基于扩展有限元法的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹扩展研究

基于扩展有限元法(XFEM)研究了Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹扩展问题.对于裂纹面间的力学行为,用内聚力模型(CZM)进行了描述.推导了引入内聚力模型后扩展有限元法的单元刚度矩阵,研究了加载方向对紧凑拉剪试件复合型裂纹扩展的影响.研究结果表明:加载方向对裂纹起裂角影响较大,试件的最大承载力随着加载角度的增大近似线性增加;同时,在不同加载角度下数值模拟得到的裂纹起裂角和力-开口位移曲线与实验结果相吻合.

改性双基推进剂高应变率Ⅱ型断裂力学行为

使用紧密剪切试件,借助霍普金森压杆、万能材料实验机和高速摄影设备,研究了改性双基推进剂材料在高应变率条件下的断裂能、断裂韧性及裂纹传播路径。实验结果表明,改性双基推进剂材料在准静态条件下表现出明显的粘弹性,而在高应变率条件下表现出脆性。通过分析计算得到了紧密剪切试件在不同应变率下剪切面应力应变关系的变化规律、裂纹传播路径,以及1 000 s-1应变率下材料的断裂能、断裂韧性等力学参数。

MCTS试件的三维有限元计算断裂分析

为了探讨三维复合型断裂问题,采用ANSYS软件对一种带有倾斜裂纹面的修正紧凑拉剪(MCTS)试件进行了三维断裂有限元分析,并应用修正的虚拟裂纹闭合积分方法(MVCCI),对三维裂纹试件的应力强度因子进行了计算.研究结果表明:该MCTS试件在I型I、I型及I+II复合型(加载角为45°)加载条件下均产生了Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ复合型断裂,实验结果与有限元分析的结果吻合.

基于紧凑拉伸剪切结构的复合型疲劳裂纹扩展研究

针对含I-II型复合裂纹的紧凑拉伸剪切(CTS)试样,研究了不同加载角度下的裂纹扩展路径及裂纹扩展寿命,通过实验数据给出了适宜于CTS试样的等效应力强度因子关系式,并基于此提出了一种新的I-II型复合裂纹扩展模型。研究表明,CTS试样的裂纹沿与加载方向近垂直的方向扩展,基于Tanaka公式的等效应力强度因子更适合于本文CTS试件的裂纹扩展寿命评估。当加载角度处于0°~45°之间时,提出的复合型裂纹扩展模型预测误差控制在5.49%之内,验证了分析模型的可行性和准确性。

CTS试样偏折裂纹应力强度因子研究（英文）

采用CTS试样研究Ⅰ/Ⅱ混合型断裂特性计算裂纹前缘应力强度因子时可采用解析公式,一旦裂纹发生扩展,解析公式便不再适用。文中采用有限元法研究紧凑拉伸剪切(CTS)试样在Ⅰ/Ⅱ平面混合型加载下的裂纹扩展行为。采用ANSYS建立CTS试样Ⅰ/Ⅱ混合型测试系统有限元模型,为模拟真实受力状态,在CTS试样—销—扇型夹具以及扇型夹具—销—U型夹具之间分别建立接触对进行接触力学分析。通过与解析公式结果进行对比验证了该数值方法的可靠性,采用最大环向应力准则(MTS),模拟了CTS试样不同加载角度下的裂纹扩展路径,获得了裂纹扩展路径中应力强度因子随裂纹长度的变化曲线,解释了裂纹扩展路径不与外载荷方向垂直的原因,并给出了CTS试样偏折裂纹应力强度因子解析公式。

碾压混凝土试件抗剪强度尺寸效应的数值模拟

碾压混凝土试件与混凝土试件一样也存在着尺寸效应。笔者采用随机骨料模型模拟碾压混凝土的细观结构,利用有限元方法数值模拟碾压混凝土试件受剪的细观损伤断裂,并重点对抗剪强度尺寸效应进行了研究。

改性双基推进剂Ⅱ型裂纹扩展数值仿真研究

为了研究改性双基推进剂在Ⅱ型断裂条件下预制裂纹的扩展,得到该材料粘弹性在动静态加载过程对应力分布和裂纹扩展路径的影响,实验引入紧密剪切试件并加以改进从而符合受力要求。分别利用分离式霍普金森压杆和万能材料试验机进行应变率在1000s^(-1)和压缩速率为2mm/min的动静态力加载实验。在ABAQUS软件中建立以上两个过程的简化二维模型,利用扩展有限元法数值计算得到了两种受力情况下模型的应力场和预制裂纹的扩展过程。最后对比试验与仿真结果发现两者的相符性非常好,这也证明了该模型建立的正确性。

应变片位置对动态应力强度因子求解的影响

为了研究应变片法在求解动态应力强度因子过程中随机误差的影响,提高求解精度,本文采用ABAQUS软件对Hopkinson拉杆加载改进的紧凑拉伸(MCTS)试样进行了数值模拟。通过对比应力强度因子渐近解与数值解之间的差异,探讨了应变片粘贴位置对动态应力强度因子求解精度的影响。结果表明,系数矩阵条件数取决于应变片位置。对于某些特定位置系数矩阵条件数可能超过500,此时应变片信号的微小随机误差会引起解的极大变化;而大部分位置系数矩阵条件数小于2,随机误差的影响不显著。此外,渐近解并非完全符合应力波加载下裂尖应变场的分布,在特定方向上2者存在30%左右的相对误差。本文的结论可以为应变片法测试材料动态断裂韧性提供依据与参考。

退火状硬铝合金平面复合型损伤、断裂的细观特征研究

本文利用紧凑试样在拉-剪复合加载下进行了断裂试验．对所研究材料的断口分析表明：在复合加载下，断裂机制为由裂端向外逐渐发展的空穴扩张与聚合，断裂角随剪切分量的增加而增加，而在接近于统剪加载下，空穴的活动几乎同时发生于断裂路径上，断裂角则随剪切分量的增加而减小．

静态渐近解在动态断裂问题中的适用性分析

应变片法等动态应力强度因子的测试方法多数基于应变场的静态渐近解,而渐近解在动态断裂问题中的应用存在局限性。本文对Hopkinson拉杆加载改进的紧凑拉伸剪切试样进行数值模拟,分析裂尖应变场数值解与渐近解的差异,指出应变片法求解动态应力强度因子的合适位置。结果表明:应变分量的数值解只在特定区域内与渐近解较好地符合,而在其他区域二者差异较大。在此区域内,基于渐近解求解动态应力强度因子所带来的误差与应变分量的误差在同一量级。对于不同的载荷工况,渐近解的适用区域不同,因此不能盲目地应用静态渐近解求解动态断裂问题,需要针对具体问题具体分析。

一种适用于非饱和粘土强度测试的脱湿固结制样方法

非饱和粘土强度测试中采用传统的击实法制备重塑土样,其试验结果通常会由于土样分层性明显、水分分布不均而与天然粘土的强度特性出入较大,甚至会得出粘聚力随土体饱和度增加而增大的错误结论。为此,基于非饱和固结原理,通过模拟自然土体的一次脱湿固结循环过程,提出了一种适用于非饱和粘土强度测试的重塑土制样方法——脱湿固结制样法,并以三峡地区粉质粘土为例,对比分析了击实重塑样、原状土样及脱湿固结样不同饱和度下的强度测试结果。结果表明,与原状土强度相差较大的击实重塑样相比,脱湿固结样不仅在强度大小上较为接近原状土,其粘聚力随饱和度变化规律也基本相似。

自密实混凝土与老混凝土粘结面的抗剪试验研究

以自密实混凝土为新混凝土,选取Z形试件作为新老混凝土粘结面抗剪性能试件和整体伴随试件.在万能压力机上进行直剪试验,对自密实混凝土与老混凝土粘结面的抗剪性能进行研究.对照前人有关普通混凝土的试验结果,比较自密实混凝土和普通混凝土与老混凝土的粘结面的抗剪性能.研究表明,具有优良工作性能的自密实混凝土与老混凝土的粘结面的抗剪承载力优于普通混凝土.

CTS试样Ⅰ/Ⅱ混合型断裂特性数值计算研究

采用CTS试样研究Ⅰ/Ⅱ混合型断裂特性计算裂纹前缘应力强度因子时可采用解析公式,一旦裂纹发生扩展,解析公式便不再适用.文中采用有限元法研究紧凑拉伸剪切(CTS)试样在Ⅰ/Ⅱ平面混合型加载下的裂纹扩展行为.采用ANSYS建立CTS试样Ⅰ/Ⅱ混合型测试系统有限元模型,为模拟真实受力状态,在CTS试样-销-扇型夹具以及扇型夹具-销-U型夹具之间分别建立接触对进行接触力学分析.通过与解析公式结果进行对比验证了该数值方法的可靠性.采用最大环向应力准则(MTS),模拟了CTS试样不同加载角度下的裂纹扩展路径,获得了裂纹扩展路径中应力强度因子随裂纹长度的变化曲线,解释了裂纹扩展路径不与外载荷方向垂直的原因.结合文中计算结果,在CTS试样Ⅰ/Ⅱ混合型裂纹扩展速率实验测得裂纹长度与寿命的关系曲线a-N的基础上,便可得到材料Ⅰ/Ⅱ型混合型裂纹扩展速率曲线.