大变形条件下具有不同裂纹长度试件的断裂韧性JC工作估算

本文首先通过有限元分析，在不同长度裂纺尺寸结构的临界破坏载荷下计算出临界断理解韧性值，然后细观入手，在文献「１」「２」等的工作基础上，通过理论推导得到了三维应力度参数Ｒσ与断裂韧性的关系。经过验证计算，证明该参数可用于描述结构尺寸效应的影响，能够在平面应变断裂韧性的基础上，确定不同尺寸１结构的临界断裂韧性ＪＣ的值，适用于工程上的应用和推广。     

柱状电极屈曲或裂纹扩展的临界力学参数研究

柱形结构电极是近年来使用最为广泛的锂电池电极结构之一．本文以硅材料细长柱形电极为例，研究了充电电流大小、电极长径比、初始裂纹长度以及断裂韧性对于电极的屈曲现象和裂纹扩展现象发生时间的影响．计算结果表明，屈曲与裂纹扩展现象出现的先后顺序与充电电流大小无关；具有小的长径比，大的初始裂纹长度以及较小断裂韧性的电极，裂纹扩展比屈曲现象更早发生．对于硅材料，不同长径比的电极具有不同临界断裂韧性值，当材料的断裂韧性小于该临界值，在锂化过程中裂纹扩展会先于屈曲现象发生；该临界断裂韧性值随初始裂纹长度的增加而增加．本文的结论对于电极的结构设计以及材料选取具有一定指导意义．     

聚氯乙烯复合断裂性能研究

从弹塑性断裂力学理论出发,进行了硬质聚氯乙烯材料多角度下的Ⅰ/Ⅱ复合断裂试验,研究硬质聚氯乙烯材料复合断裂性能.利用数字图像相关技术,计算复合裂纹稳定扩展的临界裂纹尖端张开角值(ΨC1),尝试用该值作为一种断裂参数来描述硬质聚氯乙烯材料的断裂韧性.结果表明:(1)此材料与常见的金属材料不同,Ⅱ型加载模式下承载能力最大,纯Ⅰ型时承载能力最小;(2)当裂纹稳定扩展时,ΨC1值趋于稳定.故临界裂纹尖端张开角可作为硬质聚氯乙烯材料裂纹稳定扩展的断裂韧性.     

参数小变化对本征值的影响

计算结构的固有频率和临界载荷,是结构分析中的重要课题.这些本征值与结构的参数有关.在实际工作中,常常需要对许多组不同的参数进行计算.如果这些参数组彼此相差不大,例如在优化设计中每次只作一些小修改,那...     

试样尺寸对核电厂主蒸汽管道断裂韧性的影响研究

以某核电厂SA335 材料主蒸汽管道为研究对象,首先结合SA335 的断裂阻力曲线（J-R 曲线）试验测量结果,提出了一种方法确定韧性金属材料裂纹扩展模型（G-T 模型）中的主要微观参数：初始孔隙率0 f 和初始孔隙间距D;随后,在有限元计算中引入G-T 模型模拟了SA335 紧凑拉伸试样的断裂过程,讨论了试样尺寸对于J-R 曲线的影响．结果表明：试样厚度一致时,初始裂纹长度大的试样对应偏低的断裂韧性;当试样尺寸整体缩放时,较大尺寸的试样对应偏低的断裂韧性．最后,结合实例说明了试样整体尺寸对于主蒸汽管道临界裂纹长度的影响．     

冻融循环作用下沥青混凝土分形断裂特性研究

沥青混凝土作为一种主要的路面材料,暴露于外部寒冷环境下冻融损伤是不可避免的。通过对经历不同冻融循环次数的沥青混凝土试件进行CT扫描,采用数字图像处理技术对CT灰度图像进行处理分析,可获得其内部冻融损伤情况。基于分形理论量化表征了冻融循环作用下内部裂纹扩展的几何特征。沥青混凝土经过冻融循环后的断裂韧性被认为是决定其力学性能损伤程度的关键指标,建立了考虑分形特征的临界裂纹应力、应力强度因子和断裂韧性方程。研究发现：平均分形维数反映了冻融循环过程中的波动特征;断裂韧性由裂纹几何参数决定;弹性模量、临界开裂应力及断裂韧性等力学参数随冻融循环次数的增加而逐渐减弱。     

利用蒙特卡洛方法计算陶瓷刀具磨损可靠性

在连续切削条件下,陶瓷刀具的失效形式是以磨粒磨损为主的摩损失效,其磨损寿命由材料的断裂韧性、硬度和切削过程的参数决定,利用蒙特卡洛方法分别随机生成断裂韧性与硬度的样本值,利用连续车削试验确定切削过程参数,将得到的样本值与切削参数相结合可计算刀具在相应切削条件下的磨损寿命及其可靠性,计算结果表明：陶瓷刀具的断裂韧对磨损寿命的可靠性影响较为明显,因而可以利用断裂韧性来估算磨损可靠性。     

C2H4-O2混合气体直接起爆的临界能量

主要基于化学动力学和Ng模型,对C2H4-O2混合气体的爆轰胞格尺寸进行预测;结合Lee表面积能量模型,预测物质在不同初始压力和化学当量比的条件下,直接起爆引起球面爆轰的临界起爆能量。直接起爆实验主要采用高压电点火提供起爆能量,起爆能量通过放电过程中电流的输出信号确定。结果表明,理论预测与实验值较吻合。首先,通过化学动力学计算得出ZND模型的爆轰参数,利用Ng模型得出爆轰胞格尺寸与ZND诱导区长度之间的比例因数A在不同初始压力与当量比的条件下分别为:A=43.815(1+p1/p0)-0.123 71和A=8.531exp(φ/3.135)+28.644,在此基础上对爆轰胞格尺寸进行定量预测。胞格尺寸的理论预测与实验结果吻合。其次,把爆轰胞格尺寸作为中间特征参数并结合Lee的表面积能量模型,提出可以预测临界起爆能量的定量模型,并得出C2H4-O2混合气体直接起爆的临界起爆能量与初始压力和化学当量比的参量拟合关系分别为Ec=0.332(p1/p0)-2.017和Ec=exp[3.951(φ-1.401)2-1.9]。     

围压下泥岩断裂韧性测试与解释方法

根据围压条件下的断裂力学理论 ,采用双翼裂纹厚壁圆筒 ,对泥岩进行了不同围压和不同泥质含量条件下的人工岩样断裂韧性测试。建立了有限元方法解释断裂韧性的数值模型。在进行大量实验测试的基础上 ,通过回归分析表明 ,断裂韧性与围压、泥质含量有较好的线性统计关系。解决了水力压裂设计中断裂韧性参数的准确获取问题 ,有利于提高压裂设计、预测的精度     

复合板旋转约束刚度推导及箱型结构屈曲分析

基于结构稳定性理论,推导出正交各向异性纤维树脂增强复合材料箱型结构各板连接处旋转约束刚度的近似表达式．与以往的经验公式相比,考虑了材料的正交各向异性和截面尺寸的影响．通过对箱型结构的正交各向异性比、截面属性以及纵横比对旋转约束刚度的影响进行参数研究,验证了旋转约束刚度新公式的精确性和适用范围．通过比较采用不同近似表达式得到的结果与有限元计算结果的对比,表明本文的旋转约束刚度新公式可以更精确地用来计算箱型结构的临界屈曲载荷．     

准静态条件下金属材料的临界断裂准则研究

本文针对9种金属材料完成了具有不同约束程度的10类试样的延性断裂试验, 获得了发生拉、压、扭和裂尖断裂等破坏形式构型试样的载荷-位移试验关系; 基于圆棒漏斗试样拉伸试验所得直至破坏的载荷-位移曲线, 采用有限元辅助试验(finite-element-analysis aided testing, FAT)方法得到了9种材料直至破坏的全程等效应力-应变曲线, 以此作为材料本构关系通过有限元分析获得了各类试样直至临界破坏的载荷-位移关系模拟. 载荷-位移关系模拟结果与试验结果有较好的一致性, 表明用于解决试样颈缩问题的FAT方法所获得的全程材料本构关系针对各向同性材料具有真实性和普适性. 对应9种材料、10类试样的36 个载荷-位移临界断裂点, 通过有限元分析获得了对应的材料临界断裂应力、应变与临界应力三轴度, 研究表明, 第一主应力在延性变形过程中为主控断裂的主导参量; 通过研究光滑、缺口、裂纹等构型试样的断裂状态, 提出了$-1$至3范围的应力三轴度下由第一主应力主控的统一塑性临界断裂准则.      

考虑三轴约束时孔洞的聚合机理及有效能量准则

通过体胞分析方法,对不同状孔洞在从光滑试样到裂纹试样的三轴应力场中的聚合机理进行了较精解的有限元分析,计算结果表明：（１）孔洞的相互靠近和横向扩展是导致相邻孔洞发生内颈缩聚合的两种基本机制,在应力三维度Ｒσ等于１．２５附近,这两种机制发生较明显的变化。（２）单纯以孔洞体积分数ｆＣ概念为基础的材料破坏参数一般敏感于应力三维度,不能很好地预报不同三轴应力场中材料的破坏,在此基础上,提出了描述孔洞聚合的     

Fracture characteristics of a cold-rolled dual-phase steel

In this study, the fracture characteristics of a cold-rolled, low-strength, high-hardening steel sheet (Docol 600DL) under quasi-static loading conditions are established using five different test set-ups. In all the tests, the sheet material is initially in plane-stress states. Optical field measurements with digital image correlation were used to determine the strain fields to fracture, to calibrate the material model for the sheet material and to validate the finite element models of the tests. Based on the field measurements, a novel method for experimental determination of the stress triaxiality and the Lode parameter is presented for isotropic materials and plane-stress states. These parameters were also obtained from finite element simulations. Comparisons show that the two methods give approximately the same average values of the stress triaxiality and the Lode parameter up to fracture. The sheet material displays only moderate variation in ductility as a function of the stress triaxiality and the Lode parameter within the investigated range of these parameters. The most critical through-thickness position in the specimens was found to be in the centre where the strains and the stress triaxiality are highest.     

基于临界距离点法的混凝土Ⅰ型断裂韧度的预测

混凝土的断裂韧度是极为重要的断裂力学材料参数,本文利用临界距离理论(TCD)中的点法和混凝土标准断裂梁试样裂缝尖端应力场的近似解,提出了一种对混凝土断裂问题按临界距离的点法进行分析的方法．基于已有文献的试验材料及其实验结果,分析了这种断裂研究分析方法的可行性．将临界距离点法与双K断裂准则应用于几何相似的混凝土梁的断裂韧性和断裂过程区分析,验证了TCD点法的可靠性．实验表明：临界距离理论的点法能够获得比双K断裂准则相对安全的失稳断裂韧度,利用临界距离法还可得到相应断裂过程区长度的极限估算值．     

金属材料脆性断裂机理的实验研究

材料的脆性断裂有许多准则和模型,但对脆断机理和变化规律缺乏合理的描述,给工程应用带来不便。本文对典型脆性材料球墨铸铁、灰铸铁分别进行了拉扭双轴断裂实验和常规拉伸、扭转破坏实验;对韧性金属材料合金钢进行了单轴拉伸颈缩破坏实验。通过上述实验分析了脆性材料和韧性材料发生脆性断裂的机理特征并选择应力三维度作为应力状态参数描述危险点的应力状态,同时考察了脆性材料和韧性材料发生脆性断裂的主导因素。结果表明:韧性材料45#钢和14CrNiMoV合金钢在颈缩断面心部应力三维度值较大时发生脆性拉断,而在颈缩断面边缘处应力三维度值较小时发生剪断;脆性材料球墨铸铁在应力三维度值为0.0～0.33之间变化时均发生脆性断裂;灰铸铁在应力三维度值大于0.0时发生脆性拉断,而在应力三维度值小于0.0时发生剪断。因此可以认为,材料的细观组织结构和危险点应力状态是影响断裂机理及变化规律的主要因素。对于同种材料,随着应力三维度代数值从小向大变化材料的断裂机制由塑性剪切断裂逐渐转变为脆性断裂。本文通过对几种材料的脆性断裂危险点和断裂方向的研究给出了脆断宏观破坏条件。     

Modification of the Gurson Model for shear failure

Recent experimental evidence points to limitations in characterizing the critical strain in ductile fracture solely on the basis of stress triaxiality. A second measure of stress state, such as the Lode parameter, is required to discriminate between axisymmetric and shear-dominated stress states. This is brought into the sharpest relief by the fact that many structural metals have a fracture strain in shear, at zero stress triaxiality, that can be well below fracture strains under axisymmetric stressing at significantly higher triaxiality. Moreover, recent theoretical studies of void growth reveal that triaxiality alone is insufficient to characterize important growth and coalescence features. As currently formulated, the Gurson Model of metal plasticity predicts no damage change with strain under zero mean stress, except when voids are nucleated. Consequently, the model excludes shear softening due to void distortion and inter-void linking. As it stands, the model effectively excludes the possibility of shear localization and fracture under conditions of low triaxiality if void nucleation is not invoked. In this paper, an extension of the Gurson model is proposed that incorporates damage growth under low triaxiality straining for shear-dominated states. The extension retains the isotropy of the original Gurson Model by making use of the third invariant of stress to distinguish shear dominated states. The importance of the extension is illustrated by a study of shear localization over the complete range of applied stress states, clarifying recently reported experimental trends. The extension opens the possibility for computational fracture approaches based on the Gurson Model to be extended to shear-dominated failures such as projectile penetration and shear-off phenomena under impulsive loadings.     

Empirical assessment of ductile fracture initiation in steel bars with notch and three-point bend specimen with edge crack

Proposed is a parameter defined to characterize the onset of macrocrack initiation in notched steel bars and cracked three-point bend specimens. It accounts for stress triaxiality and damage by plasticity reflected via the effective plastic strain. Results are obtained for notched round bars made of 20#, A3, DE36I and DE36II steel by assuming that the stress triaxiality increases with increasing effective plastic strain; they are compared with the results by letting the stress triaxiality to be constant. Use are made of experimental data on the necking of tensile bars. The parameter corresponding to the onset of ductile fracture were found to be nearly constant. Since the local effective plastic stress can be related to the crack tip opening (COD) distance, the same procedure can be applied to evaluate fracture initiation in three-point bend specimens with an edge crack. It is found that the COD in AS1204-350 and AS1405-180 structural steels decreased with increasing stress triaxiality.     

EVALUATION OF DUCTILE FRACTURE CRITERIA IN A GENERAL THREE-DIMENSIONAL STRESS STATE CONSIDERING THE STRESS TRIAXIALITY AND THE LODE PARAMETER

This paper is concerned with evaluation of various ductile fracture criteria in a general three-dimensional stress state of stress triaxiality, the Lode parameter and the equiva- lent plastic strain to fracture. Evaluation is carried out by comparing fracture loci constructed by fracture criteria to experimental results of A12024-T351. Comparison demonstrates that the Modified Mohr-Coulomb criterion and a newly proposed criterion provide sufficient predictabil- ity of fracture strain. Moreover, evaluation is emphasized on the predicted cut-off value for stress triaxiality. The evaluation demonstrates that the Cockcroft-Latham, Brozzo, Oh, Ko-Huh and the new criteria coupled a reasonable cut-off value for ductile materials.     

木材顺纹断裂韧度的研究进展

木材的缺陷会使其在低应力状态下发生顺纹断裂,本文总结了木材抵抗顺纹断裂的重要力学参数——顺纹断裂韧度的研究进展.介绍了木材顺纹断裂韧度的测试方法,并分析了不同试验方法与数据处理方法的优缺点.重点阐述了影响木材顺纹断裂韧度的主要因素,如木材的种类、密度、含水率、木质纤维桥接作用以及试件跨高比等的影响.此外,也总结了木材顺纹断裂韧度尺寸效应的研究成果.并结合工程木被广泛应用的现状,介绍了木材胶结面断裂韧度的研究进展.     

U形切口的有限断裂准则

有限断裂力学准则综合了应力和能量参数,假设裂纹或切口端部有限裂纹长度的增长．特别地,该有限裂纹的长度不是材料的基本常数,而是与构件的结构有关．基于U形切口两种形式：点方式和线方式有限断裂准则,对文献中的铝合金U形切口三点弯曲断裂实验进行了分析验证．一方面基于材料的断裂韧度和抗拉强度,预测切口件断裂载荷;另一方面根据几组不同的切口根部半径及其对应的临界切口应力强度因子,同时估算材料的断裂参数：断裂韧度和抗拉强度．将点方式和线方式两种不同形式有限断裂准则的预测结果,与平均周向应力准则、最大周向应力准则以及文献中相关结果进行了比较得出：无论是预测断裂载荷还是估算材料断裂参数,线方式有限断裂准则,与文献中相关结果比较吻合,尤其是估算的断裂韧度精度较高．