裂纹面无磨擦接触的弹塑性界面裂尖应力场

本文通过对弹塑性幂硬化双材料界面裂纹尖端应力场的高阶渐近分析，获得了裂纹面无磨擦接触的裂尖一阶和二阶应力场解答，位移场在界面处呈现交叉匹配是本文解答的一个重要特点，最后结果表明，当界面上下材料的硬化指数之差大于１时（即ｎ１－ｎ２＞１时），二阶应力场角分布为一常数解；而当０＜ｎ１－ｎ２≤１时，二阶应力场角分布函数则随θ变化而变化。     

理想微裂纹系统中的随机扩展效应

本文讨论了在理想微裂纹系统中,由于微裂纹的随机性扩展,对微裂纹统计演化产生的效应。文中提供了一般的理论框架,给出了便于处理的转移概率的表达式。最后,用数值计算的例子展示了随机模型的统计演化特征,并比较了与确定性扩展模型下统计演化的异同。     

Solutions for a Mode Ⅲ Growing Crack in a Piezoelectric Plane Under Two Kinds of Electric Boundary Conditions ＊

The solutions for a mode Ⅲ crack growing along an arbitrary propagation path in a piezoelectric plane are studied under the impermeable surface condition and the electrical contact surface condition respectively. According to the two kinds of electric boundary conditions, the Hilbert and Riemann boundary value problems in a half-plane including opening smooth arc are obtained from the theoretical analysis. Moreover, the equipollence of the solution formed under these two electric boundaries is proved, and unified solutions for the stress and electric displacement distribution in the crack-tipfield of the piezoelectric plane are achieved.     

韧性金属裂纹尖端损伤区内应变场测量——数字散斑相关法应用

本文用数字散斑相关方法测量了五种不同幂硬化指数韧性金属材料(铝和铜),双边裂纹尖端细观区域内应变场.对所得结果用韧性损伤模型进行了分析.在此法中以金属自然表面结构为散斑场,不同加载状态的散斑场进行比较,得到相对变形与应变.图象之间相关性 C 是变形参数或是位移及其导数的泛函.使其相关性 C 取最大值的试凑变形即为其真实变形场.这一方法在细观测量中应用得到满意的结果.     

金属套筒对圆柱超导体内裂纹强度因子的影响研究

建立了一个外部包裹厚度为d的金属套筒且含有中心裂纹的YBCO圆柱型超导体模型,将其置于变化的外磁场环境中。采用Kim模型,通过ABAQUS软件有限元法和J积分法,忽略金属套筒对超导体磁场捕获能力的影响,对圆柱超导体内裂纹尖端应力强度因子的变化规律进行了数值仿真研究。数值结果表明,金属套筒弹性模量、金属套筒厚度和裂纹长度对圆柱超导体内裂纹的应力强度因子有显著的影响。超导体内合力为拉力时,金属套筒抑制裂纹扩张;当金属套筒与超导体弹性模量之比大于2时,抑制作用变化不明显,强度因子相应减小;裂纹尖端受到相同拉应力时,有金属套筒的裂纹长度是无金属套筒裂纹长度的1.1倍。     

悬臂梁中开闭裂纹的损伤识别

利用裂纹诱导弦挠度函数,建立了悬臂Euler-Bernoulli中开闭裂纹位置、深度、初始张开角等损伤参数的识别方法。为此,首先将梁中开闭裂纹等效为单向扭转弹簧,给出了考虑裂纹缝隙效应的裂纹梁等效抗弯刚度,并得到悬臂Euler-Bernoulli开闭裂纹梁弯曲挠度的显式闭合解及裂纹诱导弦挠度函数,证明了裂纹诱导弦挠度的分段线性函数。其次,基于单向扭转弹簧的性质,建立了通过多步加载进行梁中开闭裂纹参数及其上下侧属性的识别方法。最后,通过数值算例验证了本文所建立的开闭裂纹损伤识别方法的适用性和可靠性,考察了裂纹分布位置、深度和初始张开角以及裂纹识别区间和挠度测量误差等参数对识别结果的影响,结果表明:当裂纹处于张开状态时,裂纹处裂纹诱导弦挠度斜率改变量随着施加荷载的增加而增加;当裂纹闭合时,其裂纹诱导弦挠度斜率改变量将保持为常量;裂纹损伤参数的识别误差随测量误差的增加而增加,但整体识别结果具有较高的精度,较好的鲁棒性。     

描述复合型疲劳裂纹扩展路径的等效模型

复合型裂纹的扩展路径不同于Ⅰ型裂纹,会沿着与初始裂纹面不同的方向扩展,扩展路径的准确预测对扩展速率的评估具有重要的作用.采用最大周向应力准则和最小应变能密度准则进行扩展路径的预测时,开裂角的误差会使裂纹不断偏离实际路径,造成最终结果的较大偏差.论文将复合裂纹在扩展过程中的弯折裂纹简化为直线裂纹,对简化过程中所产生的误差进行定量分析,并在此基础上提出了一种描述复合型裂纹扩展路径的等效修正模型.将此模型写入ABAQUS扩展有限元模块,实现了基于等效修正模型的疲劳裂纹扩展程序.通过对含中心斜裂纹板的疲劳裂纹扩展试验,验证了该模型的有效性,预测的开裂角与试验结果基本一致,所得到的载荷循环次数低于试验值,对含裂纹结构的寿命评估偏于保守.     

Ⅰ型裂纹中低速冲击荷载下起裂韧度测试新方法

为了探寻更加合理的构型试件来研究纯Ⅰ型裂纹在冲击荷载下的起裂及扩展行为, 提出一种新构型试件, 即双倾斜底边中心裂纹试件(double inclined bottom central cracked, DIBCC)。借助于中低速落锤式冲击实验装置进行冲击实验, 通过应力波来使试件内预制裂纹起裂并扩展, 同时利用应变片测试系统监测裂纹起裂时刻, 并采用AUTODYN有限差分软件对实验过程进行数值模拟, 最后计算裂纹的动态应力强度因子, 利用实验测得的起裂时刻, 确定试件的起裂韧度。结果表明:(1)在反射拉伸波作用下, 预制裂纹两侧会产生垂直于裂纹面向外的位移, 使预制裂纹扩张, 从而使裂纹起裂。(2)数值模拟结果与实验结果在裂纹扩展路径上具有一致性, 说明本文中提出的DIBCC构型试件有效, 可以用来测试裂纹在冲击载荷下的断裂韧度。

     

金属材料疲劳裂纹扩展机制及模型的研究进展

裂纹的萌生、扩展和断裂行为及其与材料本身和外部因素的关联一直是工程与科学领域的重要研究课题.论文总结了影响金属材料疲劳裂纹扩展的多种因素,综述了高周疲劳裂纹扩展的唯象模型和理论模型,以及低周和超高周疲劳裂纹扩展模型的最新进展(包括基于能量的和考虑概率的).综合前述模型优缺点,提出了一种基于单轴拉伸性能的新型疲劳裂纹扩展模型(iLAPS).分析表明,新模型iLAPS与多种常用材料的疲劳裂纹扩展试验数据吻合较好,并且能够准确地给出不同应力比下的裂纹扩展速率曲线.最后,对先进材料抗疲劳开裂性能的高通量表征及运维技术进行了展望.