不同尺寸楔入式紧凑拉伸试件双K断裂参数的试验测定

为提供更为充足的试验数据充实《水工混凝土断裂韧度试验规程》,同时也为研究双K断裂参数的尺寸效应问题,进一步确定进行混凝土断裂韧度试验的最小试件尺寸,方便工程技术人员的实际应用,采用一种新的试验方法即楔入式紧凑拉伸法设计了最大尺寸为1250mm×1200mm×200mm不同高度的6组共36个试件,试验研究双K断裂参数。该方法结合两种常规的楔入劈拉方法和紧凑拉伸法的优点,既消除了楔入劈拉试验中当竖向荷载与双线支承不共线时在裂缝尖端所引起的附加弯矩对双K断裂参数真实值的影响,又克服了紧凑拉伸试件对试验设备刚度要求的问题。试验中沿韧带方向布置电阻应变片,监测裂缝的起裂及扩展过程。通过对不同尺寸的楔入式紧凑拉伸试件的试验研究表明,楔入式紧凑拉伸法是一种操作简单且稳定的断裂试验方法,有望进一步补充现有的试验规程;所测定的混凝土双K断裂参数与试件的尺寸无关,可作为裂缝起裂和失稳的控制阀值来预测预报混凝土结构裂缝的发展状态。

SHTB加载紧凑拉伸试样断裂韧性测试仿真

由于动态断裂问题的复杂性,目前对动态断裂测试尚未形成标准。针对金属动态断裂测试问题,提出了一种测试紧凑拉伸(CT)试样动态断裂韧性方法,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,对改进的Hopkinson拉杆系统加载下的CT试样断裂测试过程进行了数值仿真研究。分析了CT试样中应力波的传播过程、起裂时间和应力平衡条件,说明整个加载过程能够满足一维应力波假设,验证了改进方法的可行性,同时得到CT试样在该种实验装置加载下的动态断裂韧性。

P92钢高温断裂韧性的试验

文中以P92耐热钢为研究对象,研究了不同尺寸的开侧槽和不开侧槽的紧凑拉伸试样在630°C下的断裂韧性,得到了相应的的阻力曲线及断裂韧度JQ. P92钢在高温下为典型的韧性断裂机制.基于三维有限元计算对侧槽的拘束效应进行表征,结果表明,侧槽可明显提高试样的拘束水平,试样尺寸越小,J阻力曲线差异越明显.随载荷增大,非侧槽试样的拘束变化更明显,开侧槽将导致试样阻力曲线不同.试样尺寸及结构的改变,对韧性材料的阻力曲线影响较大,而对断裂韧度值影响较小.试样开侧槽之后裂纹扩展更平齐,可优化断裂韧性试验过程.

三维应力状态下2A12试件有限变形和断裂的数值模拟

通过将改进的X-W延性金属断裂模型结合修正的Von-Mises准则嵌入ABAQUS/explicit用户材料子程序VUMAT的方式,对一系列铝合金2A12-T4试件的渐进断裂过程进行数值模拟,该模型以连续损伤力学为基础,并考虑静水压力和Lode角对损伤变量的作用。为了预测该模型的有效性并预测金属的延性断裂,对铝合金2A12-T4光滑圆棒、带缺口的棒材和紧凑拉伸试件(CT试件)进行单向拉伸试验及数值模拟。同时对比分析几何非线性和屈服准则的影响在数值仿真计算中的差异。结果表明,该断裂模型结合修正的von-Mises屈服准则可很好地预测2A12-T4试件渐进破坏试验的载荷-位移曲线及各试件的宏观断裂形貌。其中,"隧道"效应能够很好地解释CT试件处于平面应变状态的中心层和平面应力状态的表面层的抗断裂能力的差异。

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.

某台国产压水堆压力容器锻件材料断裂韧性韧脆转变的参考温度

采用紧凑拉伸C(T)试样测试了某台国产反应堆压力容器用508-Ⅲ锻件的主曲线参考温度T0。为了方便今后在热室中进行辐照材料的断裂韧性试验,专门修改了C(T)试样的前端面设计。有限元分析和采用修改、未经修改的C(T)试样的试验结果均表明,对试样的修改不会影响断裂韧性试验。发现C(T)试样测得的T0值与前期采用三点弯曲SE(B)试样确定的T0值仅相差约1℃。为此详细探讨了ASTM E1921标准第1.3和5.7条款有关试样形式对T0的影响,试验结果印证了这些条款的阐述,所测得的T0试验值接近材料的T0平均值。

用于弯曲型试样断裂韧性计算的COD转换公式精解

根据有限元精细网格计算结果,分析材料硬化及裂尖塑性变形对直通型CT试样(front force compacttension,FFCT)及三点弯曲试样(single edged notched bending,SEB)COD转换的影响。结果表明,材料硬化及裂尖塑性变形对上述两种试样的COD转换均存在影响,但影响较小,均可忽略。通过其试样变形几何关系,提出用于FFCT试样断裂韧性测试中计算J积分塑性功的裂纹嘴张开位移与加载线张开位移的弹塑性转换公式;对于SEB试样,通过对不同本构参数有限元精细网格计算结果进行耦合的方法获得COD转换公式。该文公式形式均较为简单,且与有限元结果相对误差较小,具有较高的置信度。

直流电位降法裂纹监测试验中接线点位置分析

利用有限元法研究了紧凑拉伸试样电位场分布随裂纹的变化,从灵敏度、信号幅度和测点位置误差三方面对直流电位降法应用中接线点位置的选择进行分析。结果表明,电位差测点选在试样缺口嘴部时可获得最大灵敏度;当电流输入点与电位差测点重合时信号幅度最大,但这种情况下测点位置误差会引起较大的测量误差。

改进的圆形紧凑拉伸法研究混凝土双G断裂参数

双G断裂模型是双K断裂模型的延伸和补充。采用改进的圆形紧凑拉伸法进行试验,首先验证这种新型断裂力学试验方法能否获得稳定的双G断裂参数,并将公式K=(EG)^(1/2)得到的双K断裂韧度与直接计算得到的结果相比较,进一步验证双G断裂模型和双K断裂模型在描述断裂性能方面的等效性。同时研究了两种断裂模型参数的尺寸效应。试验试件直径从150 mm到300 mm变化,共计分为4组。试验结果表明,采用改进的圆形紧凑拉伸法测得双G参数的数值较为稳定,离散性较小。双G断裂模型和双K断裂模型在描述断裂性能方面具有很高的等效性。在本文的尺寸范围内,当试件直径大于200 mm时,起裂断裂参数KiniIc和GiniIc没有明显的尺寸效应,失稳断裂参数K_(Ic)^(un)和G_(Ic)^(un)随着试件尺寸的增大而增大,但增长幅度不大。

用小尺寸R－CT试样研究核压力容器钢断裂韧性及与Charpy试样的比较

提出了一种用双边带深侧槽的小尺寸圆形紧凑拉伸试样评定核压力容器（ＲＰＶ）钢断裂韧性的单试作试验方法，给出了用该方法测定的两个厂家生产的核压力容器用Ａ５０８ＣＬ３钢的断裂韧性参数，还与Ｃｈａｒｐｙ试样的试验结果及大尺寸标准试样的试验结果进行了比较。研究结果表明：用双边带深侧槽的小尺寸Ｒ－ＣＴ试样测得的断裂韧性值比相同恻槽深度预制疲劳裂纹Ｃｈａｒｐｙ试样的测试值更接近有效断裂韧性值，所以，用于核压力容器断裂韧性的监测是可行的。

LY12CZ铝合金及其搅拌摩擦焊接头断裂性能试验研究

结合多年断裂韧性测试试验的经验,研究了较薄板材C(T)试验件测定KR曲线和断裂韧性的注意事项。通过试验测定了LY12CZ铝合金及其搅拌摩擦焊接接头的KR曲线和断裂韧性,并通过金相显微镜对焊接接头的显微组织进行了观察。试验结果表明,由于焊缝中心处的致密再结晶微观组织,搅拌摩擦焊接接头的断裂韧性明显高于母材,且裂纹垂直于板材轧制方向的母材和焊接接头试验件,断裂韧性均高于裂纹平行于板材轧制方向的试验件。此外,试验结果表明C(T)试验件的断裂韧性值与面内尺寸有关,尺寸越大,断裂韧性值越高。

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.

双材料CT试样焊缝界面裂纹蠕变断裂参量C^＊的工程估算

针对双材料紧凑拉伸(CT)试样,提出了加权平均蠕变断裂参量C*的概念,即双材料CT试样的C*总是可以由其母材和焊材构成的均质CT试样C*的加权平均计算而得。以此为基础,依据ASTM E1457标准,提出了一个双材料CT试样蠕变断裂参量C*的工程估算式。最后,利用ABAQUS软件,对非匹配CT试样的焊缝界面裂纹蠕变断裂参量进行了有限元分析计算,并通过实例验证了该工程估算方法的适用性。

超高强铝合金紧凑拉伸法断裂韧性测试方法探讨

采用紧凑拉伸法对Al-9.5Zn-2.3Mg-1.8Cu-0.11Zr超高强铝合金的断裂韧性进行测试,探讨其测试方法及数据处理方法。结果表明,建立的疲劳裂纹预置前实验负载估算公式能减小试验工作量,有实际应用价值;与传统的三线平均法相比,紧凑拉伸后等效疲劳裂纹长度确定的积分法得到的条件断裂韧性值更为合理。

裂纹扩展试验中Johnson公式适用性研究

为了探讨实际应用中Johnson公式的描述电位差和裂纹长度关系适用性,利用有限元软件研究了有限长中心裂纹试样和紧凑拉伸试样电位场分布随裂纹扩展的变化规律,定量分析了Johnson公式应用时的误差影响因素。结果表明,试样长宽比和电流加载点位置是影响Johnson公式适用性的主要因素。对于紧凑拉伸试样,直接应用Johnson公式误差较大,但利用有限元分析结果修正之后可以得到较好的精度。

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。

混凝土紧凑拉伸试样断裂稳定性分析

试样裂纹扩展的稳定性对断裂韧度的测试具有重要影响，尤其是对尺寸较大的混凝土试样。本文根据裂纹扩展稳定性因子，分析紧凑拉伸试样裂纹扩展的稳定性及混凝土试样尺寸大型化对裂纹扩展稳定性的影响。

304不锈钢紧凑拉伸裂尖应力强度因子有限元分析

304不锈钢结构在工程应用中经常发生疲劳断裂.利用有限元数值模拟方法对304不锈钢制成的紧凑拉伸试样进行二维分析,通过J积分计算应力强度因子.使问题满足平面应力条件,通过对数据处理,分析载荷大小和裂纹长度对应力强度因子的影响.把有限元计算的结果和经验公式对比,分析误差及有限元方法的可行性.

改进Hopkinson拉杆加载CT试样断裂数值模拟

为研究紧凑拉伸(CT)试样的动态断裂性能,将分离式Hopkinson拉杆进行了改进,在入射杆与透射杆的加载端设计了一种夹持装置,实现了CT试样的动态断裂测试.采用ANSYS/LS-DYNA数值分析程序,对拉伸应力波加载下,基于改进后Hopkinson拉杆系统的CT试样动态断裂测试过程进行了数值模拟研究,得出CT试样的动态断裂响应,计算了表征其动态断裂韧性的相关参量.结果表明,试样中应力分布由非对称状态经约80μs达到对称分布状态,此后试样应力分布云图对称,两端加载点载荷相等,试样达到应力平衡状态,满足了Hopkinson杆断裂韧性测试要求,并讨论了夹头截面突变与销钉直径对应力波传播和试样应力平衡的影响,为后续Hopkinson拉杆装置继续改进与CT试样动态断裂测试提供了依据.

紧凑拉伸试样加载点位移研究

针对现有理论计算模型中存在的不足,通过实验研究,测得了标准紧凑拉伸试样加载点载荷-位移曲线.同时利用ANSYS结构分析软件建立了试样的有限元模型,计算了试样在不同载荷作用下的加载点位移,得到与实验相一致的结果.以此实验和数值计算结果修正了理论计算公式,提出了适于紧凑拉伸试样应力强度因子计算的加载点位移经验公式,为材料动态断裂韧性的研究提供了依据.