CTOA断裂准则的发展及应用

对延性材料的稳态裂纹扩展机制和失稳断裂研究是断裂力学领域的重要研究方向之一。1973年Andersson在稳态裂纹扩展的有限元模拟中首次引进裂纹尖端张开角(CTOA)作为断裂准则,发现用CTOA作为断裂准则可有效地定量模拟稳态裂纹的扩展行为。近50年来,围绕CTOA断裂准则在描述裂纹扩展稳定性、影响因素、隧道效应、拘束效应,断裂过程有限元模拟等方面开展了广泛而深入的研究,并制定了确定CTOA的相关标准。CTOA作为断裂准则最大的优点在于采用二维和三维有限元分析,能准确模拟薄壁结构的稳态裂纹扩展行为,广泛适用于飞机机身、复杂的薄壁结构和长输管线等的裂纹扩展分析。就CTOA断裂准则的发展、标准化和应用等方面进行了简要综述,指出CTOA测量和应用中存在的主要问题和影响因素,并对未来的研究方向进行了展望。

基于CTOAc评估结构断裂特性的方法研究

介绍了一种基于临界裂纹尖端张开角(CTOAc)评估破损结构延性断裂特性的方法。引入了评估裂纹稳态扩展和止裂的CTOA准则,介绍了CTOAc的试验测定方法,重点推荐准静态的方法。通过对两类典型M(T)试件进行有限元分析,应用应力失效准则及节点力释放技术模拟了结构的裂纹扩展过程,得到了对应裂纹长度的CTOA值。结果表明,CTOA是模拟延性断裂的一个重要表征参数,CTOA准则在高韧性的航空铝合金结构中具有广泛的适用性和广阔的应用前景。

裂纹尖端张开角在飞机金属薄壁结构中的应用

本文回顾了裂纹尖端张开角(Crack Tip Opening Angle,CTOA)在飞机金属薄壁结构中的应用。主要回答了"为什么CTOA是一个有效的断裂参数"和"CTOA怎样估算工程结构的断裂过程"这两个问题。韧性断裂的微观机理为空洞的形核、扩展及合并过程,断裂过程区(Fracture Process Zone,FPZ)包含了上述过程。CTOA实际上是FPZ的整体表征,因此CTOA是一个有效的断裂参数。此外,CTOA准则是一个局部断裂准则,它并不关心FPZ以外区域的状态,这使得它能够估算金属薄壁结构的裂纹扩展过程。