含扩展裂纹板计及厚度效应的载荷—位移曲线解析闭合解

准确预测长寿命结构在其服役期内的剩余强度,是当前结构设计工程师面临的一个重大课题。而裂纹扩展过程中,精确的载荷—位移曲线将为这一问题的突破提供一种非常高效的方法。为此,在考虑厚度效应的断裂韧度与阻力曲线理论基础上,对含穿透裂纹板在裂纹扩展过程中的载—荷位移曲线进行理论与试验研究。用卡氏定理导出含驻止裂纹试件承受载荷作用时,外部载荷与试件中点挠度的关系表达式。引入计及厚度效应的断裂韧度与阻力曲线理论,导出裂纹扩展时试件中点处载—荷位移曲线的解析闭合解。进行准静载单调加载下的裂纹扩展试验。所得数据与由载荷—位移曲线解析闭合解得到的计算结果基本吻合,充分验证该解析闭合解的有效性。

桥梁钢裂纹尖端张开位移与试样厚度关系式的改进

分析了闫鹏帅等建立的裂纹尖端张开位移(CTOD)与厚度关系式(厚度效应关系式)在应用于桥梁钢时产生较大误差的原因,应用构造法对该关系式进行了改进;使用不同厚度桥梁钢试样(14MnNbq钢、14MnNbq钢接头焊缝、16Mnq钢)的CTOD试验值对改进后的厚度效应关系式进行了验证。结果表明:导致原厚度效应关系式误差较大的原因是平面应力部分的函数形式不合理,以概率密度函数替换该函数后,拟合得到的不同厚度桥梁钢试样的CTOD值与试验值的相对误差较小,改进后的厚度效应关系式适用于不同的桥梁钢。

用裂纹张开位移全场拟合法求应力强度因子-边裂纹问题

从一组给定的裂纹张开位移 (COD)资料求应力强度因子 (SIF)的好方法应具有以下特征 :( 1)这个方法应最大限度地利用已知的COD信息 ;( 2 )数值计算只包含位移量 ;( 3)后处理简单 ;( 4 )所得到的SIF的误差可由COD资料本身的误差来估计 .该文将求内裂纹SIF的COD全场拟合法扩充应用到边裂纹问题 ,该方法具有上述优点 .对几种典型的边裂纹用边界元法得到的COD资料 ,用这种方法得到了可靠性高、一致性好的SIF 。

幂硬化对准静载弹塑性弯曲裂纹张开位移的影响

研究准静载荷作用下的硬化材料弹塑性弯曲裂纹尖端的张开位移问题。综合考虑了准静作用应力,塑性区域边界上正应力与剪应力,利用二阶摄动方法与卡氏定理计算了硬化材料弹塑性弯曲裂纹尖端的张开位移。作图分析了弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移尺寸与材料硬化指数之间的变化关系。在幂硬化材料中,弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移随着材料硬化指数n的增大而减少,当n等速均匀增加时,弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移加速减少,减少的幅度越来越大。当材料的硬化指数相同时,弯曲裂纹尖端张开位移随外载荷的不断减小而逐渐减小。开拓了一个计算硬化材料弹塑性弯曲裂纹张开位移的理论模型的崭新领域。

铸铁黏聚裂纹的张开位移与应力分布

对于含缺陷材料结构的强度,以裂纹为主要特征的断裂力学是其力学行为分析的有效途径,裂纹扩展过程区能被简化成具有黏聚力的裂纹段。为探讨带切口的铸铁裂纹发展规律及黏聚裂纹张开位移与黏聚应力的本构关系,对8种不同切口尺寸的铸铁梁进行三点弯曲加载实验,通过应变计电测跟踪测试,得到预制裂纹端部的张开位移随载荷变化曲线。由确定黏聚裂纹张开位移与黏聚应力分布的解析方法,计算得到该材料黏聚裂纹张开位移及与应力的本构关系。计算预制裂纹尖端张开位移与应变计测试结果基本符合。

混凝土断裂特性与裂纹张开位移

综合分析了混凝土断裂特征 ,和描述载荷与变形关系曲线连续函数 根据混凝土断裂过程区的观测结果 ,推出以幂函数多项式表达断裂过程区虚拟裂纹张开位移的表达方法 ,通过最小二乘法导出了计算该多项式中待定系数的代数方程 。

满足断裂过程区裂纹张开位移条件应力函数的半解析解法

基于Duan-Nakagawa模型,采用加权积分法,提出了一种满足断裂过程区裂纹张开位移条件应力函数的半解析解法.该方法结合边界选点法,通过叠加含有相同裂纹长度但断裂过程区长度不同的解析函数,得到满足给定裂纹张开位移的权函数,再进行加权积分得到相应的应力函数和位移函数.以带板对称边裂纹I型问题为例,应用上述方法成功导出了特定的应力函数和位移函数,以及相应的拉应变软化曲线和断裂能.

探究预制疲劳裂纹载荷对DH36药芯焊丝CO_2气保焊接头CTOD值的影响

依据BS7448标准对DH36药芯焊丝气保焊接头进行了裂纹尖端张开位移(crack tip opening displacement,CTOD)试验,通过对接头进行组织、断口分析,同时对预制疲劳裂纹过程进行有限元模拟分析,研究不同预制疲劳裂纹最大载荷对CTOD值的影响.结果表明,预制疲劳裂纹最大载荷对CTOD试验结果影响很大.当预制疲劳裂纹最大载荷远小于BS7448标准规定的最大值时,试验过程易出现突跃,即pop-in现象,从而得到较小的CTOD值;反之,当预制疲劳裂纹最大载荷接近或超过BS7448标准规定的最大值时,pop-in现象减弱、延迟或者消失,得到较大的CTOD值.故而为了保证试验结果的可靠性,标准中应对预制疲劳裂纹载荷敏感的接头更严格的规定其最大值.

接触载荷作用下的表面裂纹分析

用边界积分方法分析了表面裂纹在接触载荷作用下的张开位移和应力强度因子.该方法将埋在无穷大弹性介质中裂纹模拟为连续分布的位错环,根据两个位错环之间的相互作用能可以得到弹性体的应变能,对弹性体的势能取极值,可以得到关于裂纹张开位移的边界积分方程.通过把半空间的边界模拟成一个包含在无穷大弹性介质中大裂纹,该方法能用已有的边界积分方法很好的处理具有任意表面形状的表面裂纹.文中算例分析了不同倾角的表面裂纹在法向和切向接触载荷作用下,裂纹尖端的应力强度因子.其结果对于分析路面表面裂纹的扩展具有重要意义.

桥联特性对纤维复合材料裂纹扩展阻力曲线的影响

针对纤维复合材料 ,在吸附区模型的基础上 ,采用一定的桥联关系 ,用断裂力学的理论导出裂纹表面张开位移的控制方程 .采用数值解法 ,得到裂纹张开位移和桥联力的分布 .在此基础上 ,进一步计算得出了裂纹扩展的阻力曲线 ,并讨论了纤维的体积比。

混凝土及纤维混凝土材料特性曲线

混凝土及纤维混凝土压缩试验的载荷变形关系曲线和裂纹载荷张开位移关系曲线分别具有两类不同的形貌特点 .根据混凝土及纤维混凝土材料的弯曲和轴压特性曲线与混凝土断裂特性试验结果 ,建立了能够反映其曲线特征和材料性能变化的两类函数表达公式 ,提出了确定两类曲线方程中待定参数的计算方法 ,给出了公式在多种情况下材料特性表达中的应用和分析讨论 .

循环载荷下裂尖形变规律的实验研究

应用散斑干涉技术，在常幅载荷下对疲劳裂纹扩展过程中的一个循环周期内，不同加载阶段的裂尖应变、裂纹张开位移进行了原位测量，给出了裂纹闭合对裂纹张开位移及裂尖形变的影响规律．结果表明：由于裂纹闭合和残余压应力的存在，疲劳裂尖应变与外加载荷的平方并不成正比．在加载初期，裂纹处于闭合状态，裂尖应变无明显变化，随着载荷的增加，裂纹逐渐由远离裂尖处张开并向裂尖发展．一旦裂纹完全张开，裂尖应变迅速增加．对裂尖应力－应变状态的分析表明，裂尖材料的应力－应变关系类似于光滑试样低周拉压疲劳应力－应变滞后关系．

残余应力对焊接接头CTOD设计曲线的影响

基于 BSI PD6493∶ 1 991初级评定 ,采用热弹塑性有限元分析方法 ,研究了残余应力和强度组配对横向裂纹平板对接接头 CTOD设计曲线的影响规律。结果表明 ,强度组配和残余应力对 CTOD设计曲线具有明显的影响 ;残余应力对接头中的短裂纹影响较大 ,PD6493∶ 1 991初级评定不适用于接头中含有位于拉伸残余应力区内的短裂纹情形 ,随着裂纹尺寸的增大 ,残余应力的影响逐渐减弱 ;在应用 PD6493∶ 1 991初级评定曲线对接头中的大裂纹情形进行评价时 。

从管试样的P～Δ曲线记录确定碳钢管道的J_R阻力曲线

提出一种直接利用实测四点弯曲管道试样的载荷 (P)～加载点位移 (Δ)曲线确定碳钢管道的JR 阻力曲线的单试样法 ,对几种管道试样进行的试验结果表明 ,用此方法所得的JR 阻力曲线与用其它方法所得的JR

自冲铆接头钉脚张开度预测模型及计算方法研究

钉脚张开度是自冲铆接头成形质量评价标准之一,决定接头的力学强度。为验证自冲铆接头钉脚张开度的预测公式及计算方法,以6组不同工艺参数的自冲铆接头的载荷-行程曲线确定铆钉脚由刺穿转为扩张的关键点,得到关键点位移和总位移,结合铆接工艺参数得到钉脚张开度的预测值。结果表明:自冲铆接头钉脚张开度与板材厚度、板材强度、铆钉尺寸、铆钉硬度和模具尺寸有关;6组试验结果与预测结果误差均值在4.3%以内,表明预测公式和计算方法能很好预测自冲铆接头钉脚张开度数值,可实现钉脚张开度的在线无损检测。

含中心裂纹的加筋板低周疲劳裂纹扩展实验研究

加筋板是船体结构中重要的基本结构,实际工况下含裂纹损伤的加筋板经常承受常幅或变幅载荷,因此,研究加筋板在此种条件下的裂纹扩展规律显得十分有意义.文中以AH32材料的加筋板为研究对象,对获取的a-N曲线进行了分析,并以裂纹张开位移(COD)为控制参量,着重研究了裂纹张开位移(COD)与裂纹扩展速率(da/d N)的关系曲线,讨论了过载下加筋板裂纹形貌的变化规律.结果表明,裂纹张开位移能很好地反映常幅和变幅载荷下加筋板低周疲劳裂纹扩展的规律,且过载引起的迟滞效应能有效延缓裂纹扩展寿命.

循环弯曲荷载作用下UHPC疲劳裂纹扩展行为研究

为了表征UHPC疲劳裂缝扩展行为,通过数字图像相关法(DIC),定量分析了不同体积掺量钢纤维对UHPC在不同应力水平下裂纹口张开位移、裂纹尖端应变和裂纹扩展长度的演变规律。试验结果表明:光滑、连续的对数函数,可以表征演化裂纹长度与加载循环次数之间的关系。根据对数函数的一阶导数确定了不同UHPC试样的裂纹扩展速率。在含有0.5%纤维体积分数(V_(f))的UHPC中发现约20 mm的临界裂纹长度,而在0.80、0.75、0.70和0.65的应力水平下,其他试样(V_(f)=1.0%、1.5%和2.0%)的临界裂纹长度接近60 mm。通过DIC获得了应变图,在纤维体积分数分别为0.5%和1.0%的UHPC试样中,沿y方向的裂纹扩展没有明显变化,而含有纤维体积分数为1.5%和2.0%的试样中,应变倾向于45°的裂纹发展。随着应力水平的降低和钢纤维钢筋含量的增加,裂纹扩展稳定阶段的裂纹扩展速率降低,可为提高疲劳寿命提供有效手段。

改进的边裂纹板条D—M模型

本文提出了一个改进的边裂纹板条D－M模型，该模型考虑了裂纹背表面的屈服对裂纹塑性区尺寸和张开位移的影响。通过积分变换法，导出了平面应变双边裂纹板条在任意I型载荷下的应力强度因子及裂纹面张开位移公式，在此基础上建立了平面应变单边裂纹板条的D－M模型。对于轴向拉伸和纯弯曲载荷情况，分别计算了裂纹塑性区尺寸和张开位移。给出了在拉、弯两种载荷同时作用下背表面开始屈服和韧带完全屈服时的载荷轨迹。

基于裂纹扩展阻力曲线的钢结构构件断裂行为评估模型

为准确预测钢结构构件的断裂破坏,提出了基于裂纹扩展阻力曲线的评估方法。基于前期开展的低温下结构钢材的裂纹尖端张开位移(CTOD)试验结果,采用试验数据回归和理论分析方法,对裂纹扩展阻力曲线的参数进行标定,并分析裂纹扩展阻力曲线形式与含裂纹钢构件断裂模式的关系。结果表明:当构件初始裂纹长度大于临界值且钢材裂纹扩展阻力曲线呈上凸形时,构件发生韧性断裂;当构件初始裂纹长度小于临界值且阻力曲线呈上凸形时,或当阻力曲线呈水平直线时,构件发生脆性断裂。本文理论模型计算的最大载荷点裂纹扩展量与试验实测值吻合较好,验证了理论分析的准确性,可应用于钢结构构件的防断设计。

LC4CS铝合金三维复合型断裂的试验研究

设计并完成LC4CS铝合金 2mm、4mm、8mm、14mm等四种不同厚度紧凑拉伸试样的Ⅰ +Ⅱ复合型断裂试验 ,得到各个厚度下不同加载条件时不同加载条件的载荷位移曲线和裂纹起裂角。结果表明试样厚度和载荷复合比对试样的承载能力、裂纹起裂角均有明显影响 ,纯Ⅰ型载荷下薄试样的承载能力好于厚试样 ;Ⅰ +Ⅱ复合载荷条件下 4mm的承载能力最大 ,2mm和 8mm接近 ,14mm最小 ;纯Ⅱ型载荷条件下各厚度的承载能力基本一致。 2mm试样的起裂角值与 14mm试样的值很接近 ,4mm试样的值略高 ,8mm试样的值低得多。基于平面假设基础上的最大周向应力准则能够很好地预测 2mm薄试样和 14mm厚试样的裂纹起裂角 ,但预测 8mm中间厚度时误差很大。此结果为建立三维复合型断裂准则提供必要的试验基础。