周边切口试件裂纹稳态扩展过程的动力学有限元分析

建立了以实测的平均载荷 P作为试件端面的力边界条件 ;以实测的tid 和 a(t)作为运动边界条件 ,将周边切口短圆柱试件简化为左右对称且轴对称的精细有限元模型 ;成功地、较真实地模拟了冲击加载下裂纹稳态扩展的运动过程 ;进一步论证了在起裂时的围道 ^J(t)积分和裂纹稳态扩展时修正的围道 ^J(t)积分在裂尖稍远处是守恒的 ;计算得到的阻力曲线与试件尺寸无关 ;模拟了裂纹起裂及稳态扩展时的变形场和应力场的演化过程 。

切口试件的激光处理对其疲劳寿命的影响

针对切口试件根部经激光处理后，材料在光斑直径大小范围内的组织硬化，从而使试件的旋弯疲劳过程由３个阶段变为５个阶段．研究了疲劳寿命在不同应力状态下的变化过程．由Ｐａｒｉｓ公式给出了计算疲劳寿命的公式，并分析了寿命变化的原因．

大直径周边切口试件的冲击拉伸试验系统的弹塑性有限元分析

为在旋转盘式间接杆杆型冲击拉伸试验装置上更好地实施起裂止裂试验 ,对采用直径大于杆径的周边切口试件的动态断裂试验系统进行了弹塑性有限元动力学分析 .结果表明 ,尽管试件端面的应力场和位移场是非均匀的 ,但对于深裂纹大直径试件 ,围道J积分仍是守恒的 ,J积分仍可作为裂纹尖端的表征参量 ,且Rice远场J积分公式仍可推广应用 ,但必须对由一维试验原理所得到的试件两端的平均相对位移和载荷进行修正 .为此 ,提出了一种有效的相应修正方法 。

切口节点疲劳试验及损伤演化仿真研究

针对经常出现切口的船体结构节点连接处这一疲劳严重部位设计了一种切口试件。采用试验和数值计算方法研究切口节点在恒幅(CA)疲劳载荷下的疲劳特性。首先进行切口试件系列疲劳试验得到典型工况下的疲劳寿命值;然后引入基于损伤力学理论建立疲劳损伤演化模型,推导模型的迭代公式,采用非线性拟合方法拟合试验数据,得到损伤演化模型的相关参数;最后采用用户子程序技术建立疲劳损伤与单元刚度耦合算法进行有限元分析并将仿真结果与试验得到的疲劳寿命进行对比。结果表明:采用损伤-刚度耦合的仿真方法的分析结果与试验结果符合较好。

CFRP-混凝土界面4ENF断裂试验研究

为了研究CFRP-混凝土的Ⅱ型和混合型断裂能量释放率(energy release rate,ERR),进行了铝板调整CFRP-混凝土4ENF断裂试验,根据Timoshenko梁(TB)模型、双参数弹性基础上的4点受弯端部切口试件(four-point bending end-notched flexure specimen,4ENF)柔度模型和多亚层柔性节点模型的J积分方法求得了ERR.试验结果表明:在相同的黏接条件下,Ⅱ型或混合型断裂破坏方式有3种:(a)剥离发生在胶层-混凝土界面和界面混凝土上;(b)剥离始于胶层-混凝土界面或界面混凝土且混凝土梁发生破坏;(c)剥离发生在界面混凝土上且混凝土梁发生破坏.Ⅱ型或复合层刚度大于混凝土刚度的混合型断裂试件,可以获得较高的ERR.若复合层刚度小于混凝土层刚度,裂缝始于胶层-混凝土界面,发展到一定长度后沿界面混凝土发展,并导致混凝土发生斜拉破坏,ERR很低.通过试验表明,本4ENF可以有效地对Ⅱ型和混合型CFRP-混凝土界面断裂进行研究.

激光催裂的初步研究

利用激光可实现对预制Ｖ型切口根部一定深度层内的淬硬，从而大大提高了材料的屈服强度，降低了断裂韧性值Ｋ＿（１ｃ），减少了疲劳断裂周次；并且实现了塑性较好材料的韧性断裂到脆性断裂的转化，降低了断裂能耗，提高了断料效率和断口质量。

激光处理后的旋弯疲劳断裂机理探讨

介绍了一环形切口试件的根部经激光处理后，其疲劳断裂过程由三个阶段变为五个阶段．在高应力作用下，激光处理加速构件的疲劳断裂；在低应力作用下，激光处理延长构件的疲劳寿命．当裂纹扩展到软硬交界面时要发生二次起裂．

基于雨流计数法的高低频复合疲劳试验研究

船体固有频率与遭遇波浪频率及其倍频接近时,波浪载荷极易引起船体结构产生持续的波激振动现象,对大型船舶结构疲劳损伤的影响达到40%以上。因此,有必要针对波激振动引起的非线性垂向弯矩载荷特点,开展高低频复合工况下典型切口试件疲劳试验及累计损伤分析研究。基于非线性随机载荷的分析方法,采用闭合雨流计数法提取叠加应力历程中的多级循环载荷,并结合平均应力修正方法和疲劳极限以下SN曲线局部修正法,对叠加应力历程中小载荷的损伤效应展开研究。分析结果表明,高低频载荷叠加产生的附加损伤效应对疲劳寿命的影响显著,在恒定应力比下随平均应力的变化近似成二次函数关系。考虑到高频小载荷的叠加应力历程疲劳寿命明显降低,可以通过修正累计损伤临界值或引入应力放大因子,近似地利用线性累积损伤理论预测实际叠加应力历程的寿命范围。

切口类型变化对复合材料双切口层间剪切强度的影响规律研究

利用三维有限元模型和试验对复合材料双切口试件层间剪切强度进行了研究,通过改变双切口试件的切口类型(标准双切口、半V型切口和V型切口),对比分析切口类型变化对试件剪切面应力水平、破坏模式和剪切强度的影响,对侧面夹具为Hopkinson金属棒的半V型切口试件剪切面应力水平进行了分析。结果表明,三种切口类型的试验都不是单纯、均匀的剪切强度试验:标准双切口(DNS)试件剪切面剪应力分布不均匀,横向压应力较大,它仅能得到复合材料的表观层间剪切强度;半V型切口(0.5DVS)试件剪切面剪应力分布最不均匀,横向压应力较小,所得剪切强度偏小;V型切口(DVS)试件剪切面剪应力分布最均匀,但横向压应力较大。DNS试件和0.5DVS试件破坏模式为单纯剪切破坏,两者所测剪切强度离散性相对较小,而DVS试件破坏时初始失效点不在剪切面上,存在二次失效,所测剪切强度离散性较大。综上所述,DNS试件最适合静态层间剪切强度测试。与含Hopkinson金属棒的试件相比,改变切口类型的试件之所以不能改善剪切面的应力水平,是由输入输出区刚度偏小造成的。