平行双裂纹应力强度因子的计算方法

为了快速、方便地估算多裂纹尖端的应力强度因子,以承受均匀拉伸载荷的含平行双裂纹的有限平板模型为研究对象,提出了一种基于裂纹最大张口位移量确定平行双裂纹尖端应力强度因子的新方法.该方法以单裂纹问题中最大张口位移与应力强度因子间的函数关系为基础,考虑了平行双裂纹的垂向、纵向裂纹间距比和裂纹长度比的影响,拟合出纵向间距比为0时不同裂纹长度比下与垂向间距比相关的修正系数表达式,并进一步分析了裂纹纵向间距比对双裂纹尖端应力强度因子的影响,最终建立了平行双裂纹应力强度因子的简便方法.

平行双裂纹扩展的单键双参数近场动力学研究

针对键基近场动力学方法存在固定泊松比的限制,本文提出了单键双参数键基近场动力学模型。根据Cauchy-Born准则,在小变形条件下采用均匀应变工况,一次推导出该键基近场动力学的所有模型参数,通过薄板的连续变形和破坏实例验证了它的准确性,进而研究了薄板预制平行双裂纹的受拉破坏现象。结果表明:传统键基近场动力学模型仅适合模拟特定泊松比材料的力学行为,否则材料的位移误差较大,材料的破坏模式也可能失真;在一定条件下,平行双裂纹的纵向间距对薄板整个破坏过程产生一定的影响,随着双裂纹纵向间距的增大,裂纹起裂时刻提前,水平延伸长度逐渐减小,裂纹偏移角度、贯通间距和贯通时刻却随之增大;随机细小裂纹的分布在一定程度上会抑制某一主裂纹在单侧或两侧的扩展,导致薄板的破坏形态发生了显著改变。该模型具有传统单键单参数键基近场动力学模型的简便性,同时拓展了它的泊松比适用范围。

Peridynamic含初始缺陷中心平行双裂纹扩展分析

为了更好地模拟裂纹扩展行为,一种基于非局部理论——近场动力学被提出,PD采用积分的方法避免了传统方法存在的问题,并采用相邻质点间距离和临界延伸率sc的变化来描述物体受力变化规律,更好地模拟了裂纹扩展及多裂纹融合。本文基于PD模拟了没有缺陷不同间距的中心平行双裂纹扩展路径,然后采用降低质点间键的强度,模拟了含随机分布初始缺陷(气孔,夹杂,未熔合)的中心平行双裂纹扩展路径。得到了初始缺陷对不同纵向间距中心平行双裂纹扩展融合及背离路径的影响规律。

冲击荷载作用下泊松比对脆性材料破坏影响的近场动力学分析

键基近场动力学(Peridynamic,PD)方法已证实能模拟固体材料中裂纹自发地萌生和扩展,但存在特定泊松比的限制。提出了单键双参数键基PD模型,它继承了传统键基PD简单性、稳定性等特点,并拓展了泊松比的适用范围。通过变形的静力定量计算、冲击荷载作用下Kalthoff-Winkler试验等裂纹扩展过程的模拟,验证了该模型。进一步就平行双裂纹薄板的冲击破坏现象,研究了泊松比对其破坏的影响。结果表明:冲击荷载一定时,材料泊松比的增大,会导致薄板起裂提前,其抗冲击破坏能力变弱,同时泊松比改变破坏路径致使薄板贯通延迟,破坏总时间延长,贯通速度降低;冲击荷载较大时,泊松比的变化会对平行双裂纹脆性薄板的裂纹扩展路径产生明显影响。