基于比例边界有限元法计算应力强度因子的不确定量化分析

应力强度因子是预测荷载作用下结构中裂纹产生和扩展的重要参数。半解析的比例边界有限元法结合了有限元和边界元法的优势,在裂纹尖端或存在奇异应力的区域不需要局部网格细化,可以直接提取应力强度因子。在比例边界有限元法计算应力强度因子的框架下,引入随机参数进行蒙特卡罗模拟(Monte Carlo simulation, MCS),并提出一种新颖的基于MCS的不确定量化分析。与直接的MCS不同,采用奇异值分解构造低阶的子空间,降低系统的自由度,并使用径向基函数对子空间进行近似,通过子空间的线性组合获得新的结构响应,实现基于MCS的快速不确定量化分析。考虑不同荷载状况下,结构形状参数和材料属性参数对应力强度因子的影响,使用改进的MCS计算应力强度因子的统计特征,量化不确定参数对结构的影响。最后通过若干算例验证了该算法的准确性和有效性。

有效应力强度因子幅值计算模型的验证

裂纹闭合效应在金属疲劳中有着十分重要的作用,裂纹闭合概念已经用于解释变幅载荷作用下的裂纹扩展问题,已提出了许多基于裂纹闭合概念的有效应力强度因子计算模型。黄等人在Newm an模型的基础上,提出了考虑因素更全面且便于应用的有效应力强度因子幅计算模型以及变幅载荷下工程结构疲劳寿命预测模型。为了验证该模型对不同材料的有效性和适应性,收集了一些相关的试验数据,和该模型的预测结果对比发现该模型的预测结果和试验数据符合得很好。对几种钢、铝合金和钛合金材料在不同应力比下的裂纹扩展速率数据用该模型转换成用有效应力强度因子表示的裂纹扩展速率,结果表明由有效应力强度因子幅表示的扩展速率将不同应力比下较分散的裂纹扩展率数据集中在一个很小的分散带内,同时得到了有参考价值的的一些结论。

焊接接头疲劳评定的等效应力强度因子法

等效应力强度因子 (equivalentstressintensityfactor,简称E SIF)法是近年来提出的一种新的疲劳评定方法 ,文中采用 16Mn钢的非承载角焊缝十字接头的疲劳试验结果对E SIF法的有效性进行研究 ,并分析讨论影响这种方法的有关因素。结果表明 ,采用等效应力强度因子法能对 16Mn钢非承载角焊缝十字接头的疲劳性能作出合理的评定 ,并能预测焊接接头的疲劳断裂位置 ,且该方法适合于焊态接头和较小焊趾半径的疲劳评定。等效应力强度因子法对应力集中区单元尺寸有一定的依赖性 ,对实际焊接接头的焊趾半径变化范围 (在 0 .15mm～ 0 .8mm内 ) ,选择焊趾半径与最小单元尺寸的比值 ρ/emin>1.7时 ,可以获得合理有效的等效应力强度因子ΔKⅠ 值计算结果 ;当焊接接头的焊趾半径较小 ( 0 .15mm～ 0 .40mm)时 。

有效应力强度因子范围门槛值与载荷比关系的研究(英文)

不同载荷比下的有效应力强度因子范围门槛值△Keff.th往往被看作一个常数,然而疲劳实验数据结果通常散落在一个较窄的带宽范围内,而不是所期望的一条曲线。另外,基于改进的McEvily模型对△Keff.th进行的灵敏度分析表明△Keff.th对疲劳裂纹扩展率具有重要的影响,尤其是在占有大部分疲劳裂纹扩展寿命的近门槛值区域。因此,文章认为不同应力比下的△Keff.th为变量,并且通过三个方面对△Keff.th与应力比R的关系进行了深入的研究:(a)Schmidt和Paris提出的一个关于△Keff.th的简化模型和相应的试验数据;(b)基于传统的裂纹完全闭合概念的△Keff.th试验数据;(c)基于裂纹局部闭合模型的△Keff.th,p试验数据。分析结果表明,在应力比低于临界应力比时,随着应力比的增加,有效应力强度因子范围门槛值也相应增加;而应力比高于临界应力比时,有效应力强度因子范围门槛值随应力比的增加而减小。另外,通过对试验数据的曲线拟合分析表明,Lorentz分布能很好地描述相应的试验数据。

氢致脆化区开裂模型应用于计算门楹值应力强度因子

依据氢进入裂纹尖端区促进局部塑性流动的认识，本文建议并发展了一个氢致脆化区开裂模型．

等效内力法推求二维缝端应力强度因子

1 引言求解应力强度因子主要有边界配置法和有限元法。边界配置法不能适应复杂的边界条件,通常只用来处理一些简单问题。有限元法无此缺点,因而应用较广。其所用单元可分为两类,一种是用常规单元,另一种是考虑裂缝尖端的奇异性,在缝端构造奇应变单元,与常规单元耦台求解。两类方法的共同点都是用位移来推求应力强度因子。

轴承钢的应力强度因子──门槛值研究

对工业上广泛应用的轴承钢的疲劳裂纹开裂和门槛值进行了研究，提出了该类材料门槛值的理论计算公式，考虑了应力比、应力集中、曲率半径等影响脆性开裂的主要因素，并给出了试验验证，两者非常吻合。

基于应力梯度的Ⅰ型中心裂纹应力强度因子修正方法分析

基于无限大板Ⅰ型中心裂纹尖端附近非均匀应力分布规律,提出一种考虑应力梯度影响的应力强度因子计算方法。首先,利用校正的Westergaard应力函数求解单向拉伸Ⅰ型裂纹尖端附近应力场,分析其对裂纹扩展的作用,采用应力与距离分离形式,更加凸显因距离r值的大小而引起应力发生变化的本质原因;其次,提出应力系数函数用以表征应力场的变化,考虑当相对应力系数梯度函数值变化1%时,应力梯度变化对裂纹的扩展无影响,并定义为特征距离r eff,以此范围内平均应力去修正应力强度因子K;最后,以20Cr钢为研究对象验证本文方法的正确性和可行性,结果表明:本文计算方法得到的应力强度因子为经典断裂学方法的1.22倍,主要原因是考虑了应力梯度的影响,裂纹尖端附近实际承受的应力增大,应力强度因子增大。

弯折裂纹尖端应力强度因子值的近似计算方法

工程结构中存在着大量分布不均的弯折裂纹,对结构稳定性有较大影响。为了能够简单快速地得到弯折裂纹尖端应力强度因子(K)值,应用近似方法,将弯折裂纹近似为等效直裂纹,通过计算等效直裂纹尖端K值得到弯折裂纹尖端K值。在已有近似方法 (水平投影法)的基础上,提出了三种新的近似方法,分别为:垂线投影法、中心旋转法和连线法。新提出的三种近似方法与已有近似方法对比可知:优化了得到等效直裂纹的近似过程;修正和扩大了近似计算方法的适用范围。计算弯折裂纹的主裂纹尖端K时,当主裂纹与荷载方向垂直且次裂纹与荷载所在方向的夹角小于45°时,垂线投影法为最优近似方法;但当次裂纹与荷载所在方向的夹角大于45°时,中心旋转法为最优近似方法。计算弯折裂纹的次裂纹尖端K_(Ⅰ)时,水平投影法为最优近似方法,当计算弯折裂纹的次裂纹尖端K_(Ⅱ)时,在弯折裂纹主次裂纹长度比b/a<0.3范围内,垂线投影法、中心旋转法均优于水平投影法。与水平投影法相比,连线法更适用于计算主裂纹与荷载所在方向的夹角较小情况下的K_(Ⅱ)值。

考虑修正平均等效应力强度因子的焊点缺陷疲劳寿命研究

提出了一种基于超声回波的焊点缺陷疲劳寿命预测评价方法。该方法采用模糊数学理论,基于超声回波特征获得损伤系数,然后综合考虑法向应力、剪切应力和初始缺陷的影响,将焊点缺陷在裂纹扩展路径上的修正平均等效应力强度因子作为疲劳评价的参量。通过对DP600GI材料的合格焊点、焊核过小焊点和烧穿焊点的接头进行疲劳试验,比较不同缺陷对焊接疲劳寿命的影响,得到一条修正平均等效应力强度因子与疲劳寿命的拟合曲线作为含初始缺陷的焊点疲劳寿命预测曲线,研究结果表明,该曲线能有效预测含初始缺陷的点焊接头的疲劳寿命。该方法有助于合理设计电阻点焊的缺陷容限。

碾压混凝土诱导缝等效强度和应力强度因子研究现状

碾压混凝土筑坝技术在我国已经得到了极为广泛的应用,对诱导缝的等效强度理论研究、诱导缝数值分析发展、应力强度因子等几个方面研究现状作了简要地介绍,并对其中的一些内容的发展方向作了进一步的展望。

预制疲劳裂纹应力强度因子幅对超高强度钢断裂韧度的影响

采用多试样法对D406A超高强度钢进行了准静态断裂韧度KⅠC试验,分析了不同应力强度因子幅预制疲劳裂纹对疲劳预裂纹扩展周期、疲劳预裂纹扩展速率、试样断口形貌以及最终断裂韧度试验结果的影响。结果表明:疲劳预裂纹扩展周期和扩展速率均与应力强度因子幅呈指数变化规律,断口上的疲劳裂纹间距及最终断裂韧度试验结果均随应力强度因子幅的增大而增大,在材料断裂韧度KⅠC的20%~30%选择最大应力强度因子进行KⅠC试验结果较为稳定。

基于断裂力学的正交异性钢桥面板疲劳等效应力幅分析

国内一些公路钢桥使用7~8年后,正交异性钢桥面板出现不同程度的疲劳问题。针对这些正交异性钢桥面板疲劳现象,国内外已进行了不少研究。但目前这些研究主要以疲劳试验为主,缺乏理论分析,还没有确定疲劳应力强度因子和顶板厚度与疲劳构造细节的关系等。将断裂力学理论和精细化数据模拟分析相结合,确定正交异性钢桥面板顶板与U肋焊接处的应力强度因子,明确不同顶板厚度、不同位置处的疲劳寿命和桥面板厚度与疲劳构造细节之间的关系等。

预制裂缝宽度对变尺寸圆盘试样应力强度因子的影响

为研究了预制裂缝宽度对不同尺寸圆盘试样无量纲应力强度因子的影响,采用ABAQUS有限元软件,对圆盘直径分别为40,80,100,120,200 mm,预制裂缝宽度0~2.0 mm内的直裂缝平台巴西圆盘试样进行数值分析,基于等效区域积分法标定了在裂缝长度与圆盘直径比为0.55条件下的无量纲应力强度因子。结果表明,在圆盘直径一定条件下,无量纲应力强度因子随着裂缝宽度增加而增加,最大相对误差为13.53%;随着圆盘直径增大,预制裂缝宽度带来的影响相对减弱,但最大相对误差仍然超过3%。给出了消除预制裂缝宽度影响的无量纲应力强度因子修正公式,为采用含有预制裂缝的圆盘试样准确确定岩石的断裂韧度提供理论支持。

水-岩化学作用下岩体裂纹应力强度因子的计算及分析

水化作用对裂隙岩体的影响主要来自于水压力和化学腐蚀伤两方面的作用.运用地球化学矿物-水反应的溶解动力学,考查水-岩反应化学溶液中不同时间段离子浓度的变化,从理论上探讨化学腐蚀下等效裂纹扩展的定量化分析方法,从而建立水-岩化学作用下等效裂纹扩展的计算公式并计算裂纹尖端应力强度因子.计算表明,水-岩化学作用的存在,对应力强度因子的影响明显,随着水-岩化学作用的不断发展,应力强度因子逐渐增大.

加载频率与幅值对橡胶隔震支座力学性能的影响试验研究

为了探究加载频率、幅值对橡胶隔震支座水平等效刚度、特征强度、屈服后刚度、等效阻尼比及耗能等力学性能的影响,在实验室常温(25℃左右)环境中对直径为700 mm的典型常用天然橡胶支座和铅芯橡胶支座(共4个)进行了一系列的压剪试验,其中,加载频率变化范围为0.3~0.67 Hz,加载幅值变化范围为25%~250%。考虑到试验中加载设备摩擦力与惯性力的影响,本文对实测水平力进行修正并绘制出隔震支座的真实滞回曲线。实验结果表明:支座内部温度随加载频率的增大,升温越为明显,其中在最大加载频率下,天然与铅芯支座在前三圈循环下的升温幅度分别为5.24%和29.98%;随着加载幅值从25%~250%不断增大,隔震支座水平等效刚度和屈服后刚度的最大下降幅度分别为67%和55%,特征强度的增长幅度范围为64%~188%,且天然与铅芯支座耗能约增加15~26倍;此外,铅芯支座的内部温度上升幅度和各项力学性能均明显高于天然支座,但随着加载进行,铅芯支座的特征强度出现了更为明显的刚度退化,且在前三圈循环加载中天然与铅芯支座的特征强度分别退化了3.34%和12.2%。

电子散斑和全息光弹混合方法测量透明材料的应力强度因子

全息光弹性中等和线是获得断裂力学中应力强度因子的一种有效方法.但用传统的全息光弹性方法获取等和线需暗室,要经过显影定影及再现,而且不能直接数字化使其应用受到限制.提出一种将全息光弹性与相移电子散斑干涉有机结合的方法,不但克服传统全息光弹性的不足,而且使全息光弹性实现了数字化.文中将这一方法成功应用于有预制裂纹的三点弯曲试件上,定量求得其应力强度因子KI,实验值和理论值具有相一致的结果.

夹持边界下有限大板中心孔单边裂纹应力强度因子求解

为了进行试验机夹持条件下有限大板中心孔单边裂纹扩展寿命预测,需要建立夹持边界条件下应力强度因子K的求解方法。通过对试验机夹持边界条件的分析,将夹持边界条件等效为均匀拉伸与平面内弯矩的共同作用,并使得试件端部平面内转角等于0,从而建立了求解夹持边界下中心孔单边裂纹K的等效模型。首先采用权函数法计算纯弯载荷作用下中心孔单边裂纹的K;然后应用卡氏定理计算试件端部平面内转角,以端部平面内转角等于0为约束条件,得到了附加弯矩与均布拉伸载荷的关系;由线弹性断裂力学中的叠加原理得到了基于等效模型的夹持边界条件下K的近似解;为检验本文解的合理性,采用ABAQUS软件刚化模型的端部区域来模拟夹持边界条件,计算得到夹持边界条件下典型试件几何尺寸下的中心孔单边裂纹K数值解。对比本文解与数值解发现,二者的误差在2%范围内,验证了本文解的合理性。

夹杂对I型裂纹应力强度因子影响的一般近似解

利用相变增韧理论和Eshelby等效夹杂方法,给出任意形状夹杂对I型裂纹应力强度因子影响的近似解析解.和有限元分析结果比较表明,由于引入远场应力对夹杂的作用,导出的近似解有较好的精度,适用于处理较大尺寸和具有任意形状的夹杂对I型裂纹应力强度因子的影响.

碾压混凝土拱坝诱导缝开裂的等效应力准则研究

通过多组不同削弱度的深埋椭圆裂缝、深埋矩形裂缝、穿透裂缝三种形式的碾压混凝土试件单轴拉伸试验结果,建立深埋矩形裂缝碾压混凝土试件的应力强度因子的近似解析表达式,考虑尺寸效应得到碾压混凝土材料的断裂韧度。根据碾压混凝土拱坝诱导缝构造特点,分别将矩形诱导缝简化为修正穿透裂缝模型和修正深埋椭圆裂缝模型,假定为I型开裂,考虑相邻裂缝的影响,采用虚拟裂缝模型和线弹性断裂力学相结合的方法建立裂缝失稳扩展时的亚临界扩展量和等效断裂韧度的解析表达式,应用双K断裂准则,建立碾压混凝土拱坝诱导缝开裂的等效应力准则。并将此结果应用到三维非线性应力场仿真计算中,对沙牌碾压混凝土拱坝进行非线性开裂计算分析。