结构增韧材料在裂纹扩展中的韧度增值

本文分析了由裂纹扩展过程中形成的耗能尾区和桥联段所产生的增韧效应。根据对扩展裂纹的能量积分的贡献,结构增韧材料在裂纹扩展中的韧度增值机制可分解为:尾区体膨胀塑性增韧;尾区剪切屈服带增韧;裂纹面夹杂第二相桥联;未贯穿裂纹的基体桥联。本文结合结构高分子材料和短纤维复合材料等材料体系进行了具体的增韧分析计算。     

疲劳裂纹扩展的逻辑框架

人们已经发现应力强度因子变程△K与疲劳裂纹扩展率da/dN之间具有良好的对应关系,并由此建立了反映这些关系的各种理论。根据实验结果建立的疲劳裂纹扩展理论往往是假设性的(conjectory);但同时也可以用严谨的逻辑推理来导出疲劳裂纹扩展理论。演绎推导的理论和假设性的理论互为补充,促进了人们对疲劳裂纹扩展规律认识的不断深化。 本文对30年来疲劳裂纹扩展领域的工作进行了系统的总结,具体回顾考察了四种演绎推导理论:①无限大均匀宽板中的小裂纹扩展理论;②da/dN与△K相关的相似理论;③小范围屈服条件下均匀材料中的裂纹扩展理论;④链开式疲劳裂纹扩展理论,并将上述四种理论囊括在一个逻辑框架之中,用以分析疲劳裂纹扩展问题。本文也简述了如何应用这一逻辑框架来理解总结反映疲劳裂纹扩展行为的各种表达式,解释复杂的小裂纹扩展和复合材料中的裂纹扩展。     

基于扩展有限单元法的短纤维/橡胶复合材料裂纹扩展分析

为了研究短纤维/橡胶复合材料裂纹在拉伸载荷作用下的扩展演化规律,应用扩展有限元法对预制裂纹的短纤维/橡胶复合材料的裂纹扩展进行了数值模拟.采用随机顺序吸附算法在ABAQUS软件中生成短纤维分布模型,分析了失效准则参数(最大许用主应力和裂纹表面能)、短纤维细观参数(体积含量、长度和取向角)对裂纹扩展行为的影响规律,探究了...     

复合材料层板分层伴以横向裂纹扩展的三维有限元分析

本文采用三维有限元模型,对典型铺设的[0_2/±45_2/90_2]_s碳/环氧复合材料层板中分层伴以横向裂纹的产生和扩展导致的层间应力分布进行了分析。计算结果表明层间裂纹首先在90°层中部出现并开裂至相邻界面处而产生横向裂纹,横向裂纹的出现引起局部分层按三角形状扩展;并指出分层损伤过程是一个主导性的稳定扩展过程,这是导致刚度下降的主要因素。最后,数值计算结果与实验结果比较,两者是吻合的。     

裂纹尖端张开角准则的稳态裂纹扩展实验研究

ASTM和ISO已发布获得低约束条件下断裂性能和裂纹稳态扩展阻力曲线的标准,标准中采用多种试验方法确定临界裂纹张开角度来表征板材的裂纹稳态扩展。本文采用准静态裂纹扩展试验方法,通过摄像技术测定裂纹尖端张开角(CTOA),验证标准对1mm厚度2024-T3铝合金板稳态裂纹扩展行为的有效性。研究了试样构型、裂纹尺寸和是否疲劳预制裂纹对裂纹稳态扩展过程中CTOA的影响。试验结果表明:裂纹扩展2mm后,距离裂纹尖端1mm处的CTOA趋于一个恒定值6°,这个值与试样构型和裂纹长度无关;同时,不预制疲劳裂纹对CTOA值和试样的最大剩余强度影响较小。     

穿透短裂纹扩展趋偏现象的模型分析和实验研究

本文揭示了穿透短裂纹疲劳扩展中的一个特性－趋偏扩展特性。这一特性是穿透短裂纹预测和测试中产生偏问题的根本原因。通过对长、短裂纹扩展特性及主要影响因素的分析，提出了进行穿透短裂纹试验时必须注意的若干事项。     

带边缘斜裂纹橡胶板的裂纹扩展研究

应用断裂力学的方法分析了带有初始斜裂纹的二维橡胶板在简单拉伸下的裂纹扩展特性. 应用ABAQUS有限元软件建立了二维橡胶板的有限元模型,计算出倾角为0$^\circ$, 15$^\circ$, 30$^\circ$, 45$^\circ$ 和60$^\circ$的边缘斜裂纹橡胶板拉伸试件沿不同方向的$J$积分,得出橡胶板的裂纹扩展方向. 通过有限元分析得出橡胶板并非沿着初始裂纹方向扩展而是与初始裂纹方向呈一夹角,且随着裂纹倾角的增大裂纹扩展方向和初始裂纹方向的夹角逐渐减小.     

一种随机裂纹结构的裂纹扩展路径分析方法

裂纹结构中存在大量不确定性因素,如裂纹长度、材料性质、外部载荷等,裂纹扩展路径的不确定性分析对研究随机裂纹结构损伤和断裂的力学特性并预测其性能及可靠性具有重要意义。本文提出了一种适应于混合载荷模式下随机裂纹结构的裂纹扩展路径分析方法。该方法考虑了裂纹长度、材料性质和外部载荷等的随机性,并通过蒙特卡洛方法对随机参数空间进行采样。采用比例边界有限元方法计算结构应力强度因子,进而模拟单次裂纹扩展路径。在此基础上,通过概率分析方法获得随机裂纹结构中裂纹扩展路径的统计特性。最后给出了两个数值算例验证了本文方法的有效性。     

增韧环氧树脂的动态裂纹扩展研究

本文主要进行了环氧及增韧环氧树脂的断裂韧性及裂纹快速扩展的试验研究。试验过程中采用了ＧＬＣ－１型高速裂纹扩展测试仪来测试裂纹的扩展速度,得到在裂纹扩展过程中裂纹扩展速度曲线。本文结合不同的计算公式及有限元分析方法,讨论了各个确定断裂韧性公式的准确程度,发现传统的静态断裂韧性的分析方法所得到的结果偏大,有一定的危险性,建议使用试验与数值计算相结合的方法;同时还发现增韧不仅可以提高材料的静态和动态断裂性能,而且在裂纹扩展过程中可以起到减缓裂纹扩展的作用     

不均匀裂纹体疲劳裂纹扩展的实验研究和分析

本文提出了裂纹在硬区的软对硬不均匀裂纹体的力学分析模型.疲劳实验研究表明,这种不均匀性影响疲劳裂纹扩展速率.文中的疲劳载荷下不均匀裂纹体的边界元数值计算结果表明,随着疲劳裂纹的扩展,在相同扩展步下,裂纹距软硬区界面越近,裂纹张开位移的幅值△COD 越小,J 积分幅值△J 亦越小.不均匀性对疲劳裂纹扩展速率的影响,主要通过影响△J 来实现.裂纹与软硬区界面的距离越近,疲劳裂纹扩展速率越小.     

智能复合材料的应用与力学研究进展

介绍了智能材料和智 能复合材料的基本概念、主要类型以及智能材料的感知与驱动机理,重点介绍了智能复合材 料当前的应用情况,并简要阐述了智能复合材料领域当前研究的热点问题,介绍了该领域中 的多物理场耦合问题及CNT/SMP复合材料性能的研究现状,展望了智能复合材料的发展前景.     

STOCHASTIC MODELLING OF FATIGUE CRACK GROWTH UNDER CONSTANT AMPLITUDE LOADING

Two stochastic models of fatigue crack growth under constant amplitude cyclic loadingare proposed and studied by using the stochastic averaging method and total probability theorem to ac-count for high frequency component and low frequency component, respectively, of the irregular na-ture of fatigue crack growth observed in Virkler's experiment. Particular attention is paid to the predic-tion performance of the models under a change in the initial crack length. It is shown that the modelsproposed in the present paper yields better agreement with experimental data than other models avail-able in literature.     

疲劳裂纹扩展的随机模型

本文从J.L.Bogdanoff提出的一种新的疲劳裂纹扩展模型出发，假定在裂纹扩展过程中存在不同的等概率均匀扩展区间，采用Z变换和其复数反演理论，推导出疲劳裂纹经任意次载荷循环后的失效概率计算的解析公式，计算结果与实验值符合较好、偏保守。     

平行于功能梯度材料夹层的币型裂纹起裂条件

分析了功能梯度材料中币型裂纹的扩展问题.裂纹平行于无限域中功能梯度材料夹层,受有与裂纹面成任意角度的拉应力.假定功能梯度材料夹层与两个半无限域均匀介质完全粘合,其弹性模量沿厚度方向变化.采用基于层状材料广义Kelyin基本解的边界元方法分析裂纹问题,给出了均布正应力和剪应力作用下裂纹的应力强度因子.将应力强度因子耦合于应变能密度断裂判据,讨论了裂纹体在拉伸应力作用下的起裂条件.     

智能结构密频系统振动控制及其摄动分析

提出一种智能结构密频控制规律的设计方法。其主要工作为：将密频子空间转化为重频子空间,把密频系统作为重频系统上的摄动;为了解决重频密频子空间相对应的特征向量选取的敏感性问题,通过摄动分析得到与重频密频子空间相对应特征向量的线性组合并利用闭环系统特征值极点配置的方法得到重频密频系统的振动规律;把所设计的振动控制规律作用于原系统和摄动系统上,讨论了结构参数改变后对系统的动态特性的影响;最后通过算例证明该方法的有效性。     

考虑材料循环塑性的疲劳裂纹扩展模拟

提出了一种考虑材料循环塑性性能的研究疲劳裂纹扩展与闭合行为的有限元模拟方法．对所选用的循环塑性本构关系进行了基本实验检验．探讨了在疲劳裂纹扩展有限元分析中网格尺寸的影响，给出了网格优化准则．研究了在循环硬化条件下考虑裂纹合效应时裂纹面张开廓形、裂纹尖端应力、应变场和正反向塑性区的演变规律．对于循环硬化和不同循环应力比Ｒ等因素对裂纹张开应力水平的影响也作了考察     

压电材料裂纹顶端条状电饱和区模型的力学分析

在线性压电本构方程框架下,对裂纹顶端条状电饱和区模型进行了严格的数学分析．完整地考虑了各向异性力电耦合效应．建立了电饱和区尺寸与外加电场的依赖关系．证实了当裂纹垂直极化轴时,压电材料的断裂应力随着外加正电场的增加而减小,随着外加负电场的增加而增加．当裂纹平行于极化轴时,与极化轴平行的外加电场对断裂应力无影响     

疲劳裂纹扩展随机模型研究近期进展

自1979年Virkler等人发表揭示疲劳裂纹扩展的统计性质的实验结果以来,各国学者相继提出了多个疲劳裂纹扩展的随机模型．本文从数学与物理角度对这些模型作了概括与评述,指出了各个模型之间的关系,并对今后应作的进一步研究提出了我们的看法．      

深埋椭圆形片状裂纹的偏折扩展

基于无限大弹性基体深埋椭圆形片状裂纹的变形场,推导了椭圆形片状裂纹的能量释放率,采用能量平衡方法建立了椭圆形片状裂纹承受拉应力和剪应力时的复合断裂准则. 考虑裂纹在拉-剪应力作用下的偏折扩展,分析了裂纹的偏折方向,提出了椭圆形片状裂纹发生偏折扩展时的初始偏折位置的确定方法.