Effect of three dimensional stress state on unstable fracture condition and crack opening level in a new crack growth model

A new model for the analysis of fatigue crack growth in the metal structures was proposed. This model shows a promising capability of explaining various fatigue phenomena. The new crack growth model is further completed by a continuous empirical formula for estimating the value of variable fracture toughness during crack propagation and a modified continuous equation for the crack tip stress/strain constraint factor used to calculate the stress intensity factor at the opening level. The prediction results are proved to agree well with the observed phenomena in test.

一种接触式三维应变花的工作原理及其应用

在三维空间中,常规应变状态由3个正应变和3个剪应变来描述。因此,确定一点的应变状态至少需要6个应变测试元件。基于应变状态理论,设计了一种能测试混凝土、岩土等材料内部应变状态的接触式三维应变花。该测试装置的核心由6个常规应变片组成,且应变片的布置需要满足特定条件。根据任一方向上线应变与常规应变表示方法中三维应变各分量之间的关系,建立了三维应变花各测试数据与常规应变之间的转换矩阵。进一步给出了求解该问题的必要条件,并进行了误差分析。考虑施工便利性要求,着重阐明了直角式三维应变花和正四面体式三维应变花的应变片布置方式,并给出了对应的计算方法。两种三维应变花的自身测试和对某试样应变状态的测试表明,该方法可对混凝土、岩土等材料内部的三维应变状态进行测试。

非匹配焊接接头中裂纹尖端三维拘束状态分析

应用三维弹塑性有限元方法详细分析了焊接接头中裂纹尖端三维拘束状态的分布特征。结果表明 :在试样中面附近围绕Ⅰ型裂纹前缘 ,应力状态均具有明显的平面应变特征 ,而应力三轴度 (Rσ)仅在韧带附近为最大。匹配参数M、尺寸因素 (h a、B、a w)及加载方式 (CCP、TPB、SEC)均会对试样内部的应力三轴度产生显著影响 ,其中匹配程度是导致高、低匹配裂纹端三轴应力拘束变化不同的主要因素。平面应变状态不能保证裂纹尖端具有较高的三向拉应力拘束强度 ,平面应变参量 β仅表示三维应力状态趋于平面应变的程度大小 ,而应力三轴度参量Rσ 确实描述了三向拉应力状态的严重程度。对于给定试样形式 ,裂纹张开位移CTOD相等不能保证三维裂纹端存在相似的三轴应力状态 。

单轴压缩条件下岩体内部蠕变特性试验研究

基于岩体相似匹配特性,采用铁晶砂胶结岩土相似材料制作正方体似砂岩试块,试验前把改进的三维直角式接触应变花预埋进试块内部,接着在岩石蠕变仪上进行岩体相似模拟试块的蠕变试验。通过分析试块内部应变的测量结果,得出岩体内部某点蠕变变形的三维应变状态矩阵,通过假定试块中心点O为空间直角坐标系原点(0,0,0),α角为射线OA在xOy平面上投影与x轴的夹角,β角为射线OA在yOz平面上投影与z轴的夹角,用点O(0,0,0)、α角、β角便可以确定射线OA的三维空间位置。接着利用三维应变矩阵反算任意时刻OA方向应变值达到最大时所对应的α、β角度就可以表征岩体内部的蠕变特征。计算结果表明:α、β角度值和最大应变值在低荷载阶段均呈稳定发展;在高荷载阶段,当隐性裂纹产生时,α、β角度值和最大应变值在同一时刻发生突变且角度值和应变值的突变方向相反。

16MnR轴对称三维应力状态下高温低周疲劳寿命评价

通过对 1 6MnR带缺口的圆柱试样的轴对称三维应力状态下高温低周疲劳试验 ,并应用NHRDS有限元程序进行了缺口附近轴对称问题的循环应力、应变分析计算 ,得出了各试样危险点的应力、应变分量值和当量应力、当量应变值。基于当量概念这一基本准则 ,分析材料疲劳过程的能量损耗 ,利用当量塑性应变能密度评价了该材料轴对称三维应力状态下不同应变速率下的疲劳寿命 ,并在此基础上分析了应变速率对疲劳寿命的影响。试验结果表明 ,该材料轴对称三维应力状态下高温低周疲劳寿命用当量塑性应变能密度来表征是可行的 ,应变速率对疲劳寿命的影响可以通过将疲劳寿命评价公式中的材料常数用应变速率的函数来表示的方法得以定量的体现。

混凝土准一维应变压缩特性实验研究

针对混凝土大变形压缩条件下的力学特性,设计了混凝土被动围压准一维应变压缩实验装置,研究了混凝土中骨料尺寸、添加剂以及抗压强度等对混凝土大变形特性的影响.从宏观的角度定性讨论了骨料粒径、强度等对混凝土大变形影响的原因.通过对实验数据回归分析,给出了大变形条件下C30混凝土的应力应变关系式.

三维应力状态下粗粒料强度特性试验研究

粗粒料所处的应力状态具有随时间和空间而变的特点,往往处于较复杂的三维应力状态下。通过粗粒料大型真三轴各向等压固结等比例加载试验,研究了不同中主应力系数条件下粗粒料的强度特性。试验结果表明:中主应力对粗粒料的强度有重要影响,三维应力状态下,粗粒料的强度比常规三轴应力状态下有较大提高,大小主应力之差与大主应变关系曲线也更加陡峭;中主应力系数b从0增大到0.25时,破坏时大小主应力之差增加了39%~50%;摩尔–库仑强度参数咬合力c和内摩擦角?均随着中主应力系数b的增大而增大,其中咬合力c的增长较为显著,特别是b从0增大到0.25时;相同小主应力条件下,b=0时,破坏偏应力与球应力之比最小,b=0.25时,破坏应力比达到最大值,随着b的增大破坏应力比又有所减小;相同中主应力系数条件下,随着小主应力的增大,破坏应力比逐渐减小。

中国西南地区挽近期地壳构造应力场的演化历史及成因机制

在印度、欧亚两大板块相互碰撞推挤的特定地球动力学环境条件下 ,自新生代以来中国西南地区构造应力场的发展演变总体上经历了五个阶段 ,地壳岩体的应力—形变作用呈现出三个不同的发展阶段。

裂隙较发育岩体的地应力测量与研究

为了解决裂隙较发育岩体在常规地应力测试方法下难度较大、成功率较低的问题,分析研究了各种地应力测试方法在裂隙较发育岩体中的适用性。结果表明:钻孔孔底应变解除法可用于节理裂隙较为发育岩体的地应力测量,并在某水电站坝基柱状节理岩体中得到应用;采用该方法成功获得某水电站坝基柱状节理岩体的平面应力状态,并对3个不同方位的钻孔测试获得三维应力状态;通过坐标转换至各个钻孔坐标系下的应力结果与单孔孔底应力测试结果较为接近,不同方法的测试结果得到互相验证。故钻孔孔底应变解除法能较好地适用于诸如柱状节理等裂隙较发育岩体的地应力测量与研究之中,可供类似工程参考使用。

复杂构件应变状态测量的三维DIC技术

电阻应变测量技术(电测法)是一种单点应变测量技术,在复杂构件表面应力梯度较大点的应力状态测量时,需事先分析测点位置,并准确黏贴应变花,这使测量过程比较复杂。而三维数字图像相关(三维DIC)具有非接触、全场测量的优点,可测得构件待测表面的应变场,直观判断出待测点的位置及其应变状态。基于一偏心构件的拉伸试验,比较了三维DIC与电测法及有限元分析方法的应变状态测量结果。结果表明,虽然三维DIC应变状态测量精度不如电测法,但仍能给出较为准确的结果,且具有电测法不具有的独特优势,因此非常适用于复杂构件应力梯度较大点的应变状态测量中。

粗粒料三维应力状态强度准则研究

中主应力对粗粒料强度有重要影响,而强度研究中常用的大型三轴试验不能考虑中主应力对粗粒料强度的影响。通过大型真三轴各向等压固结等比例加载试验,研究了三维应力状态下粗粒料的强度特性。试验结果表明:随着中主应力系数b的增大,粗粒料大小主应力之差的峰值也逐渐增大,特别是中主应力系数从0增大到0.25时,大小主应力之差的峰值的增大幅度较大,增加了近50%。Lade-Duncan准则较好地描述了粗粒料内摩擦角的变化趋势,不过高估了内摩擦角;SMP准则较好地反映了中主应力系数从0增大到0.25时的内摩擦角的数值大小,但中主应力系数>0.25之后,SMP准则计算的内摩擦角基本随着b的增大而减小,低估了粗粒料的内摩擦角。提出采用的Lade-Duncan准则与SMP准则相结合的单参数复合强度准则,较好地反映了粗粒料强度的数值大小和变化趋势。提出的强度准则在三维主应力空间呈三角锥曲面族形状,轴对称应力状态下的内摩擦角越小,强度越小,三角锥曲面越小,锥角越浑圆,越接近于圆形,而内摩擦角越大,强度越大,三角锥曲面越大,锥角越尖锐,越接近于正三角形。

应力对3-1-3 GeP3纳米器件电输运性质的调控

为避免2维材料与金属导线之间的接触电阻,构建了以呈金属特性的3层GeP3为导线和以呈半导体特性的单层GeP3为中心散射区的3-1-3 GeP3纳米器件,并用密度泛函理论和非平衡格林函数近似相结合的第一性原理方法,计算了该器件的电输运特性及应力对输运性质的影响。结果表明,应力可以显著调节器件在费密面处的态密度,从而控制器件的透射因数和I-V特性;当中心散射区的单层GeP3的线应变大于6%时,扶手椅型3-1-3 GeP3器件将从导通状态转为非导通状态,在偏压为-0.2~0.2 V时,电流近似为零;不同层数的相同材料可以构成低欧姆接触、无失配的纳米器件,应力可以有效调节纳米器件的电输运特性。

GaN HFET研究的最新进展

综述了GaNHFET研究中材料生长和工艺研究的新进展,介绍了器件向高频、大功率方向发展的现状及其应用前景,总结了优化器件性能和商品化问题中的二维场结构和电子态、纳米金属介质层、应变能带工程及介质势垒等重要课题。

不同钝化介质层对AlGaN/GaN异质结二维电子气密度的影响

试验用高分辨率X射线衍射仪(HRXRD)测定了不同介质层钝化后异质结势垒层AlGaN的附加应变,用范德堡霍尔效应测量法测定了不同介质层钝化后异质结二维电子气密度,发现AlN钝化层尽管给势垒层带来附加的压应变,但依然使二维电子气密度增大,借此讨论了钝化对势垒层表面态产生的影响,分析了钝化机制.

基于累积塑性应变的结构多维易损性分析

将拟力法的概念运用于能量平衡方程而提出累积塑性应变,其表示为塑性耗散能需求与耗能能力之比.塑性耗散能反映了结构在地震作用下的损伤累积效应,作为构件层次损伤指标的累积塑性应变也考虑了损伤累积效应.建立基于最大层间位移角的易损性曲线,假定一系列累积塑性应变阈值,通过易损性曲线吻合度确定与全局性能水准相对应的局部损伤状态,即累积塑性应变阈值.以累积塑性应变和峰值层加速度响应作为结构构件和非结构构件的工程需求参数,在多维易损性理论框架下建立二维性能极限状态方程和概率地震需求模型,进行易损性分析,并分别讨论加速度阈值、工程需求参数和性能极限状态相关性对易损性的影响.