3D C/SiC复合材料基体裂纹间距分布规律

采用X2拟合优度检验方法对不同界面层厚度的3D C/SiC复合材料基体中裂纹分布进行了研究,结果表明,3D C/SiC复合材料纤维束间基体裂纹间距服从正态分布,而且这种分布是由3D复合材料的编织方式决定的.

复合材料层板饱和裂纹间距的试凑法(cut-and-try)

本文首次通过三维有限元法计算分析出90°层中横向裂纹的饱和间距值，为预测饱和裂纹间距提供了一条新途径。

锌漆薄膜/2Cr13不锈钢基体薄膜裂纹间距与厚度关系

以锌漆薄膜/2Cr13不锈钢基体材料为对象,采用拉伸试验与理论分析相结合的方法,研究了不锈钢基体薄膜裂纹间距与厚度关系以及薄膜临界厚度问题.研究结果表明:张拉应变一定时,薄膜存在一个临界厚度.当薄膜厚度小于该临界厚度时,薄膜中不会有裂纹产生,应变越大,临界厚度越小;当薄膜厚度大于临界值时,随着薄膜厚度增加,薄膜裂纹间距也随之增大,二者近似线性相关.对于同一薄膜厚度,随着拉伸荷载持续增加,新裂纹不断出现,裂纹间距不断减小.最终表面裂纹达到饱和状态,裂纹分布呈周期性.

硫化锌热冲击试验与裂纹间距预报

重点研究了硫化锌热冲击开裂机理和热冲击裂纹间距、深度的预报。10mm厚硫化锌试块的燃气急热试验表明:裂纹间距随热冲击能量的增大而减小,热冲击过程中加热面最先出现非贯穿裂纹,停止加热后,裂纹贯穿试件。结合传热和热强度仿真分析,获得了热冲击过程中试件的瞬态温度场和应力场。基于材料性能的损伤演化理论,以裂纹间距和深度为变量,利用最小能量原理,获得了热冲击裂纹间距的理论预报方法,预测结果与试验吻合较好,进而分析了断裂韧性、热胀系数、材料初始模量对裂纹间距、裂纹深度的影响。该文的研究对深入理解硫化锌的热冲击失效机制,对其改性和研制具有重要意义。

损伤的薄板上横向裂纹间距的规律

对损伤的薄板估算弹性常数时，经常假设横向行列裂纹是相等间距的。研究这个假设的合理性时，得到由两条横向行列裂纹界限的交叉帘布层薄板的区域下一个失效位置的概率密度函数的分析表达式。求解使用了Ｏｈ和Ｆｉｎｎｅｙ研究的方法，该方法是为了模拟失效位置连同对于多层薄板的横向裂纹薄层中应力状态的剪切延迟解的特征的。在利用这个模型时。

基于最大张口位移计算多条共线裂纹应力强度因子的方法研究

提出一种多裂纹应力强度因子计算的新方法。该方法是利用裂纹的最大张口位移量来确定多裂纹尖端的应力强度因子。首先基于单条穿透裂纹的张口位移与应力强度因子的解析解,推导出二者之间的对应解析关系,然后通过考虑双条共线穿透裂纹的板宽效应、裂纹间距比和裂纹长度比的影响,拟合出各种修正系数的变化曲线,进而确定双裂纹情况下裂纹尖端应力强度因子与裂纹最大张口位移之间的函数关系,最后利用复合法的思想,确定多裂纹与双裂纹修正系数之间的对应关系,进一步确定多裂纹的应力强度因子的计算方法。

平行双裂纹应力强度因子的计算方法

为了快速、方便地估算多裂纹尖端的应力强度因子,以承受均匀拉伸载荷的含平行双裂纹的有限平板模型为研究对象,提出了一种基于裂纹最大张口位移量确定平行双裂纹尖端应力强度因子的新方法.该方法以单裂纹问题中最大张口位移与应力强度因子间的函数关系为基础,考虑了平行双裂纹的垂向、纵向裂纹间距比和裂纹长度比的影响,拟合出纵向间距比为0时不同裂纹长度比下与垂向间距比相关的修正系数表达式,并进一步分析了裂纹纵向间距比对双裂纹尖端应力强度因子的影响,最终建立了平行双裂纹应力强度因子的简便方法.

连续道床板裂纹计算方法及影响因素

为研究双块式无砟轨道连续配筋道床板裂纹扩展的机理,基于钢筋混凝土粘结-滑移理论,建立了适用于连续配筋混凝土道床板裂纹扩展的计算模型.依据该模型计算了道床板裂纹宽度和间距,分析了道床板配筋率、纵向钢筋直径和混凝土强度对裂纹宽度、间距及钢筋应力的影响.分析结果表明:钢筋直径和配筋率直接影响裂纹间距,裂纹间距随钢筋直径增大而增大,随配筋率增大而减小;混凝土抗拉强度、配筋率和钢筋直径是裂纹宽度的主要影响因素,裂纹宽度随混凝土强度和钢筋直径增大而增大,随配筋率增大而减小;裂纹截面处纵筋应力不应超过其抗拉强度,配筋率和混凝土抗拉强度是决定钢筋应力大小的关键因素.

含多裂纹结构的剩余强度有限元分析

铝合金蒙皮表面上出现的广布疲劳损伤极易引起结构的剩余强度降低而发生破坏,采用平均应力准则方法,对不同裂纹深度和裂纹间距的多裂纹损伤结构进行了剩余强度有限元模拟分析,分别讨论了在相同裂纹深度与不同裂纹间距、相同裂纹间距与不同裂纹深度、不同裂纹间距与不同裂纹深度对剩余强度的变化规律。结果表明:平均应力准则的计算值与塑性连通准则的计算值误差在1%左右;当裂纹连通间距以2mm逐步减少时,剩余强度以10 MPa的幅度逐步减少;当裂纹深度与结构厚度之比低于40%时,剩余强度的下降幅度为40 MPa左右,否则,剩余强度的下降幅度为20 MPa左右;当裂纹深度达到板厚50%时,裂纹间距对剩余强度的影响几乎为零。因此,采用平均应力准则方法可以对铝合金蒙皮的多裂纹深度、间距和剩余强度进行预测和评估。

压缩荷载下3条对称的共线裂纹应力强度因子的解析解

多裂纹问题已成为当前岩石力学及其相关领域的研究热点问题。对无限平面内3条对称的共线裂纹在双向压缩载荷下的应力强度因子进行了研究,考虑了裂纹表面摩擦力的影响及裂纹间的相互影响,并利用复变函数理论给出了其裂纹应力强度因子的精确解析解。通过数值计算,给出了侧压力以及裂纹间距对应力强度因子的影响规律,并进行了相应的光弹实验研究,其实验结果定性地验证了理论解的正确性。结果表明,裂纹应力强度因子都随着侧压力的增大而减小,随着裂纹间距的减小而增大。

在压缩荷载下含共线裂纹岩石断裂破坏的实验研究

通过压缩实验,对作者以前提出的共线裂纹岩石在压缩荷载下的破坏准则进行了实验研究。以砂岩为研究材料,实验探讨了在压缩载荷下,共线裂纹体的破坏情况。实验主要研究了裂纹间距、裂纹倾角、侧压力对试件压缩强度的影响,并实验研究了裂纹表面摩擦力对试件抗压强度的影响。结果表明,裂纹间距、裂纹的倾角、裂纹表面的摩擦力及其所承受的侧压力对试件的抗压强度都有很大的影响。实验结果与作者提出的共线裂纹在压缩载荷下的扩展准则的计算结果基本吻合,表明该准则是确实可行的。

层状岩层裂纹饱和现象的数值模拟研究

层状岩层的裂纹饱和现象是地质界的一种普遍现象。基于有限元程序，分析了裂纹饱和现象的机理，从应力转化的角度解释了裂纹饱和现象；研究了单层材料厚度的变化对裂纹间距的影响；给出了层状材料达到饱和状态的全过程；并分析了裂纹的产生、发展规律。

两条等长共线裂纹尖端塑性区扩展理论研究

采用Kachanov法基本思想求解2条等长共线裂纹相互作用下裂纹的应力强度因子,分别基于Mises屈服准则和D-P屈服准则推导了裂纹尖端塑性区半径的表达式,并求得裂纹相互作用下塑性区半径的扩大倍数,其值为2条裂纹相互作用下的应力强度因子与单裂纹状态下应力强度因子比值的平方。在此基础上,分析了裂纹间距对塑性区扩展的影响。研究发现,同一裂纹倾角下裂纹间距与裂纹长度比值越小,2条裂纹尖端的塑性区半径越大,裂纹尖端塑性区扩展速度越快,直至塑性区发生接触,且不同的裂纹倾角,裂纹尖端塑性区发生接触的条件不同。

含裂纹灰铸铁试件拉伸破坏的试验研究

通过无裂纹、单边裂纹和双边裂纹灰铸铁试件对铸铁的拉伸破坏行为进行了试验研究。无裂纹铸铁受到拉伸载荷作用时呈现突然断裂,研究表明在铸铁中加入裂纹后总变形量和刚度降低,试件不会发生突然断裂,表现出一定的韧性特征。当灰铸铁试件中裂纹小于5 mm时,单裂纹试件和双裂纹试件的最大拉伸载荷力/位移曲线的割线刚度基本相同。裂纹纵向间距对双裂纹试件的最大载荷和割线刚度影响较小,但试件达到最大载荷后的变形能力随裂纹纵向间距的增大而增大。

拉、压剪作用下煤岩不等长共线裂纹相互作用

为研究天然煤岩体中的裂纹相互作用规律,采用Kachanov法,推导了拉剪不等长共线裂纹和单轴受压滑动闭合裂纹的应力强度因子表达式,分析了裂纹长度,裂纹间距和倾角等几何参数对共线裂纹相互作用的影响.研究结果表明:当裂纹间距增大到一条裂纹长度时,该裂纹对另一裂纹的应力强度因子几乎不产生影响;当小裂纹长度小于裂纹间距时,其对大裂纹的起裂基本无影响;当大裂纹长度大于裂纹间距时,开始影响小裂纹的起裂.

刮擦速度及距离对高分子材料刮擦失效行为的影响

针对聚丙烯(PP)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)开展刮擦实验,研究不同加载条件(刮擦速度和刮擦距离)对2种高分子材料刮擦行为的影响,通过其临界荷载及刮擦过程中的温升变化评价高分子材料的耐刮擦性能。结果表明:不同的加载条件对PP、PMMA的刮擦行为有显著影响;随着刮擦速度的增加,PP和PMMA各阶段临界载荷和最大周期性破坏裂纹间距都减小;PP温度变化的幅值(即温升)随之升高,而PMMA温度变化的幅值先降低后升高。随着刮擦距离的增加,PP各阶段临界荷载减小,PMMA各阶段临界载荷先增大后减小,PP和PMMA温度变化的幅度均增加。该结果对提高高分子材料耐刮擦性能有一定的指导意义。

陶瓷材料热冲击开裂机理与裂纹间距预报

该文研究陶瓷材料热冲击开裂机理和热冲击裂纹的分布规律。1mm厚的99Al2O3陶瓷薄片的水淬实验显示:裂纹间距随热冲击温差增大而减小,在同一热冲击温差下,5个试件中的各个裂纹间距与平均间距的偏差不超过7%。理论上,结合传热学和力学方法,计算了热冲击过程中试件的瞬态温度场和应力场,阐述了陶瓷材料热冲击条件下的开裂机理。以裂纹间距和深度作为变量,利用最小能量原理,发展了热冲击裂纹间距预报的有限元方法。由于从文献获得的毕渥数数据分散度很大,并且难以直接测量,因此发展了"间接测量法",逆向估计了实验过程中的毕渥数,并在其他温度点获得了与实验吻合很好的裂纹间距数值预报结果。该文的研究对深入理解陶瓷材料的热冲击失效机制,对陶瓷材料的改性和研制有重要的意义。

温缩等间距表面裂纹扩展的数值模拟及其机制研究

低温表面裂缝广泛存在于各种脆性材料和各个领域中,成为工程隐患或直接影响到结构的使用性能,为更深入地理解这一现象的机制,考虑到材料细观层次上的非均质性,采用数值模拟对双层模型在上层整体均匀降温和上层表面低温随时间向下传递收缩2种条件下模型的温度应力分布、裂纹扩展过程及其机制进行研究。首先以预制裂纹且上层整体均匀降温为例,研究两相邻裂纹间的应力状态,发现两裂纹的中间位置应力最大,且随着裂纹间距的减小,水平应力x?由拉应力不断减小并逐渐变为压应力,其裂纹饱和对应的裂纹间距(S)与层厚(h)比值的临界值cr(S/t)约为3.0。其次,利用未预制裂纹的双层模型,分别对上层整体均匀降温至-40℃和上层表面降温到-35℃并向下温度传导(温度冲击)2种降温条件进行研究。结果表明,2种条件下裂纹的形成模式存在相同之处:首条裂纹插入到模型上层中间,新生裂纹相继插入到两已有裂纹或者已有裂纹与端部中间附近,直至裂纹饱和;而不同之处在于,整体降温形成的裂纹不但会由表及里扩展,也会在上层中间萌生;而温度冲击形成的裂纹只会由表及里扩展,并且裂纹总数更多。研究结果再现了降温收缩条件下微裂纹萌生、扩展和饱和3个阶段以及温度冲击条件下模型中热传导的过程,通过2种温度加载条件的对比,提出采用温度传导效果更好的材料加快温度传递,有助于减少路面结构产生的表面裂纹。

陶瓷材料压缩加载下的动态失效研究

利用脆性材料的动态应力强度因子与裂纹传播速度相关,考虑氧化铝陶瓷动态断裂韧性与静态断裂韧性的差异,采用新的裂纹扩展破坏判据对分枝裂纹阵模型进行改进。在SHPB(分离式Hopkinson压杆)上进行了单轴应力和单轴应变实验,所测得的实验结果与改进的分枝裂纹阵模型计算结果符合较好。

变形钢筋和混凝土间粘接力的试验研究

本文通过对84个钢筋混凝土短柱的拉伸试验,研究了钢筋中部的粘结(即缝间粘接),对粘接强度机理及其影响因素进行了分析,提出了粘接强度计算公式,并与试验结果作了对比,符合较好。文中还给出了计算平均裂纹间距的实用计算公式。并与ROBINSON公式作比较。