陶瓷材料三点及四点弯曲断裂强度关系之讨论

利用Katayama在一种Si断裂强度; 弯曲试验; 加载因子; Weibull模量fracture strength, bending test, load factor, Weibull modulus2002年6月25日2003-12-10 利用Katayama在一种Si断裂强度; 弯曲试验; 加载因子; Weibull模量fracture strength, bending test, load factor, Weibull modulus2002年6月25日2003-12-10利用Katayama在一种Si3N4陶瓷得到的实验数据,考察了一条关联陶瓷材料三点及四点弯曲断裂强度的式子,其准确度较好,简要地导出了一般教材上较少提及其推导的四点弯曲加载因子。     

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.     

双K断裂模型粘聚韧度KcIc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KcIc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KiInci。与粘聚韧度KcIc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。     

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.     

用弹簧质量模型求解三点弯曲试样的动态应力强度因子

用弹簧质量模型求解三点弯曲试样的动态应力强度因子李玉龙，刘元镛（西安西北工业大学，７１００７２）关键词动态应力强度因子，等效刚度，等效质量，阶跃载荷，有限元法１引言动态起裂韧性Ｋ；ｄ（》）是含裂纹体在冲击载荷作用下，起裂控制设计的一个基本参数，象静态...     

沥青混合料三点弯曲断裂的扩展有限元模拟

利用随机骨料生成和投放算法建立沥青混合料两相异质模型,借助ABAQUS软件开展了分别在跨中、偏中20 mm和40 mm不同位置包含预切口的沥青混合料三点弯曲试件断裂行为的扩展有限元模拟,分析了预切口位置对裂纹扩展路径、载荷位移曲线等的影响规律,并与实验结果进行了比较.结果表明,预切口偏离跨中越远,裂纹扩展方向偏离预切口延长线的角度越大,试件的峰值载荷越大,对试件承载能力的削弱越弱.实验和数值模拟结果在定性上的一致性表明,利用扩展有限元方法模拟沥青混合料断裂行为是可行的.     

超高频振动下的三点弯曲实验装置的设计与制造

超高频振动下材料的力学行为不同常态．为了研究超高频振动对材料断裂韧度的影响,本文设计并研制了一套超高频振动下材料的三点弯曲实验装置．设计的内容包括超声波换能器,超声波变幅杆,夹具等,并对Ｔ７钢进行了三点弯曲实验,得到了新的断裂韧度值．     

金属材料三维断裂韧度厚度效应的有限元模拟

随着金属材料大壁厚结构件在工程中的广泛应用,对其断裂韧度的厚度效应研究具有重要的科学意义和工程价值.该研究基于有限元和实验相结合的方法,对金属材料断裂韧度的厚度效应进行预测.首先,通过一组薄壁厚金属材料标准三点弯曲试验得到试样失效时的临界载荷值,并利用内聚力模型与基于虚拟裂纹闭合技术的裂纹扩展模拟方法得到裂纹扩展时的单元临界能量释放率.随后,以此临界能量释放率作为裂纹扩展的启裂准则门槛值,通过有限元计算得到不同试样厚度下裂纹启裂时的裂尖断裂参数随着厚度的变化规律.最后,为了验证有限元模拟结果的准确性,该研究进行了另外两组不同厚度下三点弯曲试样的断裂韧度试验,并将试验结果与有限元结果进行了对比,验证了有限元所模拟的断裂韧度厚度效应的准确性.该研究旨在,通过薄壁厚三点弯曲试样的实验结果结合有限元模拟工作,即可实现金属材料断裂韧度的整个厚度效应曲线,为任意厚度下金属材料断裂韧度预测提供一种可靠的研究方法,有益于缩减试验成本,为大壁厚工程结构件的失效预测提供依据.     

基于线法的U形切口混凝土梁断裂参数研究

混凝土的断裂韧度是重要的材料参数,本文利用含U形切口的三点弯曲梁试验结合临界距离线法来获得混凝土的断裂韧度.理论推导了含断裂韧度与不同根部半径的断裂失效方程,采用有限元法计算了切口应力集中系数.根据断裂失效方程和试验中的材料几何参数,利用最小二乘法拟合计算得到混凝土材料的断裂韧度和抗拉强度.对小切口半径情形,采用双K断裂准则分析计算了混凝土起裂韧度和失稳断裂韧度,分析结果表明:临界距离线法得到的材料断裂韧度与双K断裂准则中的失稳断裂韧度吻合,同时获得相应临界距离值.     

基于物理中面与高阶剪切变形理论双参数弹性地基上FGM梁的非线性弯曲分析

在论文中,基于物理中面概念与高阶剪切变形理论,用Ritz法给出双参数弹性地基上FGM梁非线性弯曲的近似解答,并且讨论不同温度场、地基参数、不同边界条件、以及体积分数变化对FGM梁力学行为的影响.值得进一步指出的是:在基准温度场中,Winkler地基FGM梁的挠度介于Pasternak型与无地基梁之间;在热传导场中固支FGM梁的挠度介于均匀热场与基准温度场之间,而简支FGM梁由于有初始热挠度的影响,并非总是如此.     

基于数值模拟的混凝土系列有效断裂判据

基于ANSYS平台,对某系列混凝土断裂破坏试验的加载过程进行有限元数值模拟,获得了荷载-加力 点位移曲线.利用获得的曲线,在线性渐进叠加假定的基础上,确定了试件在失稳断裂时的临界有效裂缝长度.将模拟峰值荷载和临界有效裂缝长度代入由LEFM推导出的公式计算了考虑断裂过程区影响的有效断裂韧度.最后,通过对系列试验有效断裂韧...     

The brittle fracture criterion based on the maximum tensile stress on the surface of blunt crack tip

The brittle fracture criterion is developed for a blunted crack. The curvature radius of the blunt crack tip is suggested as a characteristic length for brittle materials, and then the fracture toughness of the brittle materials can be determined from the cohesion strength and the characteristic length of the materials.     

基于正交基函数的薄板弯曲无单元法MLS导函数及其应用

针对采用正交基函数的无单元方法插值函数的导函数进行了详细推演，给出适用于薄板弯曲(C^1)问题的导函数递推计算公式，并首次将其应用于地基板的计算分析中。将计算结果与Rayleigh—Ritz法结果进行比较，两者较好的一致性表明了所得导函数及其递推公式的正确性，同时也说明了基于正交基函数的无单元方法应用于C^1问题的可行性和合理性。     

Basic equations of the problem of the nonlinear unsymmetrical bending for orthotropic rectangular thin plate with variable thickness

Under the case of ignoring the body forces and considering components caused by diversion of membrane in vertical direction ( z-direction ), the constitutive equations of the problem of the nonlinear unsymmetrical bending for orthotropic rectangular thin plate with variable thickness are given; then introducing the dimensionless variables and three small parameters, the dimensionaless governing equations of the deflection function and stress function are given.     

Characterization of the fracture work for ductile film undergoing the micro-scratch

The interface adhesion strength (or interface toughness) of a thin film/substrate system is often assessed by the micro-scratch test. For a brittle film material, the interface adhesion strength is easily obtained through measuring the scratch driving forces. However, to measure the interface adhesion strength (or interface toughness) for a metal thin film material (the ductile material) by the micro-scratch test is very difficult, because intense plastic deformation is involved and the problem is a three-dimensional elastic-plastic one. In the present research, using a double-cohesive zone model, the failure characteristics of the thin film/substrate system can be described and further simulated. For a steady-state scratching process, a three-dimensional elastic-plastic finite element method based on the double cohesive zone model is developed and adopted, and the steady-state fracture work of the total system is calculated. The parameter relations between the horizontal driving forces (or energy release rate of the scratching process) and the separation strength of thin film/substrate interface, and the material shear strength, as well as the material parameters are developed. Furthermore, a scratch experiment for the Al/Si film/substrate system is carried out and the failure mechanisms are explored. Finally, the prediction results are applied to a scratch experiment for the Pt/NiO material system given in the literature. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (19891180 and 19925211) and Bai Ren Plan of CAS     

厚度与加载速率对铁素体钢断裂韧性影响的SP压杆法实验研究

采用SP压杆实验方法,在常温下研究小圆薄片断裂韧性的厚度效应及加载速率对断裂特性的影响.实验结果表明,随着厚度的增加,断裂变形能增加,断裂部分的外表面因双向应力状态表现出微突起,微突起四周存在微小裂纹;随着加载速度的增加,断裂变形能增加,剪切断裂表面表现出从密集韧窝到韧窝连接成片特征.考虑试件变形过程中不同部分的能量耗散,从SP试件的整体断裂变形能得到试件的断裂韧性的宏观表达,断裂韧性随着厚度的增加而增加,随着加载速度的增加而减少.采用临界塑性断裂应变作为裂纹起裂判据,单位面积的能量耗散率作为裂纹扩展和失效判据的断裂模型,用有限元方法对SP压杆实验进行模拟,得到与实验结果比较相符的模拟结果.     

混凝土三点弯曲梁裂缝断裂全过程数值模拟研究

考虑裂缝黏聚力的作用,基于Paris位移公式推导出混凝土三点弯曲梁裂缝扩展过程中断裂过程区上的裂缝张开位移的解析表达式.采用起裂韧度作为裂缝起裂及扩展的判断标准,提出了荷载作用下混凝土裂缝起裂、扩展及失稳破坏全过程的数值模拟方法,并分别与国内外断裂试验实测值及有限元计算值进行了比较.结果表明,本文提出的数值模拟方法形式简单且精度较好.     

Initiation and propagation of fracture in the models of Griffith and Barenblatt

In the setting of the simplest debonding problem we give a systematic comparison of the fracture models due to Griffith and Barenblatt. We prove that the Griffith model represents an asymptotic -limit of the Barenblatt model, when the ratio of the external and internal lengths increases indefinitely. We then illustrate the character of convergence by solving explicitly two sample problems with initially rigid and initially elastic cohesive energies. The geometrical simplicity of the setting allows us to study the small parameter dependence of both global and local minimizers of the total energy.Received: 22 April 2003, Accepted: 12 September 2003, Published online: 9 January 2004PACS: 62.20.Mk, 68.35.Md, 81.40.Jj, 83.50.LhCorrespondence to: J.-J. Marigo     

2D numerical manifold method based on quartic uniform B-spline interpolation and its application in thin plate bending

A new numerical manifold （NMM） method is derived on the basis of quartic uniform B-spline interpolation. The analysis shows that the new interpolation function possesses higher-order continuity and polynomial consistency compared with the conven- tional NMM. The stiffness matrix of the new element is well-conditioned. The proposed method is applied for the numerical example of thin plate bending. Based on the prin- ciple of minimum potential energy, the manifold matrices and equilibrium equation are deduced. Numerical results reveal that the NMM has high interpolation accuracy and rapid convergence for the global cover function and its higher-order partial derivatives.     

Uniformly valid asymptotic solutions of the nonlinear unsymmetrical bending for orthotropic rectangular thin plate of four clamped edges with variable thickness

By using “the method of modified two-variable”,“the method of mixing perturbation ”and introducing four small parameters, the problem of the nonlinear unsymmetrical bending for orthotropic rectangular thin plate with linear variable thickness is studied. And the uniformly valid asymptotic solution of Nth- order for ε1 and Mth- order for ε2 of the deflection functions and stress function are obtained.