Bonded Joints with Nonhomogeneous Adhesives

The problem is considered of two semi-infinite elastic plane regions bonded by a non-homogeneous adhesive along their common linear boundary and subject to constant applied stresses at infinity. The complex variable method has been employed to achieve the closed-form solution for generic interface stiffness distributions. Two particular cases of practical interest have been treated in detail as particular applications of the proposed general solution. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

铝-铝爆炸焊接界面剪切行为与断口形貌关系研究

为了研究爆炸焊接界面的剪切损伤行为,本文对铝-铝复合材料开展剪切试验,并基于分形理论对试件剪切断口界面进行表征,尝试建立界面剪切强度与断口轮廓分维值及其多重分形谱关系。结果表明,焊接界面剪切强度随加载速率升高而降低,异于通常金属剪切行为;但从断口形貌及其轮廓分形维可认识界面剪切强度变化原因。此外,多重分形谱起点与终点间的高度差和跨度差值反映了界面的峰、谷落差及分布特征,是界面形貌特征的立体反映,并在数值上也与剪切强度正相关。     

不同硬化指数的幂次硬化结合材料的界面端奇异性分析

从位移匹配的观点出发,本文认为对任意结合角度的幂次硬化材料界面端弹塑性问题,如果两种材料的硬化指数不相同,则应力场的奇异次数应由硬化指数较高一方材料的材料性质和几何形状决定。进一步分析表明,奇异次数只与该材料的硬化指数n及界面端角度有关,与比例常数α等其它材料常数无关。通过边界元数值计算对上述结论进行了验证,并且发现随着硬化指数的提高,应力奇异次数降低。     

On the Elastic Field of a Shpherical Inhomogeneity with an Imperfectly Bonded Interface

This study is devoted to the development of a unified and explicit elastic solution to the problem of a spherical inhomogeneity with an imperfectly bonded interface. Both tangential and normal displacement discontinuities at the interface are considered and a linear interfacial condition, which assumes that the tangential and the normal displacement jumps are proportional to the associated tractions, is adopted. The elastic disturbance due to the presence of an imperfectly bonded inhomogeneity is decomposed into two parts: the first is formulated in terms of an equivalent nonuniform eigenstrain distributed over a perfectly bonded spherical inclusion, while the second is formulated in terms of an imaginary Somigliana dislocation field which models the interfacial sliding and normal separation. The exact form of the equivalent nonuniform eigenstrain and the imaginary Somigliana dislocation are fully determined in this paper.     

剪胶接结构的混合模式断裂分析

给出了Ｇｏｌａｎｄ－Ｒｅｉｓｓｅｎｅｒ型剪接结构的Ｊ积分表达在被粘物体小转角和胶层很薄的假设下与路径无关。Ｊ积分代表胶层厚度与胶层内最大能量密度的乘积。对单剪接接头，本文计算了裂纹在胶层内和界面上两种情况下的局部Ｉ型和Ⅱ型应力强度因子之比，即局部载荷相角，从而给出了单剪接接头的断裂判据。     

结合材料界面端的三维应力奇异性

本文利用特殊有限元方法，开发了一个用来求解结合材料界面端三维应力奇异性问题的数值分析程序。该方法只需对界面端的角度方向进行离散即可求得应力奇异性。结合材料的应力奇异性取决于两种材料的材料常数和界面端形状。选用三个材料参数作为变量，用来研究结合材料三维应力奇异性随材料常数的变化规律。文中计算了几种重要而且常见的情况，并以此为基础建立了数据库。同时，还分析了应力奇异性随界面端形状的变化规律，并得到了应力函数的分布图。     

不同骨料混凝土剪切断裂试验及数值分析

利用四点剪切加载的试验方法对不同骨料混凝土的双边切口试件进行了详细的试验研究。研究表明骨料不同的混凝土试件,其宏观断裂行为存在很大的不同,并且P-Δu曲线呈现出较大的差异,从而为进一步研究混凝土的断裂机理提供了参考。本文在试验研究基础上,建立了与试验模型相对应的三维有限元模型,利用有限元工程分析软件,对混凝土四点剪切的断裂力学行为进行了分析。结果表明,由于混凝土材料本身力学性能的特殊性-其抗拉强度较其抗压抗剪强度要低得多,所以裂纹尖端处的应力场分布状态是导致混凝土纯剪加载下的张拉破坏和剪切破坏的主要原因。     

新老混凝土结合面抗剪性能试验研究

新老混凝土结合面是加固结构中最脆弱的部位,新老混凝土能否正常工作主要取决于结合面的抗剪强度。通过模型试验对结合面抗剪性能进行了研究。模型采用Z型试件,分为凿毛不植筋和既凿毛又植筋两种。对比试验结果表明,植筋能大大改善结合面的抗剪性,且大幅度提升新结构的承载力,是一种有效的加固处理方法。数值仿真结果与试验结果比较表明,结合面加固处理的模拟能在一定程度上反映实际情况中结合面的力学性能。     

单搭接胶接接头拉伸剪切性能的数值模拟与实验研究

采用数值模拟和光测技术对单向拉伸载荷作用下单搭接胶接接头中的剪切性能进行分析,研究了不同厚度胶层中切应力的变化规律。用有限元方法(FEM)对不同胶层厚度的试件进行建模,得到了拉伸载荷下胶粘剂中的切应力分布及其统计参数。利用数字图像相关(digitalimage correlation,DIC)方法对试件的变形场进行测量。结果表明,当胶粘剂的厚度较小时,胶粘剂中的切应力的分布统计参数随着其厚度的增加会有显著的变化,但是当厚度超过一定的数值时,统计参数对厚度的变化不再敏感。     

钢纤维增强钢筋混凝土梁斜截面受剪承载力塑性极限分析

根据试验研究结果以及钢纤维混凝土的应力应变关系特点，确定了钢筋、混凝土以及钢纤维混凝土的屈服条件，建立了钢纤维增强钢筋混凝土梁斜截面破坏模型，运用塑性分析方法推导出斜截面受剪承载力计算公式的塑性解，并提出塑性解中系数μ1和μ2的计算公式。计算结果表明，该塑性解考虑了钢纤维混凝土层厚、剪跨比和混凝土强度等主要影响因素，而且通过调整钢纤维混凝土层厚，使提出的塑性解的计算公式适用于普通钢筋混凝土梁、钢筋钢纤维增强部分混凝土梁和钢筋钢纤维增强全截面混凝土梁的斜截面承载力计算，且与试验结果符合较好。     

考虑表面弹性效应时正三角形孔边裂纹反平面剪切问题的断裂力学分析

基于表面弹性理论和保角映射技术,研究了远场作用反平面剪切载荷作用下考虑表面弹性效应时正三角形孔边裂纹问题的断裂性能.给出了孔边应力场的精确解,获得了裂纹尖端应力强度因子的解析解答.数值算例中讨论了裂尖应力强度因子随三角形孔尺寸、裂纹长度和表面性能的变化规律.结果表明:当三角形孔的尺寸在纳米量级时,无量纲应力强度因子具有显著的尺寸效应;随着三角形孔尺寸的增大,论文结果趋近于经典断裂理论解答;无量纲应力强度因子随孔边裂纹长度的增加,先增大而后减小;当孔边裂纹长度较小时,表面效应影响较弱;应力强度因子的尺寸效应受表面性能影响显著.     

Glass Fracture in the Region of Its Contact with Steel Balls

Results of experiments on indentation of steel balls of various diameters into glass specimens shaped as rectangular parallelepipeds are reported. The limiting load of formation of an annular crack near the contact area and the radius of this crack are experimentally determined. The field of the contact stress in the fracture region is found by using the Huber solution of the Hertz problem of ball indentation into an elastic half-space. Modeling fracture caused by contact interaction is based on using the local criterion of the maximum stress and several nonlocal criteria: average stress criterion, Nuismer criterion, and gradient criterion. For calculating the parameter that has the length dimension and is included into the nonlocal fracture criteria, the ultimate tensile stress and the critical stress intensity factor of glass are experimentally determined for beams without and with a notch. It is demonstrated that the experimental data on the annular crack radius are most adequately predicted by the gradient criterion among all criteria considered in the study. However, this criterion overpredicts the ultimate tensile stress in the course of beam bending, which is caused by the scale factor.     

直角结合异材界面端应力强度系数的经验公式

由不同材料结合而成的材料(简称异材或双材料)的力学性能及其可靠性评价是工程中亟待解决的问题。表征界面端奇异应力场大小的应力强度系数是结合异材强度评价的依据，本文针对工程中最常见的直角结合异材，通过对大量不同材料组合的异材的边界元数值分析，提出了界面端应力强度系数的近似计算公式，无量纲化后的应力强度系数的值只与异材Dundurs参数a，卢有关，该公式具有较高的精度，可以作为一般工程上的应力强度系数的计算以及异材结构设计的依据。     

高强钢及软钢断裂失效行为表征与仿真预测

针对汽车碰撞、结构强度等分析中无法准确模拟高强钢及软钢的断裂失效,研究了高强钢及软钢的断裂失效特性以及其仿真预测方法．以宝钢高强钢HC340/590DP及软钢DC05为研究对象,首先通过不同应变率的拉伸试验和不同应力状态的断裂失效试验,来表征两种钢材的弹塑性及断裂失效行为．并从试验数据中得到LS-DYNA中的Damage Initiation and Evolution Criteria (DIEC)失效模型所需参数,建立失效模型,通过子系统试验及仿真计算对DIEC失效模型进行验证．结果表明基于准确的材料试验数据,正向建立的DIEC失效模型可以准确预测HC340/590D及DC05的断裂失效行为．本研究方法可推广到其他高强钢和软钢的断裂失效仿真预测中．     

Experimental and Numerical Study of Shear Fracture in Brittle Materials with Interference of Initial Double Cracks

A simultaneous experimental and numerical study of shear fracture of concrete-like materials is carried out using Brazilian disc specimens with initial double edge cracks and fourpoint bending beam specimens with double edge-notches.The interference effects of two cracks/notches are investigated through varied ligament angles and crack lengths.It is shown that shear fracturing paths change remarkably with the initial ligament angles and crack lengths.The cracked specimens are numerically simulated by an indirect boundary element method.A comparison between the numerical results and the experimental ones shows good agreement.     

胶结砂砾石层面直剪试验及破坏行为细观研究

本文采用宏观试验和细观模拟相结合的方法研究胶结砂砾石层面在剪切过程中的破坏行为．首先进行了不同法向应力作用下的胶结砂砾石层面直剪试验,获得了不同的剪切面破坏特征：随着法向应力的不断增加,剪切破坏面凹凸起伏程度、骨料脱落现象越发明显．其次为了深入探究层面破坏现象,按照室内试验采用的骨料级配粒径建立细观颗粒数值模型,结合物理试验对模型进行参数标定,并进行数值模型的层面直剪模拟和细观分析．结果表明,数值模型可以再现宏观直剪试验层面破坏特征;法向应力越大,层面区域颗粒发生错动和翻转的数量越多;层面破坏方式为颗粒间的张拉和剪切混合破坏,裂隙均集中在层面位置,随着法向应力的增加,裂隙的集中区域逐渐由“面”向“带”转变．     

Ⅱ型荷载下混凝土剪切断裂的测试研究

有关混凝土的断裂行为已被广泛研究，但很少是针对剪切断裂的情况。本文采用Ⅱ型（四点剪切）加载，进行一系列测试，研究了混凝土单边预制裂纹（SEN）直梁剪切断裂的技术和条纹。初步实现了混凝土的剪切断裂，测得混凝土的Ⅱ型断裂韧度因子K1c。实验结果显示，试件的几何尺寸越大，养护的龄期越长，实验效果越理想，在这两个因素中，试件尺寸的影响更明显。此外，混凝土的配合比与粗集料对测试结果也有重要影响，而细集料的影响似乎并不明显。同时，文中对实验结果进行了详细的分析，最后，得出一些具有工程实用价值的结论。     

界面端应力奇异性与复合材料界面剪切强度细观实验分散性分析

复合材料细观实验方法主要有纤维拔出、纤维压力、纤维段裂和微球脱粘实验等四种；但这四种试验得到的界面剪切强度结果存在很大的分散性。虽经三十余年的研究和改进，仍未能消除。为研究分散性产生的原因，本文以轴对称界面端应力奇异性分析为基础，推导出求解四种试件界面端的特征值的特征方程，并给出了特征值随Dundurs常数的变化情况，由此发现用相同的纤维和基体制作的四种试件在界面端存在奇异性不同的应力场，从而阐明了四种界面剪切强度试验结果巨大分散性的产生原因在于纤维和基体间界面处的应力奇异性。