差异沉降下的拱形门径向裂纹应力强度因子解析解研究

拱形门结构的裂纹应力强度因子是表征径向裂纹尖端应力场强弱的重要参数,但是差异沉降下拱形门结构的径向裂纹应力强度因子面临着难以模式化计算的问题。为此,本文推导了差异沉降作用下的拱形门径向裂纹应力强度因子解析解公式。首先,根据拱形门的对称性,将其分解为正、反对称状态的叠加形式,利用力法对拱形门内力分布进行分析;然后,依据内力情况采用截面法对拱形门径向裂纹截面上的应力分布沿厚度方向进行表达;最后,利用权函数法将权重函数和裂纹表面应力分布的乘积进行积分,得到差异沉降下的拱形门径向裂纹应力强度因子解析解。解析解推导结果与ANSYS数值仿真结果一致,即Ⅰ型、Ⅱ型应力强度因子对差异沉降值与径向裂纹倾角均有显著的线性响应趋势。实验结果表明,本文解析解可以准确有效地将差异沉降下的拱形门径向裂纹应力强度因子进行模式化计算,为裂纹的扩展延伸提供参考。

数字图像相关法测定岩石Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹应力强度因子

提出了一种通过数字图像相关方法测定岩石Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹尖端位置和应力强度因子的试验方法。试验通过数字图像相关方法测定裂纹尖端区域位移场数据,将位移场数据带入极坐标系下位移场方程,计算裂纹尖端位置和应力强度因子。试验结果表明:采用该方法可以准确的测定岩石Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹应力强度因子、裂纹尖端位置及裂纹扩展长度,解决了以往研究方法因不能准确测定裂纹尖端位置和扩展方向,而无法准确测定岩石应力强度因子的难题。

钛合金Ⅰ型裂纹应力强度因子测试的实验研究

采用疲劳裂纹预制机对含Ⅰ型缺口的TC4合金试件预制裂纹,通过数字图像相关方法观测试件在三点弯曲加载条件下裂纹的扩展过程及裂尖区域的位移场,将位移场数据带入裂尖位移场方程,计算裂尖位置和应力强度因子。结果表明,采用该方法可以准确测定钛合金的Ⅰ型裂纹应力强度因子、裂尖位置及裂纹扩展长度。该方法解决了以往研究中因不能准确测定裂纹尖端位置,而无法准确测定钛合金Ⅰ型裂纹应力强度因子的难题。

不同的裂纹尺寸对椭圆形裂纹应力强度因子影响的研究

针对平板椭圆形裂纹,提出了椭圆裂纹求解应力强度因子的解析解法,该方法是建立在弹性断裂理论及复变函数理论基础上的。文中针对椭圆裂纹,在具有不同的外荷载,以及不同的椭圆裂纹形状情况下,对应力强度因子进行较为全面的仿真分析。得到了应力强度因子和椭圆裂纹长短轴及所处位置,以及外荷载之间的关系变化的曲线。利用所建立的计算模型,可以非常迅速地求得不同几何参数情况下椭圆裂纹在复杂应力场中沿裂纹周边不同位置的应力强度因子。并对三种不同椭圆裂纹形状情况下的应力强度因子进行了分析和比较。

应用增广Lagrange乘子法确定裂纹应力强度因子——在RBF无网格法框架下实现

提出将增广Lagrange乘子法与RBF无网格法相结合来处理裂纹非连续性问题,从而确定裂纹应力强度因子。用径向插值基函数构造无网格形函数,基于虚裂纹扩展模式推导裂纹扩展控制方程;采用增广Lagrange乘子法处理裂纹非连续面;给出了处理裂纹非连续问题的计算列式和增广Lagrange乘子法迭代过程。通过与相关文献解比较,论证了本文方法的可靠性。

多物理场作用下身管应力场及裂纹尖端强度因子分析

采用扩展有限元法分析了残余应力场和温度场对自紧身管最高膛压部位裂纹尖端应力场及强度因子的影响。结果表明含裂纹体的身管在残余应力场影响下,裂纹尖端的应力为压应力,应力强度因子呈负值,能够抑制裂纹扩展,增强身管寿命。但随着温度的增加,裂纹内表面两端的应力强度因子值正向越来越大。

含裂纹损伤部分加筋板应力强度因子分析

基于复应力函数的解法,对含裂纹部分加筋板在拉伸载荷作用下的应力强度因子进行了分析计算.考虑了部分筋条的长度、位置以及筋条与板的相对刚度对加筋板裂纹尖端应力强度因子的影响,并基于这些结果对结构的止裂性能进行了分析.计算结果表明:对于给定的裂纹长度,随着筋条长度的增加,筋条对裂纹板的加强作用普遍提高,当筋条的长度增加到一定程度时,继续增加筋条长度对应力强度因子影响不大;提高筋条对板的相对刚度,能有效降低结构应力强度因子,提高结构的止裂能力.

界面位错的瞬态运动和界面裂纹的自相似扩展

本文首先利用Ｆｏｕｒｉｅｒ和Ｌａｐｌａｃｅ变换并结合Ｃａｇｎｉａｒｄ－ｄｅＨｏｏｐ反演方法求解了单个界面螺位错的瞬态运动问题，然后以单个位错由静止匀速运动的解作为基本解建立奇异积分方程求解了运动集中载荷作用下界面裂纹的反平面非对称自相似扩展。

裂尖具线性分布约束应力的运动裂纹模型及其解析解

以恒定速度运动的Griffith裂纹解析解为著名的Yoffe解。静止裂纹的条状屈服模型即Dugdale模型,将其推广到运动裂纹模型时发现,当裂纹运动速度跨越Rayliegh波速时,裂纹张开位移COD趋于(∞,且表现为间断。通过在裂尖引入一个约束应力区及两个速度效应函数,假设约束应力为线性分布,采用复变函数方法,求得动态应力强度因子SIF与裂纹张开位移COD的解析解。新的结果,在Rayleigh波速下裂纹张开位移连续且为有限值。给出裂纹张开位移的一些数值结果,获得了一些有意义的结论。

20CrMnTi齿轮钢疲劳裂纹扩展试验与数值模拟研究

为了研究20CrMnTi齿轮钢的疲劳裂纹扩展问题,首先,将材料20CrMnTi制成紧凑拉伸试样,在疲劳拉伸试验机上进行载荷比R=0.3的疲劳裂纹扩展试验;然后,应用数值模拟软件Abaqus对疲劳裂纹扩展过程进行数值模拟。结果表明,数值模拟结果和试验结果具有相同的变化趋势,二者的差别在误差允许范围内;数值模拟方法能够很好地描述紧凑拉伸试样疲劳裂纹扩展过程。为20CrMnTi齿轮钢疲劳裂纹扩展过程及疲劳寿命的研究提供了一种有效的试验和模拟分析方法。

线弹性断裂力学方法评定焊接接头根部的疲劳强度

本文用线弹性断裂力学方法评定了焊接接头根部的疲劳强度。论述了材料的疲劳裂纹扩展阻力。

基于数字散斑相关方法测定Ⅰ型裂纹应力强度因子

提出了一种通过数字散斑相关方法测定金属材料Ⅰ型裂纹尖端位置和应力强度因子的实验方法。实验采用疲劳试验机对含Ⅰ型缺口的Cr12MoV钢试件预制裂纹,通过数字散斑相关方法测试试件在三点弯曲加载条件下裂纹的扩展过程及裂尖区域的位移场。将位移场数据代入裂尖位移场方程组,采用牛顿-拉普森方法求解含未知参量的裂尖非线性位移场方程组,计算裂尖位置和应力强度因子。实验结果表明,采用该方法可以准确地测定金属材料Ⅰ型裂纹应力强度因子、裂尖位置及裂纹扩展长度,解决了以往研究中因不能准确测定裂纹尖端位置,而无法准确计算Ⅰ型裂纹裂尖断裂参数的难题,揭示了金属材料裂纹扩展过程中应力强度因子演化特征。

基于断裂力学的超高压反应器疲劳寿命校核

针对超高压设备设计特性及失效模式,依据ASME相关标准,基于断裂力学基本理论,对有缺陷超高压反应器进行高周疲劳寿命分析计算,通过与原始设计计算数据进行对比分析,判定缺陷反应器的安全可靠性及疲劳寿命,为化工装置的及时复产提供理论依据,对超高设备的设计、失效分析具有借鉴意义。

桥式抓斗卸船机裂纹机理分析

针对日照港桥式抓斗卸船机出现的裂纹问题,分析了疲劳裂纹的类型、产生原因及扩展机理,从裂纹尖端的应力强度因子K的角度分析了裂纹扩展的条件,给出了带裂纹构件的寿命估计计算方法,并提出了强化设备管理和日常维护的对策。

空心车轴表面裂纹前缘应力强度因子的有限元研究

分析了空心车轴的运用载荷,根据所测载荷谱计算了车轴的受力情况。采用四分之一20节点等参退化奇异单元模拟裂纹前沿的应力奇异性。建立了空心车轴表面裂纹扩展的有限元模型,对裂纹前缘进行离散,实现正交扩展,得到不同步扩展的裂纹前缘。在此基础上,对裂纹前缘不同位置的应力强度因子进行了计算分析。由此得出不同初始形状裂纹前缘扩展中的应力强度因子分布规律,并与解析方法计算的结果进行比较,二者的结果基本吻合。对进一步研究空心轴表面裂纹的扩展情况提供了参考。

基于ANSYS的超高压反应器应力分析与校核

针对超高压反应器设计特性和失效模式,利用ANSYS分析工具,并依据ASME相关标准,对有缺陷超高压反应器进行静强度和内应力分析,通过与原始设计计算数据进行对比,判定缺陷反应器的安全可靠性,提出整改建议,为化工装置的及时复产提供理论依据。

晶粒尺寸对纳晶材料断裂韧性的影响

建立了一个描述在纳晶材料中特殊旋转变形对裂纹钝化的影响的晶粒相关理论模型。特殊旋转变形由裂纹尖端的应力集中来驱动。由于特殊旋转变形导致临界裂纹强度因子增加,从而达到裂纹的钝化作用。计算了裂纹强度因子与晶粒尺寸的关系,结果显示由于晶粒的特殊旋转变形,使临界裂纹强度因子最大增加到50%。

Experimental study on dynamic fracture behavior of three-point bending beam with double deformity inclusions

The dynamic fracture behavior of the three-point bending beam with double deformity inclusions under impact loading is studied by using digital high-speed photography in combination with the transmission-type dynamic caustic method. The experimental results indicate that the fluctuation of crack propagation velocity v first increases and then decreases in the crack propagation process. During the process of crack propagating into the inclusion area, the fracture resistance effect of the circular inclusion is the most significant and the effects of triangular and square inclusions are less obvious. The stress intensity factor near the crack tip increases during the propagation process and reaches its maximum value when the crack tip is close to the inclusions. The crack tip’s dynamic stress intensity factor （ DSIF） decreases when the crack exceeds the middle area of the double inclusions. These results provide an experimental basis and scientific foundation to strengthen the evaluation and fracture analysis of the structure containing deformity inclusions.

Anti-Plane Elasticity Problem and Mode Ⅲ Crack Problem of Cubic Quasicrystal

The fracture theory of cubic quasicrystal was developed. The exact analytic solution of a Mode Ⅲ Griffith crack in the material was obtained by using the Fourier transform and dual integral equations theory, and so the displacement and stress fields, the stress intensity factor and strain energy release rate were determined. The results show that the stress intensity factor is independent of material constants, and the strain energy release rate is dependent on all material constants. These provide important information for studying the deformation and fracture of the new solid material.

Dynamic caustics experimental study on interaction between propagating crack and deformity inclusions in primary structure

The approach combining the dynamic caustics method with high-speed photography technology is used to study the interaction between propagating cracks and three kinds of deformity inclusions（ cylinder inclusion, quadruple inclusion and triangular inclusion） under lowvelocity impact loading. By recording the caustic spots of crack tips at different moments during the crack propagation, the variation regulations of dynamic stress intensity factors（ DSIF） and crack growth velocity with respect to time are obtained. The experimental results showthat the resistance effects to crack growth are varied with different shapes of inclusions in specimens, and the quadruple inclusion＇s effect is more apparent. The distortion degree of caustic spots is affected by the shapes of inclusions as well, and the situation is more serious for cylinder and quadruple inclusions. The overall values of DSIFs of triangular inclusion specimen are greater than the others, and the crack growth velocities, characteristic sizes and DSIFs showprocesses of fluctuations because of the disturbance of reflection waves in specimens. The results provide an experimental basis for the analysis of strength and impact-resistance ability in structures with deformity inclusions.