裂尖塑性区方向应变能裂纹扩展准则及数值模拟

在应用断裂力学和塑性力学对裂纹顶端的分析基础上,提出了裂纹顶端塑性区内方向应变能的概念,并建立了基于此概念上的裂纹扩展准则,模拟了复合型裂纹的扩展行为.在计算过程中,通过修改裂纹顶端与所在单元的节点间的连接关系,实现裂纹扩展的动态跟踪.该方法具有修改范围小,编程方便,可操作性强等特点.文中以单边尖锐缺口试样为算例进行了数值模拟,计算结果表明本文的方法是合理有效的.     

塑性应变疲劳裂纹扩展研究进展

介绍了两类循环Ｊ积分－－Ｄｏｗｌｉｎｇ“实用”△Ｊ定义与Ｔａｎａｋａ等的积分△Ｊｐａｔｈ定义的研究现状，分析了其用于描述塑性应变疲劳裂纹扩展速率时的问题。     

比应变能密度准则的实验验证

对预测复合材料裂纹扩展方向的比应变能密度准则的正确性作了进一步实验验证。采用了云纹干涉术和普通照相法这两种试验方法。试验材料为3种不同增强结构的玻璃钢,它们具有不同程度的各向异性性质。测试结果同准则的预测结果符合较好。     

复合型裂纹脆断主应变因子准则

提出了一种复合型裂纹脆断的主应变因子准则。该准则为：1）定义垂直于裂纹扩展径向平面上的主应变ε1及极径r的组合量√2πrε1为主应变因子ε1^-,裂纹将沿主应变因子取得最大值的径向扩展;2）垂直于裂纹扩展径向平面上的主应变因子的方向与原裂纹面法线方向的夹角为扩展裂纹面的扭转角,当主应变因子达到临界值时裂纹将失稳扩展。由此导出了裂纹的开裂方向和裂纹面扭转角有断裂方程。Ⅰ-Ⅲ复合型裂纹断裂试验表明：主应变因子准则与试验结果基本相符,利用其进行断裂评定较安全。     

Ⅰ型裂纹尖端塑性应变变化规律的实验研究

借助扫描电镜（ＳＥＭ）获得加载过程Ｉ型裂纹尖端失稳前包含变形信息的形貌图;由数字图像处理技术得到各时刻对应的塑性应变,利用统计分析手段拟合出测量区域塑性应变的变化规律,即εｐ＝ＡｌｎＰ－１３。     

引入应变循环损伤的材料裂纹扩展行为预测模型

根据循环载荷下的裂尖循环弹塑性应力应变场分析,结合Manson-Coffin经验关系,定义了基于循环塑性区内材料塑性应变幅值的单位平均损伤;根据Miner疲劳线性累积损伤理论,以裂尖扩展方向的循环塑性区尺寸为裂纹裂尖的单位扩展量,提出了基于低周疲劳损伤预测I型裂纹扩展速率的新预测模型.新模型中给出的参数均有明确的物理意义,不需要人为调试.Cr2Ni2MoV和X12CrMoWVNbN 10-1-1两种转子材料的低周疲劳试验结果表明,新模型对这两种材料裂纹扩展速率的预测结果与试验结果吻合良好.利用相关文献中提供的6种材料的低周疲劳性能数据,进一步验证了新模型用于裂纹扩展速率预测的良好适用性.     

压力容器接管区高应变场裂纹扩展试验研究

针对压力容器接管区应变场三种主要特征－局部高峰应变梯度和周围受强大的弹性约束，设计出一种带中心孔高应梯度异形试板，有效地模拟圆筒压力容顺接管区高应变场裂纹的ＥＰＦＭ的试验研究。     

Ⅰ型裂纹尖端塑性应变变化规律的实验研究

借助扫描电镜(SEM)获得加载过程中Ⅰ型裂纹尖端失稳前包含变形信息的形貌图;由数字图像处理技术得到各时刻对应的塑性应变;利用统计分析手段拟合出测量区域塑性应变的变化规律,即(ε~)p＝AlnP-13.     

含钒HSLA钢的应变疲劳裂纹扩展行为研究

本文采用恒载荷法对含钒HSLA钢在不同显微组织状态下的应变疲劳裂纹扩展速率进行了测定。研究了疲劳裂纹扩展速率与钢的显微组织间的相互关系。     

基于VMCOD确定裂尖反向塑性区尺寸的方法

为了及时掌握动态变化的裂尖塑性区尺寸,以承受交变拉伸载荷作用的含有中心穿透裂纹的有限平板模型为研究对象,提出了一种基于裂纹最大张口位移变化量确定动态变化的裂尖反向塑性区尺寸的简便方法.以理想弹塑性材料的无限大板为基础,通过理论分析和有限元数值计算,建立了裂尖反向塑性区尺寸与裂纹最大张口位移变化量之间的函数关系,并研究了模型尺寸、裂纹长度、弹性模量、屈服极限和应力比等因素对函数关系的影响.研究结果表明:提出的方法能够消除这些因素的影响,适用于应力比大于等于0交变载荷作用的任意材料的有限平板模型.     

两条等长共线裂纹尖端塑性区扩展理论研究

采用Kachanov法基本思想求解2条等长共线裂纹相互作用下裂纹的应力强度因子,分别基于Mises屈服准则和D-P屈服准则推导了裂纹尖端塑性区半径的表达式,并求得裂纹相互作用下塑性区半径的扩大倍数,其值为2条裂纹相互作用下的应力强度因子与单裂纹状态下应力强度因子比值的平方。在此基础上,分析了裂纹间距对塑性区扩展的影响。研究发现,同一裂纹倾角下裂纹间距与裂纹长度比值越小,2条裂纹尖端的塑性区半径越大,裂纹尖端塑性区扩展速度越快,直至塑性区发生接触,且不同的裂纹倾角,裂纹尖端塑性区发生接触的条件不同。     

渗流效应对基于广义非线性屈服准则洞室弹塑性解的影响

考虑渗流效应,基于广义Hoek-Brown非线性屈服准则,推导出圆形洞室围岩塑性区半径、洞壁径向位移和洞室周边径向应力的数值解.绘制在考虑渗流的情况下和基于广义Hoek-Brown屈服准则的不同围岩条件下,圆形洞室内外水头差h与R/e(R为塑性区半径,e为洞室半径)的关系曲线、围岩特性曲线和径向应力的分布曲线.研究结果表明:在水头差相同时,位于较差围岩中洞室的塑性区比位于较好围岩中洞室的塑性区发展快;在支护力相同时,支护结构对处于较差围岩中的圆形洞室洞壁位移约束效果较差;在围岩质量较差时,渗流效应对圆形洞室径向应力的影响比围岩质量较好时的影响大.     

简化脆性断裂裂尖模型及复合型断裂判据

通过对脆性断裂过程中开裂扩展机理的分析,提出一个新的简化脆性断裂裂尖模型,论证了裂尖荷载型式与裂尖断裂类型之间并不是惟一的对应关系,重新阐述和定义了裂尖处的应力强度因子和断裂韧度.通过对I型、II型及其复合型荷载作用下裂尖处应力场分析,提出了径向平面最大应力(M SRP)准则,认为在脆性断裂过程中,断裂方向由裂尖处径向平面上的最大应力所决定.分别针对I型、II型及I-II复合型荷载模式提出了裂纹断裂判断准则和开裂方向预测模型.通过推导得到了复合型荷载作用下严密完整的脆性断裂判据与裂纹开裂方向角的解析表达式,与有关脆性断裂试验结果进行的对比验证了所提出的模型及理论解的合理性.     

脆性材料斜裂纹断裂与损伤耦合分析

对单向拉伸的斜裂纹,应用西多霍夫损伤模型和断裂力学耦合分析方法,推导出脆性材料斜裂纹损伤区与断裂区的边界方程,确定了脆性材料斜裂纹初始损伤区和断裂区的径向尺寸.提出了裂尖断裂区内径向应变能的概念,并建立了基于此概念上的裂纹扩展准则,即裂尖断裂区内径向最小应变能(RMSE)判据,从而确定了脆性材料斜裂纹在断裂区边界上的开裂角.最后确定了不同裂纹倾角起裂点的坐标.