含切口的压电准晶组合结构界面断裂分析的辛-等几何耦合方法

发展了一种适用于含有切口的压电准晶/压电晶体/弹性体三材料组合结构界面断裂问题的高精度的半数值半解析方法.首先,通过引入Hamilton体系建立了三材料组合结构的Hamilton对偶方程,将原问题在传统Lagrange体系下的高阶偏微分控制方程转化为低阶常微分方程组.其次,通过分离变量法求解问题对应的辛本征值和本征解,将各物理场变量利用辛级数展开形式表示.最后,将辛级数与等几何分析方法相结合,获得了辛-等几何耦合列式,直接求得切口尖端附近奇异物理场及其强度因子的解析表达式.

断裂相场法在材料失效分析中的应用:界面断裂的超剪切转变

Ⅱ型裂纹界面断裂速率可以超越材料的剪切波速已经在理论和实验中被证明,这种界面断裂的跨声速转变被普遍认为受“Burridge-Andrews”机制(也称“子-母”裂纹机制)控制。然而,对于这种跨声速转变机制,子裂纹的直接证据很少被报道,甚至有些报道中并没有在裂纹跨声速转变过程中观察到子裂纹。近期,中国科学技术大学李良彬教授课题组开展了Ⅱ型裂纹界面跨声速转变的数值模拟研究,“子-母”裂纹扩展过程首次在相场断裂模拟中被重现。他们的工作揭示了一个跨声速裂纹发生的临界预应力水平值,并提出了子裂纹出现的定量化预测准则。

混凝土-岩石界面断裂试验研究进展

对于建在岩基上的混凝土结构,混凝土/岩石界面是影响结构强度和稳定的薄弱环节,界面含有的裂纹缺陷在复杂荷载条件下可能扩展,从而导致工程结构的损伤破坏。开展混凝土/岩石界面的断裂试验研究,确定其断裂参数和断裂性能,对提高结构的稳定性和耐久性具有重要意义。虽然关于混凝土和岩石的断裂均已有较多的试验研究,但针对两者之间界面断裂特性的研究尚处于起步阶段。对混凝土/岩石界面在静态和动态荷载作用下的断裂试验研究进行了综述。介绍了相关的试验方法和试验装置,分析了混凝土/岩石界面在静态和动态荷载作用下的断裂参数和裂纹扩展过程,并探讨了其在动态荷载作用下的应变率效应。

金属基陶瓷涂层弹性模量和界面断裂韧度

对双面涂层三点弯曲试验方法进行了改进(两面涂层不必等厚度),基于该理论对一种铁基陶瓷涂层进行了试验研究,并与单面涂层的三点弯曲试验结果进行了比较。结果表明,随涂层厚度的增大,弹性模量增大。分析认为,一方面涂层越厚,测量精度越高;另一方面涂层厚度增大,孔隙率降低,使得弹性模量增大。研究发现涂层弹性模量与喷涂方向有关,呈现了各向异性的特性。文中还介绍了测量涂层/基体界面断裂韧度的研究进展,着重介绍了测量界面临界应变能量释放率的四点弯曲试验、改进的拉伸试验方法以及采用威布尔应力评价界面强度的局部法。

高温合金氧化膜破坏的界面断裂力学分析

依据双材料模型分析高温合金氧化膜的应力状态,确定了氧化膜弯曲剥落的最大挠度与氧化膜压应力间关系.利用界面断裂力学理论,建立了高温合金氧化膜剥落的弯曲图.镍基高温合金氧化表面剥落的Al2O3氧化膜,在界面粗糙度参数λ为0.3-0.4,临界弯曲指数Ⅱc为1和临界粘附性指数Σc为1.15时,弯曲剥落特性与实验结果相符.高温合金氧化膜的弯曲图合理解释了氧化膜的弯曲剥落过程.

半固态连接不锈钢-铝合金界面断裂性能分析

采用半固态连接技术制备了不锈钢-铝合金双金属材料,参照ASTM-E813标准,对这种双金属材料界面断裂行为进行了试验及数值分析,以KIC为评价指标,对不锈钢-半固态铝合金界面与铝合金基体的断裂韧性进行了比较。研究结果表明:采用三点弯曲实验方法,可以显著降低界面裂纹尖端的复杂应力水平;半固态连接不锈钢-半固态铝合金界面断裂为典型的脆性断裂,界面临界断裂韧性略低于基体铝合金的断裂韧性。

任意裂纹面荷载作用下界面断裂分析

为研究裂纹面上作用的荷载对裂纹稳定性的影响,本文基于比例边界有限元方法提出裂纹面作用有任意方向、任意大小面荷载的界面应力强度因子求解模型.界面裂纹具有复数形式的应力奇异性指数,在任意裂纹面荷载作用下其奇异应力场更为复杂.应用本模型,径向的位移和应力可解析求解,无需网格细分即可自动反映裂尖的应力奇异性.裂纹面上的任意荷载首先可分解成平行于裂纹面以及垂直于裂纹面的分量,并进一步分解成有限项幂函数的和.对每个幂函数荷载解析求解,基于线性叠加原理获得结构在全部荷载作用下的解.该模型对各向同性材料和各向异性材料均适用.文中通过板承受裂缝面荷载时的应力强度因子求解的多个算例对该模型进行了验证和应用,对板的几何尺寸和双材料参数进行了敏感性分析,并应用于重力坝坝踵界面裂缝在水压力作用下的应力强度因子求解.

瓷修复体界面断裂行为的模拟实验研究

本文利用云纹干涉法和云纹干涉一有限元混合法,对瓷修复体的模拟双材料模型界面断裂问题进行了实验研究。用云纹干涉和数字错位云纹干涉法测量带边裂纹的双材料四点简支梁在剪切作用下界面表面的剪应变分布及界面两侧局部表面的位移场,实验表明,由于界面两侧材料力学性质不同,表现出界面剪切断裂问题的非称性和裂尖附近复合型断裂的特点;用云纹干涉法和有限元法相结合的混合法对粘接界面角点应力奇异性进行研究,并对角点附近应力应变场作了分析,得到了应力奇异指数与边界楔角、载荷的关系,证明了用界面应力强度因子K_f来描述界面端部区域应力分布的公式,并得到了双材料界面端部区域的应力应变分布悄况。本文的实验结果为进一步研究日腔金瓷修复体界面的优化设计提供了基础,同时也说明云纹干涉法对于双材料界面断裂行为的研究是有效的。

混凝土与环氧树脂粘结界面断裂性能试验研究

采用楔入劈拉试件研究环氧树脂与混凝土粘结界面的断裂性能,并引入双K断裂模型计算得到界面起裂断裂韧度与失稳断裂韧度。分析了光滑粘结面与自然断开面两种粘结界面情况下,界面破坏模式变化及界面断裂韧度的差异。界面起裂断裂韧度的提高能有效推迟裂缝的再次开裂,建议将界面起裂断裂韧度值作为注胶修复效果的参数。通过双材料界面断裂力学从理论上计算得到界面起裂韧度,并与试验值进行比较,与试验结果比较吻合。

橡胶-钢粘接界面断裂问题非线性有限元分析

为解决橡胶-钢粘接界面断裂非线性有限元计算问题,建立了含初始裂纹的橡胶-钢粘接复合结构有限元模型;用张开位移作为裂纹开裂的判定参数并模拟了裂纹的扩展,计算值与试验值的对比证明了该方法的可行性;计算了开裂前粘接界面的层间应力,分析了开裂前裂纹前沿和沿裂纹扩展方向的层间应力变化情况;用断裂力学中的柔度法计算橡胶-钢复合结构的能量释放率,计算并分析了能量释放率沿裂纹扩展方向的变化情况,并与实验结果进行了对比验证,结果证明:该方法是可行的。

氮化硅/铝扩散连接结构的界面断裂特征

在真空不低于 1 5× 1 0 -3 Pa ,温度为 6 0 0℃ ,压强为 30MPa,保温 2h的条件下进行了Si3 N4 /Al的扩散连接。微观分析表明 ,连接的Si3 N4 /Al的界面两侧存在Si和Al原子有限的相互扩散。界面断裂力学实验证实 ,Si3 N4

界面断裂

本文分析了复合材料的界面断裂问题，阐述了有关界面裂纹的基本概念，并对界面裂纹的力学模型进行了比较和归纳，最后讨论了用断裂力学参量Ｇ＿ｃ和Ｋ＿ｃ评估界面结合强度的有效性及一般原则。

双材料界面断裂韧性的测定方法

本文基于界面断裂力学理论 ,以界面的断裂能和混合度为基本细观参数 ,揭示了界面断裂韧性随断裂混合度的变化规律 ,综述了双材料界面纯Ⅰ型断裂韧性的测定方法 。

用界面断裂力学方法分析碾压混凝土坝的层间断裂问题

碾压混凝土坝是一种成层结构体，其新老碾压混凝土层之间的界面是难以消除的（尽管适当的施工方法可以使该界面变得难以辨认）．目前常用的把碾压混凝土坝按照均质各向异性体来处理的方法，由于低估了界面对结构破坏方式的影响，难以真实地反映碾压混凝土坝的实际情况．为此，对界面断裂理论进行了分析评价，并详细介绍了与这一理论相关的试验结果，根据界面断裂理论，得到了碾压混凝土坝一般将沿界面破坏的结论，以此为基础，提出了碾压混凝土坝稳定分析方法．

Ni/Fe低压等离子喷涂界面微结构及界面断裂的研究

采用透射电镜 (TEM)、X射线能量散射谱 (EDS)等方法研究了Ni Fe低压等离子喷涂界面的微结构特征。试验结果表明 :Ni Fe试样界面结合良好 ,界面层为晶态Fe和Ni的氧化物 ,上面弥散分布着纳米尺寸的 (Fe ,Ni)金属间化合物相 ,界面区存在明显的元素扩散。本文对Ni

力电冲击荷载下PZT/复合材料梁界面断裂分析

基于非线性有限元方法,对力电冲击荷载作用下PZT/复合材料梁界面断裂进行了研究.通过虚裂纹闭合技术计算了界面裂纹前缘的能量释放率随时间变化的响应曲线,并且采用接触单元防止PZT片和界面裂纹分层前缘的复合材料发生穿透,然后通过比较证明了该求解方法的有效性,最后通过典型算例讨论了压电效应、界面接触、电压、铺层角度和压电材料阻尼对界面动态能量释放率的影响.研究方法和结论对动态工况下PZT/复合材料界面止裂设计具有一定的参考价值.

恶劣环境作用下FRP-混凝土界面断裂能的概率分布

根据高温干湿循环、冻融循环、海水浸泡、湿热及热水5种环境作用下FRP-混凝土界面的试验数据,计算了相应的FRP-混凝土界面断裂能,并采用S-W检验、K-S检验、C-M检验、A-D检验及χ2检验分析了各恶劣环境作用下界面断裂能的概率分布。结果表明:同一种恶劣环境作用下的界面断裂能可能服从多种概率分布;高温干湿交替、海水浸泡、湿热环境及热水作用下FRP-混凝土界面断裂能的最优分布均为对数正态分布,冻融循环作用下FRP-混凝土界面断裂能的最优分布为正态分布,它们可作为FRP-混凝土界面耐久性的可靠性分析依据;结构设计时,不能将不同环境作用下界面断裂能的概率分布假设为同一种,因为它们具有较大的区别;选用检验方法时需要综合考虑各个因素,否则可能会影响概率分布的判别结果。

复合材料界面断裂的光弹性研究

使用了光弹性方法初步研究了复合材料的界面断裂规律 ,观察了裂纹沿界面的扩展过程 ,界面的应力分布 ,并结合断裂力学方法计算了复合材料界面的脱粘强度。实验现象揭示了当裂纹扩展到界面附近时 ,若基体和增强项的强度都大于界面结合强度 ,裂纹前端的应力首先通过界面脱粘而释放掉一部分 ,裂纹越过基体先沿着界面扩展 。

Ag-Cu/Ti纳米双层膜体系界面断裂韧性测试

用单边缺口三点弯曲法和双悬臂梁法分别测试了Ag-Cu/Ti纳米双层膜及Ti单层膜复合体系的界面断裂韧性KIC 及界面断裂能GIC.结果表明 ,KIC 对界面缺陷较为敏感 ,且用这两种方法测试的GIC 在数值上较为接近 .

基于不同动载的BFRP-混凝土界面断裂能研究

在不同动态荷载作用下,玄武岩纤维布(BFRP)与混凝土界面的断裂能与静态加载时不同。开展4种不同加载速率(0.07,0.7,7,70mm/s)、5种不同初始静载(0,30%,50%,80%,100%)和3种动态循环速率(0.23,2.3,23k N/s)的动态往复加载下双剪试验,研究界面断裂能变化规律。结果表明:随着加载速率的提高,界面断裂能提高;界面断裂能与加载速率比值的对数呈线性变化关系。随着初始静载比例的提高,动载作用历史减少,界面断裂能降低;界面断裂能与初始静载比例呈线性变化关系;随着动态循环速率的提高,界面断裂能呈现先增加后减少的趋势;一定范围内的动载提高界面的耗能能力。分析试验数据进行数值拟合提出了不同加载速率下的界面断裂能计算模型和不同初始静载下的界面断裂能计算模型。