表面缺陷引发裂纹的疲劳寿命公式

前言构件表面往往存在各种宏观缺陷如压痕、划伤、蚀坑和焊接缺陷等.飞机在作战中会受到弹片的击伤,导弹操作使用中常遇到划伤.这些缺陷处存在应力集中,在交变载荷作用下将引发出疲劳裂纹.构件的疲劳寿命就等于宏观缺陷形成裂纹的寿命 N,加上裂纹扩展到临界尺寸时的寿命 N_f.因此,用断裂力学研究带表面缺陷的构件的使用寿命时,必须解决表面 ...     

用宏观和微观相结合方法研究断裂力学

目前流行的断裂力学,包括线弹性断裂力学(Griffith-Lrwin理论)和弹塑性断裂力学(HRR奇异性理论)可称为宏观断裂力学。它不计及构件内部晶体间的变化及其引起的力学效应,只是从整体上研究宏观缺陷产生的力学效应,从而导出裂纹扩展的规律,以企对断裂问题做出宏观的定量分析。目前力学界和工程界研究的主要内容就是这种宏观断裂力学。它既与强度理论有着...     

疲劳裂纹扩展门槛值的研究进展

Ⅰ.引言 大量的研究和疲劳裂纹扩展的试验表明,对于存在一定尺寸裂纹及缺陷的材料或构件,只有当裂纹尖端的应力强度因子达到或超过某一值时,裂纹才会在交变应力的作用下扩展。当裂纹尖端的应力强度因子小于这一值时,裂纹在交变应力作用下不发生扩展。这个应力强度因子值,就是界限应力强度因予幅值△K_(th),在疲劳研究中称为裂纹扩展的门槛值。 门槛值△K_(th)和疲劳裂纹扩展速率da/dN一样,是反映带裂纹或缺陷构件抗疲劳性能的     

应力强度因子K_Ⅰ的光弹性测定法

断裂力学研究有裂纹构件的强度。因此,必须研究裂纹尖端附近的应力场。对于线弹性材料,裂纹尖端附近的应力场主要由应力强度因子所控制。当应力强度因子K_I到达临界值——材料的断裂韧度K_(Ic)时,裂纹就迅速扩展,构件发生脆性破坏。所以,应力强度因子是线弹性断裂力学中的一个主要参数,确定任意构件的应力强度因子也就成为断     

一种预制疲劳裂纹的简易装置

为了模拟构件中的尖锐裂纹,断裂力学的试件均需预制疲劳裂纹。常用的预制疲劳裂纹的设备是高频疲劳试验机,但此设备价格昂贵,非一般中小型材料试验室所能拥有。研究一种简易实用的预制疲劳裂纹的装置对于断裂力学 ...     

一种预制疲劳裂纹的简易装置

为了模拟构件中的尖锐裂纹,断裂力学的试件均需预制疲劳裂纹。常用的预制疲劳裂纹的设备是高频疲劳试验机,但此设备价格昂贵,非一般中小型材料试验室所能拥有。研究一种简易实用的预制疲劳裂纹的装置对于断裂力学     

复合型表面裂纹疲劳门槛应力的估算

表面裂纹是工程构件常见的缺陷，由于实验数据的缺乏及其他困难，断裂力学应用于表面裂纹的疲劳扩展，其经验和成果还十分有限。本文利用复合型断裂准则，对圆棒试样表面小裂纹的门槛应力进行分析和估算，得到了较满意的结果。     

平行于裂纹方向的载荷对于疲劳裂纹扩展速率的影响

1. 引言断裂力学在疲劳裂纹扩展的研究中得到了成功的应用。但是,现有的疲劳裂纹扩展数据大都是从单向加载的试件上得到的。而实际构件通常处于双向载荷或多向载荷的状态下。在对构件作寿命估计时,双向载荷对于疲劳裂纹扩展速率的影响是一个必须要考虑的因素。在1966年Christensen等曾指出,实验表明在双向载荷下疲劳裂纹扩展速率为单向载荷时的三倍,但它只给出了实验结果的示意图。后来有限的一些实验数据得出各不相同的结论。大部分试验结果表明,平行于裂纹方向的载荷对于裂纹扩展的影响很小。也有数据表明它会加快或减慢裂纹扩展。     

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。     

焊接球形贮罐的表面裂纹的断裂力学分析

一、前言在化工设备中广泛使用各种压力容器,其中焊接球形贮罐占很大比例。球形贮罐在焊接过程中很容易产生表面裂纹。用无损检验的方法可以检查出这些裂纹,然后挖掉重焊。但无损检验的方法不能保证检查出所有的裂纹,而且在打压试验或工作条件下,还可能产生新的裂纹。因此为了保证球罐能安全使用,要求材料,特别焊缝地区的材料有足够的韧性,并用断裂力学分析给出容许的裂纹尺寸。当漏检裂纹或新生裂纹小于容许裂纹尺寸时,则可认为球罐能安全使用。      

断裂力学在圆柱螺旋弹簧设计计算中的应用

圆柱螺旋弹簧(特别是热卷大弹簧)由于各种原因,不可避免会产生一些表面裂纹等缺陷,将断裂力学应用于弹簧的设计计算中是一个值得重视的研究方向[1] 弹簧钢是较好的弹性材料,可运用应力强度因子判据(即K判据),当裂纹顶端应力强度因子K_I≥K_(IC)(断裂韧度)时,裂纹便失稳扩展.     

断裂力学是怎样产生和发展起来的?

断裂力学是本世纪50年代建立,60年代蓬勃发展起来的一门新学科。它是固体力学的一个分支,以研究存在裂纹的构件及材料的力学性能为其目的。 恩格斯指出:“自然界的一切归根到底是辩证地而不是形而上学地发生的”。(《社会主义从空想到科学的发展》,《马克思恩格斯选集》第三卷第420页)本文试图以一分为     

混凝土的裂纹扩展问题

目前在混凝土的断裂力学研究中,基本上还是假定混凝土是线弹性材料,采用线断裂力学的方法和公式,沿用短期瞬时载荷作用下的实验数据。对于裂纹的亚临界扩展,一般不予考虑,或者撇开混凝土本身的性质,而采取某些形式上的修正。这和首先将断裂力学应用于混凝土的Kaplan所作的工作并无实质改变。本文考虑到混凝土的粘弹性性质,提出混凝土裂纹前缘的破坏模型,从而应用Schapery理论分析了混凝土裂纹扩展的一般规律,给出了带中心裂纹的无限大板裂纹扩展速度和断裂时间的一般公式。     

带裂纹板单向拉伸极限承载力有限元研究

一般金属材料的板式构件,在其使用的过程中有时会出现裂纹,而构件出现裂纹后的承载力问题是人们比较关心的.由于金属材料一般为韧性材料,在极限承载力计算中有两种模型,一种是弹塑性屈服模型,一种是弹塑性断裂力学模型.本文利用通用软件分别采用弹塑性和基于扩展有限元的裂纹扩展分析模型对单向拉伸的带裂纹板进行数值模拟,并将数值模拟的极限承载力与试验结果进行比较;结果表明,裂纹扩展分析模型计算出的极限承载力与实验结果更吻合;在此基础上,本文对裂纹角度不同的单向拉伸带裂纹板进行分析,得到其极限承载力跟裂纹与拉伸方向夹角的关系,其趋势与理论分析结果吻合.     

断裂力学判据的评述

从Inglis 和Griffith 的著名论文到Irwin 和Rice 等的奠基性贡献,对断裂力学中的线弹性断裂力学的K判据,界面断裂力学的G判据,和弹塑性断裂力学的J 判据作了扼要的综述. 介绍了在界面断裂力学G判据的基础上提出的界面断裂力学的K判据,以说明断裂力学的判据存在改进的可能性. 在综述中归纳出断裂力学判据中目前还没有较好解决的几个问题. 在总结以往断裂力学研究经验的基础上,指出裂纹端应力奇异性的源是对断裂力学判据存在的问题作进一步研究的切入点. 探讨了裂纹端应变间断的奇点是裂纹端应力奇异性的源的问题,从而对裂纹端应力强度因子的物理意义进行了讨论. 最后,阐述了进行可靠的裂纹端应力场的弹塑性分析是改进弹塑性断裂力学判据的关键,而进行可靠的裂纹端应力场的弹塑性分析的前提是要通过裂纹端应力奇异性的源的研究来获得作用在裂纹端的造成裂纹端应变间断的有限值应力.      

冲击载荷作用下黑砂岩动态断裂参数的分形修正

基于分形理论研究了偏折裂纹扩展路径对动载荷作用下黑砂岩的动态断裂力学参数的测试误差影响作用,采用传统的分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar, SHPB）实验装置对修正侧开单裂纹半孔板（improved single cleavage semi-circle specimen, ISCSC）试样进行动态冲击实验,随后采用裂纹扩展计进行裂纹起裂时间与裂纹扩展速度等动态断裂力学参数测试,采用分形理论对测试的裂纹扩展速度与动态应力强度因子进行修正,利用实验-数值法对黑砂岩的动态断裂韧度进行计算。研究结果表明,ISCSC构型构件能够有效应用于岩石材料动态裂纹扩展行为的研究,并发生了止裂现象,经分形修正的裂纹扩展速度与动态断裂韧度更接近实际裂纹动态扩展情况,修正前后得到黑砂岩材料的裂纹扩展速度误差为33.51%,动态断裂韧度最大误差为7.68%,说明利用分形理论对动态断裂韧度等动态断裂参数计算更合理。     

断裂力学中的裂纹尖端奇异场

断裂力学的本质问题就在于裂纹尖端附近高应变区的存在。裂纹扩展与否,取决于高应变区内的力学状态。所以,尖端附近应力应变状态的研究在断裂力学中起着核心的作用。采用宏观连续介质力学的方法,尖端附近高应变区的力学特性可由奇异应力应变场描述。虽然,由于材料的微观不均匀性和不连续性使得奇异场的描述方法在裂纹尖端(奇异点)充分      

磁电弹性体中纳米孔边任意位置贯穿裂纹的解析解

本文研究了反平面机械载荷、面内电载荷和面内磁载荷作用下磁电弹材料中含有纳米尺度孔边任意位置贯穿裂纹的Ⅲ型断裂力学性能.基于Gurtin-Murdoch表面弹性理论考虑纳米缺陷(孔洞和裂纹)的表面效应,利用磁电弹理论和复变弹性理论获得了纳米缺陷表面为磁电不可通条件下磁电弹场的精确解,给出了贯穿裂纹两端裂尖的磁电弹场强因子的解析表达.所得结果与已有研究比较说明了本文方法的有效性.讨论了裂纹位置、裂纹相互作用与施加多物理场载荷对无量纲磁电弹场强因子的影响.结果表明：贯穿裂纹裂尖的无量纲磁电弹场强因子尺寸效应显著;缺陷表面效应对裂纹耦合尖端场的影响受裂纹位置的制约;无量纲磁电弹场强因子受贯穿裂纹两端的裂纹长度比与施加力电磁载荷的显著影响.     

基于数字图像相关的裂纹端部全场三维变形实验研究

基于三维数字图像相关技术(3D-DIC),结合裂尖定位、链式匹配、相关系数阈值化算法,测量金属焊接件裂纹端部的全场三维变形,分析焊接对材料断裂力学行为的影响。实验中采用预制疲劳裂纹的紧凑拉伸试件,以Q235钢为母材,通过改变焊缝位置制备四种不同试件:无焊缝母材试件、焊缝位于中央试件、焊缝偏离中央5mm试件、焊缝偏离中央8mm试件。实验结果显示,3D-DIC既能获得裂纹张开导致的面内变形,提取裂纹尖端张开位移,还能测量裂尖材料屈服导致的局部离面凹陷。对比不同焊接件的裂纹端部场发现,裂纹与焊缝的相对位置对试件断裂力学行为有很大影响。当裂纹位于焊缝处,裂尖张开位移与局部凹陷最为显著,热影响区内裂纹端部的变形也明显大于母材,因此都具有比母材更高的断裂韧度。随着载荷增加,裂纹周围的焊缝边界处容易产生应力集中和局部损伤,最终影响材料的破坏行为。上述结果表明,3DDIC可用来分析非均匀材料的断裂力学行为,有望为实际断裂问题的解决和断裂力学理论的验证与完善提供有效的实验依据。     

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．