通过裂纹开口位移(CMOD)对J积分预测的方法研究

讨论推导J积分和裂纹开口位移(CMOD)的关系,提出了一种通过测量裂纹开口位移(CMOD)估算J积分的方法.以三点弯曲试件冲击断裂试验为例,借助试验高速摄影机对断裂过程的记录影像提取的压头下压位移和裂纹开口位移,运用ABAQUS软件做有限元仿真分析对比,较好的说明了J积分与CMOD的存在正比关系.通过公式可以看出在材料和几何形状不变的情况下其正比关系中因子β是固定值,与远场载荷无关.应用因子β有助于用一个简单加载情况估测受力情况复杂的部件裂纹处的J积分.算例表明,因子β对于J积分的估算偏于保守,这一结论在工程实际应用中有着参考价值.

倾斜裂纹的应力分布与裂纹面开口位移的关系

由于存在裂纹的机械结构的受力方向未必与裂纹方向相垂直,有必要研究裂纹在混合型应力条件下的应力分布及位移特性,而实际机械结构的形状往往很复杂,直接测得裂尖前沿的应力分布是很困难的.为此,在应力比为零的I型循环应力下制作倾斜角度为45°的裂纹,通过测量裂纹面的开口位移,计算得到了裂尖张开方向的应力分布和滑移方向的应力分布.对实验中试件和裂纹的实际尺寸进行了有限元模拟计算.通过比较实验和模拟计算结果,分析了在混合型应力条件下影响裂纹面开口位移特性的因素.结果表明,裂纹表面的凹凸不平导致的接触会影响裂纹面(特别是裂尖处)的滑移变形;当裂纹张开方向的变形较小时,随着裂纹表面接触面积增加,裂纹滑移方向的变形阻力增大,这种影响表现得更为突出;相反,裂纹表面接触对裂纹张开方向的变形却起到了促进的作用;另外,由于压缩残余应力的作用,疲劳裂纹的张开位移受到制约.

平板表面裂纹开口位移与其深度关系的确定

无限大三维弹性体内超奇异积分方程的解析解表明,位移间断与裂纹深度具有简单的比例系数关系。文章利用有限元法,对带有表面半椭圆型裂纹的平板结构进行计算,得到表面裂纹开口位移和名义应变的比值Δu/ε,与表面裂纹深度D,之间同样具有简单的比例系数关系。该比例系数相关于边界条件。据此,文中提出一种裂纹深度估算的方法,并给出实验验证。

裂纹深度和裂纹开口位移的关系

在工程应用中,疲劳裂纹的出现有时不可避免,研究裂纹深度d和名义裂纹开口位移NCOD(normalized crack opening displacement)之间的关系十分重要。从理论公式出发,发现了裂纹深度和裂纹开口位移之间的线性关系。通过实验对这一比例关系进行了验证。利用有限元软件Ansys对6组不同的裂纹模型进行了仿真模拟。在实际问题中,用仿真或者实验的方法可以计算出裂纹深度和名义裂纹开口位移之间的比例因子α,利用这种线性关系可估算出构件上肉眼不易观察到的裂纹深度值。

混凝土裂缝扩展过程中裂尖张开口位移(CTOD)与裂缝嘴张开口位移(CMOD)的变化关系分析

裂缝尖端张开口位移(CTOD)和裂缝嘴张开口位移(CMOD)是衡量裂缝张开程度的两个指标。该文进行了楔入式紧凑拉伸混凝土断裂试验,研究了在裂缝扩展的整个过程中裂缝尖端张开口位移和裂缝嘴张开口位移之间的关系。发现,裂缝尖端张开口位移和裂缝嘴张开口位移关系曲线可以用三线性模型来描述,两个转折点与裂缝的起裂和临界失稳扩展相对应。讨论了高度对起裂时和失稳时对应的裂缝尖端张开口位移和裂缝嘴张开口位移的影响规律。根据铰链模型,给出了计算裂缝尖端张开口位移(CTOD)的计算公式,与试验结果吻合较好。

利用数字图像相关方法对功能梯度超高性能混凝土的裂纹扩展行为进行基础探究

本文采用数字图像相关法对功能梯度超高性能混凝土的力学性能和裂纹扩展进行了分析。改变纤维层厚度(0、25、50、75和100mm)以评估对功能梯度超高性能混凝土(FGUHPC)的影响。引入二次方程来评价FGUHPC的抗压强度。结果表明,当纤维层厚度为75mm时,纤维对弯曲强度的贡献最大,强度增强因子(ξ)为1.139。FGUHPC的裂纹扩展分析显示,随着纤维层厚度的增加,裂纹扩展呈增加的曲线趋势。建立了跨中竖向位移与裂缝张开位移呈线性关系,比例因子为0.549。

双参数模型法研究早龄期混凝土的断裂性能

本试验采用了RILEM推荐的"双参数模型"(TPM)(RILEM Technical Committee 89-FMT)研究了早龄期混凝土的临界应力集中因子KICs和临界裂缝尖端开口位移CTOD这两个断裂参数。试验同时采用普通混凝土和高强混凝土作为试验对象,取4根同一龄期的混凝土用于试验。试验龄期为12小时,1天,2天,3天,7天和28天。试验结果表明两参数值随水化的进行增大,相对于成熟混凝土来说,早龄期混凝土的这两个参数值比较低;在同一龄期,高强混凝生的这两个参数值要比普通混凝土的对应值高;从试验中还可以看出混凝土的断裂参数与强度有相类似的发展规律,可以作为材料的性能指标,用于表征混凝土的阻裂能力。

强度匹配对焊接管韧性断裂行为的影响

针对焊接过程中强度匹配对焊接接头断裂韧性及韧性裂纹扩展阻力曲线行为的影响,以弹塑性断裂力学理论为基础,基于细观塑性损伤模型,应用ABAQUS有限元软件,采用修正边界层(MBL)模型进行有限元模拟与分析。同时考虑加工硬化指数以及材料屈服强度等因素对断裂韧性及阻力曲线的影响。结果表明,不同屈服强度和应变硬化指数条件下,随着强度匹配系数My增加,焊接接头的断裂韧性及阻力曲线降低。

Ⅰ型边缘单裂缝的计算机模拟

对素混凝土构件以及具有钢筋强化的混凝土构件在线弹性范围内Ⅰ型边缘单一裂缝的开口进行了模拟。通过模拟发现,在混凝土材料的基体内配置钢筋,使得裂缝的开口位移明显减小。为此,分析了在素混凝土材料的基体内垂直于裂缝的不同位置配置钢筋对构件裂缝开口位移的影响。

电热熔渣焊接瑕疵于钢骨箱型柱板破裂的有限元素分析

为探讨焊接瑕疵对于钢骨箱型柱板破裂行为的影响,本文采有限元素分析,根据裂缝尖端开口位移、应力三轴度与破裂指数等行为指标,来评估柱板破裂的可能性。有限元素模型参数分析结果显示,侧垫板间隙与钢梁相对于电热熔渣焊道的偏心等参数对于箱型柱板破裂的影响较小;然而由于电热熔渣焊道的偏心,即使侧垫板与柱板间隙处的电热熔渣焊熔接线至内横隔板的一个较小的距离,也将产生较大的裂缝尖端开口位移、应力三轴度与破裂指数,因而可能造成柱板的破裂。

循环载荷作用下混凝土预制裂纹断裂特性试验研究

以改造废弃巷道作为压缩空气储能系统,研究改造后巷道混凝土衬砌在循环拉应力作用下的稳定性o利用MTS-816岩石伺服试验系统对预制切口混凝土梁在循环载荷作用下的断裂特征进行了研究。首先,进行了单调加载条件下的三点弯曲试验,获得平均破坏载荷和平均断裂韧度。然后,进行了循环载荷试验,并计算断裂韧度。研究表明:当上限载荷比为0.8,循环载荷作用下的峰值COD(裂纹开口位移)变化可分为减速扩展阶段、等速扩展阶段和加速扩展阶段;当上限载荷比小于0.8,循环载荷作用下的峰值COD经过减速扩展阶段和等速扩展阶段的发展后,进入停滞扩展阶段,COD不再增加,裂纹不再扩展;混凝土断裂韧度的衰减与循环载荷的上限载荷有关,当上限载荷比从0.6提高至0.8时,断裂韧度衰率从0.8%增加至12.7%,断裂韧度衰减显著,反之则不超过0.8%,基本无衰减。

输油管道表面裂纹初始扩展的研究

针对输油管道中检测出的表面裂纹提出了在测量沿着裂纹表面的开口方向位移分布的基础上,通过计算裂纹周围的应力分布,评价裂纹端部应力强度因子Kest的方法.通过有限元解析对不同深长比(c/a)的表面裂纹,对在各种载荷作用下的应力强度因子KFEM进行了评价.并与传统的Newman-Raju公式对同样裂纹计算的相应应力强度因子K进行了比较.其结果是KFEM与K的结果基本相同.说明了本评价方法的可靠性.通过实验研究了表面裂纹初始疲劳扩展过程中裂纹端部应力强度因子Kest,结果表明对实际输油管道中存在的表面裂纹,即使载荷、裂纹深度未知及裂纹周围有残余压缩应力存在的情况下,本文提出的应力强度因子的评价方法仍然有效.

基于DIC技术的沥青混凝土开裂特征量化研究

基于DIC 技术应用半圆弯曲试验研究沥青混凝土的断裂特性,测量如下断裂指标:裂缝开口位移(CMOD)、裂尖开口位移(CTOD)和δ25,提出更为全面的开口位移矩阵作为开裂特征量化指标,用以评价沥青混凝土断裂过程中裂缝尖端复杂的断裂特性。研究结果表明:裂缝尖端内聚力区域不一定唯一,且具有不规则和不连续等特点。位移开口矩阵为重新定义裂缝以及量化蠕变特性提供了新依据。

球扁钢疲劳裂纹扩展的实验及数值预报方法

球扁钢被广泛用于船舶和桥梁等钢结构,掌握其疲劳裂纹扩展规律对准确预报结构疲劳寿命有着重要的意义。该文基于表面裂纹名义开口位移(NCOD)的测量数据,对全尺寸船用球扁钢三维疲劳裂纹形状进行了预报;并利用二维Paris公式,采用有限元数值分析方法,对裂纹扩展过程进行了预报;最后通过船舶节点的疲劳试验,验证了该疲劳裂纹预报方法的可行性。文中提出的疲劳裂纹扩展预报方法可为球扁钢的失效判据提供参考依据。

X65QO φ457 mm×25.4 mm大口径深海海底无缝钢管的开发和应用

设计研制了生产深水油气田大口径海底管线用无缝钢管的成分要求和工艺路线。小批量试制X65QO海底管线管,试制结果表明,通过微合金成分优化(/%:0.15Mo,0.04Nb,0.09V,0.06Ti),皮尔格周轧管工艺,配合930℃淬火+670℃回火调质工艺,X65QO钢级深海海底管线管屈服强度为~500 MPa,抗拉强度为~580MPa,-30℃低温冲击功>300J,裂纹尖端开口位移(CTOD)以及焊接性能和氢致裂纹(HIC)性能较好,完全符合用户的要求。

应用双参数模型法研究早龄期混凝土的断裂特性

本实验采用了RILEM推荐的"双参数模型"(TPM)研究了早龄期混凝土的临界应力集中因子K5IC和临界裂缝尖端开口位移CTOD这两个断裂参数.试验同时采用高强混凝土和一般强度混凝土作为试验对象,至少取4根同一龄期的混凝土用于试验.试验龄期为12小时,1天,2天,3天,7天和28天.试验结果表明相对于成熟混凝土来说,早龄期混凝土的这两个参数值比较低;在同一龄期,高强混凝土的这两个参数值要比一般强度混凝土的对应值要高.

低温下含分层的复合材料层合板渗漏问题研究

针对含有横向基体裂纹与贯穿型分层的复合材料层合板,建立了一个四子域的二维力学模型,利用一阶剪切变形理论(FSDT),并结合连续性条件和边界约束条件获得拉伸载荷作用下与裂纹密度和分层长度相关的分层裂纹张开口位移(DCOD)的理论解.运用COMSOL软件进行有限元建模计算,验证了理论解的精确性.利用获得的DCOD解,通过达西定律给出了氦气通过复合材料层合结构的渗透方程,最终确定了氦气经过结构的渗漏率.同时,采用经典的热压法制备了预埋一定裂纹密度与分层长度的T700碳纤维增强体/环氧树脂基复合材料层合结构,并利用一台高真空系统进行了渗漏实验.结果表明:在渗漏率保持小于1×10-5Pa·m3/s渗漏量水平上,理论值与实验结果相符合.本模型对于分析航天低温贮箱的渗漏规律具有重要参考价值.