的计算结果相同.(2)三组开裂角钢的D 和K_Ⅲ(图8和图9),对于这种截面尚未见算过.(3)四组开裂圆轴的D 和K_Ⅲ(图11和图12),当单侧裂纹垂直于圆截面周边时,薛昌明得到了闭合形式的解,他的解答只能算出裂纹长度小于和等于半径的情况,而本文的数值解法并不受这个限制.当裂纹长度等于半径时,薛昌明所得为K_Ⅲ=0.5469T/R~(5/2),本文所得数值结果为K_Ⅲ=0.5468T/R~(5/2).其他三组,即裂纹和截面周边不垂直的情况,也未见算过.     

疲劳缺口系数K_l和复杂载荷下寿命估算

从能量观点导出与裂纹起始长度、材料循环特性、构件几何形状以及载荷变程有关的疲劳缺口系数K_1。据此,估算形成寿命的局部应力应变法合理地联系于断裂力学方法。用此新方法预估了复杂载荷下缺口试件的寿命。无论K_1或寿命理论计算均较好符合试验结果。     

平面应变断裂韧度的简易测定装置

一、引言 随着我国国民经济迅速发展,国防工业和国民经济各部门,如原子能、航空、造船、机械制造、石油化工、铁路等,都提出了大量的断裂方面的问题,迫切需要应用线弹性断裂力学的成果进行强度设计,为此就必须测定材料的断裂韧度K_(Ic)。测定K_(Ic)的材料试验机,要求比较精密,而且需配有适合于自动记录仪表的载荷、位移传感器。我们在尚无电子式精密材料试验机的情况下,因陋就简,土法上马,设计了这套简易的K_(Ic)测定装置,并用它进行了一百多次K_(Ic)和J_(Ic)的试验。试验结果表明,这套简易装置符合断裂力学试验的要求。     

双K断裂模型粘聚韧度K_(Ic)~c实用插值计算方法

为了配合<水工混凝土断裂试验规程>在工程界的推广使用,提出了双K断裂模型中在临界状态时分布在虚拟裂缝上的粘聚力σ(x)产生的粘聚韧度K_(Ic)~c的二元拉格朗日插值计算方法,进而由准脆性材料韧度三参数定律计算了混凝土起裂韧度K_K~(ini).与粘聚韧度K_(Ic)~c积分计算和简化计算方法的比较,表明此插值计算方法具有很高的精度,计算过程简化,使用计算器即可实现,便于工程人员实际使用.     

混凝土双K断裂参数计算的半解析有限元法

混凝土裂缝扩展的双$K$断裂准则，用于描述混凝土结构裂缝的起裂、稳定扩 展和失稳断裂. 其相应的双$K$断裂参数(起裂断裂韧度$K_{\rm IC}^{\rm ini} $和失 稳断裂韧度$K_{\rm IC}^{\rm un}$)一般通过简便的试验和基于虚拟裂缝扩展粘 聚力的解析方法确定. 利用平面扇形域哈 密顿体系的方程，通过分离变量法及共轭辛本征函数向量展开法，以解析的方法推导出基于混 凝土虚拟裂缝扩展线性粘聚力模型的平面裂缝解析元列式. 将该解析元与有限元相结合，构成 半解析的有限元法，可求解任意结构几何形状的混凝土平面裂缝双$K$断裂参数的计算问题. 数值计算结果表明半解析有限元法对该类问题的求解是十分有效的.     

山形切口三点弯曲试样的SIF柔度标定及应用

本文对三组不同比例尺寸的山形切口三点弯曲试样,进行了直接实验柔度标定,由此确定了应力强度因子(SIF)系数表达式.以此标定结果,测定了工具铜 T10A 的断裂韧度 K_(ICV),并同 GB4161-84方法测定的断裂韧度 K_(IC)进行了比较,二者符合较好.     

切口曲率半径对岩石断裂韧度KIC值的影响

本文对岩石三点弯曲试样的切口曲率半径与其断裂韧度 K_(Ic)值间的关系进行了详细的实验研究及理论分析.对岩石 K_(Ic)测试中切口的选择提出了建议方法.     

反应烧结Si3N4陶瓷断裂韧性的实验研究

本文对反应烧结氦化硅 Si_3N_4陶瓷的断裂韧性进行实验研究,用三种不同试件进行了测试,这三种试件是:山形切口双悬臂粱试件,山形切口三点弯曲梁试件和直穿透切口三点弯曲梁试件.用有限元方法分析了直穿透切口三点弯曲梁切口宽度对应力强度因子的影响,结合断裂载荷测定值估算了材料的断裂韧性值,指出直切口无预制裂纹试件的测定值必须用有限元法进行修正才能得到正确结果.     

基于扩展有限元的地质聚合物混凝土断裂过程研究

扩展有限元法是基于常规有限元框架分析裂纹等不连续力学问题的一种有效数值方法,在常规的有限元位移表达式中,增加了能够反映位移不连续性的跳跃函数和渐进缝尖位移场函数来对不连续结构附近的节点自由度进行局部加强。本文介绍了扩展有限元法及粘聚力模型的基本原理,给出了基于扩展有限元法的地质聚合物混凝土断裂过程分析方法。分别采用四种不同的软化曲线对I型缺口地质聚合物混凝土梁从裂纹萌生、扩展直至断裂破坏的全过程进行了模拟,并基于双K断裂准则分析了其断裂韧性。结果表明,Petersson模型与试验结果吻合较好,最后基于模拟结果进一步揭示了断裂过程区的演化过程。     

选取最大载荷为岩石KIC测试中临界载荷的合理性研究

本文对选取最大载荷为岩石 K_(IC)测试中临界载荷的合理性从理论上和实验上进行了研究,结果表明,选取最大载荷为岩石 K_(IC)测试中的临界载荷是合理的,正确的。     

A method to discretize non‐planar fractures for 3D subsurface flow and transport simulations

A method is presented to discretize inclined non‐planar 2D fractures within a 3D finite element grid for subsurface flow and transport simulations. Each 2D fracture is represented as a triangulated surface. Each triangle is then discretized by 2D fracture elements that can be horizontal, vertical or inclined and that can be triangular or rectangular. The 3D grid representing a porous rock formation consists of hexahedra and can be irregular to allow grid refinement. An inclined fracture was discretized by (a) inclined triangles and (b) orthogonal rectangles and flow/transport simulations were run to compare the results. The comparison showed that (i) inclined fracture elements must be used to simulate 2D transient flow, (ii) results of 2D/3D steady‐state and 3D transient flow simulations are identical for both discretization methods, (iii) inclined fracture elements must be used to simulate 2D/3D transport because orthogonal fracture elements significantly underestimate concentrations, and (iv) orthogonal elements can be used to simulate 2D/3D transport if fracture permeability is corrected and multiplied by the ratio of fracture surface areas (orthogonal to inclined). Groundwater flow at a potential site for long‐term disposal of spent nuclear fuel was simulated where a complex 3D fracture network was discretized with this technique. The large‐scale simulation demonstrates that the proposed discretization procedure offers new possibilities to simulate flow and transport in complex 3D fracture networks. The new procedure has the further advantage that the same grid can be used for different realizations of a fracture network model with no need to regenerate the grid. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于分子动力学的结合材料界面破坏准则

结合材料的破坏通常都是从界面或其附近发生的,但界面破坏的机理及其评价准则尚未十分清楚.采用分子动力学模拟方法,可以对结合材料的界面破坏过程进行模拟,从而获得结合材料的界面应力和界面破坏之间的关系.界面破坏可以分为奇异应力场作用下的破坏,和界面应力集中引起的破坏两种.虽然在分子动力学模拟中采用了高度简化的界面模型,但对界面破坏过程的模拟,仍可以帮助人们获得结合材料界面破坏过程的规律性认识.分别模拟远场作用下界面上存在初始裂纹和界面附近存在初始裂纹两种情况下的界面破坏,根据分子动力学模拟结果,提出了一个结合材料界面破坏的准则.