绕裂尖白亮层的形成及其止裂作用分析

应用电磁热效应对带有裂纹的金属导体通入脉冲电流进行止裂，在裂纹尖端处熔化形成钝化焊口的同时，围绕裂尖的很小范围内形成一白亮层．分析表明：白亮层的形成对裂纹的扩展起到了屏蔽和防止应力腐蚀的作用，进一步提高了钝化止裂的效果．     

延性材料层裂的数值模拟

本文对Carroll,Holt和Johnson提出的延性材料简化模型进行了改进,在模型中考虑了材料的硬化,用数值方法模拟了高速碰撞中铝板和钢板的层裂过程,其结果与实验吻合较好。     

岩体爆破松裂区的损伤机制及其数值模拟

用损伤力学处理方法着重研究爆破运区岩体的松裂机制，建立其损伤发展方程与本构模型。在二维限差分计算程序（Ｓｈａｌｅ）中嵌入伤模型后，实现了岩体爆破松裂区数值模拟。对三峡工程左岸坝基岩体小药量爆破试验和清江隔河岩工程的开挖爆破进行了模拟计算，其结果与相应的实测数据吻合，模拟相对误差小于１３．３％。     

无氧铜层裂的实验与数值研究

利用一级气体炮对国产的无氧铜（OFHC）进行了平板撞击致层裂实验,3 mm厚的OFHC飞片撞击6 mm厚的OFHC靶,采用锰铜应力计记录试样/有机玻璃（PMMA）界面附近的应力历史,获得试样发生层裂的信息。软回收试样,观测回收试样的层裂片。采用基于空穴聚集的层裂模型,数值模拟这些平板撞击致层裂实验。数值模拟的应力剖面以及试样层裂片厚度与实验结果基本一致。此外,对于国外相关的OFHC层裂实验,采用基于空穴聚集的层裂模型也作了相应的数值模拟,并进行了比较。     

自然超空泡与尾喷流相互作用的数值模拟

认识带尾喷流和自然超空泡的水下高速航行体流体动力特性并发展其预报与控制方法仍是水动力学领域极具挑战性的课题．本研究采用CFD方法对尾喷流和自然超空泡之间的相互作用进行了数值研究．针对发动机欠膨胀超音速喷流,采用现有实验结果验证了基于两方程湍流模型的二维轴对称流动数值模型的可靠性．尾喷流在空气和蒸汽环境中流动的数值计算结果表明,由于蒸汽环境中背压较低,欠膨胀尾喷流无法及时形成压缩波,使得蒸汽环境中尾喷流的过膨胀区和气相扩散区的体积比空气中大;尾喷流很难形成规则的激波格栅,波系结构相对简单．针对携尾喷流的平头航行体超空泡流状态的数值模拟结果表明,尾喷流注入超空泡后迅速充满航行体周围的空腔区域;尾喷流与超空泡尾迹区域形成的回射流相互作用最终导致超空泡断裂,断裂过程中伴随着燃气泡的下泄现象;受空泡壁面约束,尾喷流难以在狭窄的超空泡空腔内完全膨胀,尾喷流的激波波系结构有显著的变化：在喷嘴附近受到压缩,在远离喷嘴区域受到超空泡水汽掺混的破坏;空泡内压强基本维持在饱和蒸汽压附近,没有显著增加．     

铁中Ⅰ型裂纹裂尖场与裂尖形变机制分析

应用有限元及连续介质力学计算了平面应交条件下体心立方铁中不同取向裂纹的裂尖应力场和弹性应变能密度分布,从宏微观相结合角度分析了裂尖场分布与裂尖微结构演化的相互关联.指出裂尖塑性变形的具体形式与裂尖滑移面上分切应力的大小密切相关,并从能量角度解释了裂尖相变产生的原因,最后结合相关分子动力学研究成果探讨了裂尖奇异性区域.     

超弹性形状记忆合金管单向拉伸试验的数值模拟

NiTi形状记忆合金具有很强的超弹性行为,这种超弹性行为是由于材料在应力作用下发生可逆的马氏体相变所引起。最近Sun和Lee^[4]在NiTi形状记忆合金管单向拉伸试验中观测到,应力诱导马氏体相变具有螺旋带状的形貌特征,本文对此作了数值模拟研究。采用包含应变软化效应的三线性本构关系,建立了NiTi形状记忆合金管的三维有限元模型。通过迭代计算,成功地再现了试验中所观察到的螺旋状相变带从形成到长大的全过程。数值计算结果表明,产生这一独特现象的力学机制,在于NiTi形状记忆合金管在拉伸状态下出现的局部变形失稳极其传播。     

无钴合金钢的层裂断裂及数值模拟研究

利用一级轻气炮作为加载手段,对无钴合金钢的层裂特性进行了研究,获得了Hugoniot弹性极限、层裂强度、层裂片厚度以及塑性应变率等动力学参数。对回收的样品进行了断口分析和金相分析,从宏微观角度分析了无钴合金在不同应变率下的断裂机制。利用LS-DYNA有限元程序对层裂现象进行了数值模拟,计算结果与实验结果基本吻合。     

不同围压作用下非均匀岩石水压致裂过程的数值模拟

从岩石细观非均匀性的特点出发,提出一个描述非均匀材料渗流和破裂相互作用的数值模型。在这个数值模型中,单元的力学、水力学性质根据统计分布而变化,以体现材料的随机不均质性,材料在开裂破坏过程中流体压力传递通过单元渗流,损伤耦合迭代来实现。算例表明,该模型能较好地模拟出岩石类材料在水力压裂作用下,微结构非均匀分布和不同围压比对破裂模式、失稳压力的影响,非均匀性导致试件的开裂压力、失稳压力明显不同,裂纹扩展路径不规则发展,模拟结果和实验结果较为一致。     

Crack tip superblunting: experiment,theory and numerical simulation

Experimental revelation ofsuperblunting along plane strain predominant crack tip segment is reported here for modified polyproplene. As elucidated by a heuristic model of progressive circumferential cold-draw, the formation of superblunting crack tip depends critically on the ratio between the cold-draw propagation speed and the loading speed, and contributes significantly to the material toughening, especially for the improvement in impact toughness. Detailed numerical calculations are conducted based on a hyperelastic-viscoplastic and anisotropic damage constitutive model at finite deformation. The simulated results recapitulate the essential features of crack tip superblunting. The project supported by the National Natural Science Foundation of China     

三维斜置半圆形表面裂纹扩展数值模拟

以裂纹前沿局部坐标中主法平面内的最大周向拉应力作为控制参数,对第一主应力拉应力裂纹扩展准则进行了补充和修正.修正后的拉应力裂纹扩展准则称为最大周向拉应力裂纹扩展准则.它不仅可以有效地确定裂纹扩展方位、扩展方向和扩展条件,而且可以有效地确定裂纹扩展步长.根据修正的裂纹扩展准则,给出了三维裂纹曲面的数学描述方式,可以有效地模拟扩展曲面的弯折和扭曲.     

高桩码头不均匀沉降模型实验与数值模拟

以使用5年以上的高桩码头的大管桩为研究对象,采用模型实验的方法对大管桩的不均匀沉降进行了系统研究. 首先通过量纲分析,确定模型实验的各个物理量和相关参数,以及模型材料(PVC管)等; 然后利用电测技术,经过大量实验,获得大管桩的不均匀沉降量和变化规律; 同时,利用数值模拟,分析了大管桩不均匀沉降变化规律,验证了模型实验结果的可靠性, 说明了利用数值模拟方法分析大管桩不均匀沉降是可行的.     

带有中间裂纹载流薄板放电瞬间耦合场的数值模拟

应用耦合场理论采用数值分析的方法计算了具有中间裂纹的导电薄板在放电瞬间裂纹尖端区域附近的温度场、温度梯度场的分布状态.计算结果表明:由于电流产生的焦耳热源的作用,裂纹尖端处温度瞬时急剧升高,能够在很小的范围内熔化形成微小的焊口,裂纹前缘的曲率半径增加了几个数量级,显著地减少了应力集中,阻止了干线裂纹源的形成,有效地遏制了裂纹的扩展.数值模拟采用了热-电耦合的分析方法, 考虑了材料电阻随温度变化和电流流过生成的内热源间的相互作用,同时考虑了导热系数和比热随温度变化所产生的影响.对于具有中间裂纹的载流薄板,根据结构、材质、边界条件及通电电流的对称性,计算得到了两个裂纹尖端完全对称的结果.     

Peierls框架与裂纹尖端位错行为

本文在Ｐｅｉｅｒｌｓ框架下对裂纹尖端位错成核与发射问题进行了严格的数学分析，在修正Ｒｉｃｅ设相的基础上，建立了一组新的控制方程，应力场与位错密度场分别表示成第一类与第二类切比雪夫多项式的级数，相应的张开位移与滑错位移以用三角级数表示。通过离散的方法，控制方程转化为一组非线性代数方程。用Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ方法求解这组方程，得到远场为纯剪，纯拉及两者复合情况下的解答。计算结果清楚地揭示了裂纹     

界面裂纹无摩擦接触裂尖应力场

基于哈密顿原理，通过分离变量及共轭辛本征函数展开法，解析地球解界面裂纹无摩擦接触裂尖的扇形域方程，从另一条途径研究了界面裂尖应力场的特征。     

超临界CO_2-水两相流与CO_2毛细捕获:微观孔隙模型实验与数值模拟研究

CO_2毛细捕获机制是CO_2地质封存中的关键科学问题,然而有关孔隙尺度下(微米极)超临界CO_2毛细捕获的研究较少.采用高压流体-显微镜-微观模型实验装置,开展超临界CO_2条件(8.5 MPa,45?C)下CO_2驱替水(排水)和水驱替CO_2(吸湿)实验,采用高分辨率照相机采集CO_2水两相流运动图像,并借助光学显微镜直接观测孔隙尺度下CO_2毛细捕获特征.同时,采用计算流体动力学方法对实验过程进行三维数值模拟.数值模拟不仅反映了实验过程中两相流驱替锋面的推进过程,还刻画了孔隙尺度下被捕获的CO_2液滴/团簇三维空间形态特征.最后,基于数值模拟给出了CO_2初始饱和度与残余饱和度曲线,即毛细捕获曲线,并对比分析了3种毛细捕获曲线预测模型(即Jurauld模型、Land模型和Spiteri模型)的优劣.分析表明,Jurauld模型的描述能力稍优于Land模型,Spiteri模型的描述能力较弱.由于Land模型只需单个参数,且参数具有明确的物理意义,因此在实际工程中,建议优先采用Land模型.     

扩展裂纹尖端奇异场的实验研究

用云纹方法测量了 LY12-M 铝材,双边裂纹试件、扩展裂纹沿 x和y方向位移场u_x,u_y。实验的裂纹尖端奇异场与 GH 理论奇异场进行了比较。两者偏差在±10％范围内,得到实验的 GH 奇异场范围与形状。实验证明:扩展裂纹尖端场有(lnA/r)~(α+1)奇异主导区。该主导区形状由腰子形向扁圆、圆形过渡,接近裂纹扩展时形状不规则。在 GH 主导区内,裂纹尖端附近有一个三维贲形,材料损伤区。在该区内 GH 奇异性不存在。     

位错、裂纹与断裂

本文评述近些年来在位错、裂纹与断裂方面的研究进展.内容主要包括:①以屈服强度温度依赖性为例,讨论力学性能的结构敏感性,使其对位错芯结构与塑性之间的关系有一定的认识;②纯弹性断裂总是极少的,因之在加载应力作用下,裂纹顶端总是存在着或大或小的塑性区,存在着裂纹与位错的交互作用.这里以我们自己的工作为主,重点讨论裂端位错过程的研究结果.      

裂纹尖端弹塑性变形的实验测量与有限元计算

用显微网格数字图像处理方法，测量了Ｆｅ－Ｓｉ材料平面应力条件下Ⅰ型单边裂纹尖端附近的应变场，并且用弹塑性有限元程序进行了数值模拟。对实测结果和有限元计算模拟结果进行了对比分析。结果表明：逐级更新拉格朗日坐标体系下的弹塑性有限元计算在裂纹尖端不出现严重钝化和损伤的条件下，可以正确反映裂尖区域的弹塑性变形。在裂纹接近临界扩展时，有限元计算与实测结果之间有较大差别，其原因有待进一步研究。