基于裂缝尖端应力强度因子的裂缝穿层行为分析

基于裂缝尖端应力强度因子理论,采用理论分析结合数值模拟的方法,分析了裂缝尖端应力强度因子在裂缝穿层过程中的变化规律,研究了界面两侧岩石力学性质差异对地层界面处裂缝穿层扩展行为的影响。研究表明:当裂缝由硬岩层进入软岩层时,界面强度系数大于1,I型应力强度因子随着裂缝尖端与界面距离的减小迅速增大,裂缝可沿原路径穿层扩展;当裂缝由软岩层进入硬岩层时,界面强度系数小于1,I型应力强度因子随着裂缝尖端与界面距离的减小逐渐减小,裂缝的穿层扩展趋势受到限制,裂缝可能停止扩展或拐折穿层扩展。

沥青加铺层反射裂缝动应力强度因子分析

当前水泥混凝土路面改扩建工程中广泛应用的方案为加铺沥青面层,其迫切需要解决的核心问题为反射裂缝扩展原理的深入分析。以广西南宁市现有高速公路东环改造二期工程为例,结合动力学理论等开展分析,运用ABAQUS软件研究反射裂缝于动荷载影响下动应力强度因子伴随时间的变化规律,分析得出车辆的快速行驶对于路面裂缝扩展的影响显著减小;车辆轴载的增长会显著加快反射裂缝的扩展;伴随裂缝的不断发展,扩展相同长度可承担的荷载作用次数显著减少;增加沥青加铺层厚度或模量可在一定的程度上减小动应力强度因子数值;伴随应力吸收层厚度或者模量的提升,相应的动应力强度因子变化曲线逐渐减缓;动应力强度因子会伴随接缝宽度的增加不断增大,在扩展后期所产生的影响相对显著。

交通荷载作用下沥青路面裂缝尖端的应力强度因子分析

考虑沥青混合料粘弹性断裂力学行为,对于沥青路面的开裂或反射性裂缝的扩展行为研究具有重要意义.基于粘弹性断裂理论,采用非线性有限元软件ABAQUS,分析交通动荷载作用下不同车速、不同基层模量对含有裂缝路面结构体系的位移场和应力场的影响.计算结果表明:裂缝尖端应力强度因子变化曲线随着车速的增加发生移动,且峰值几乎不变;随着基层模量的增加,应力强度因子增大.在偏荷载作用下裂缝尖端应力强度因子由KⅠ、KⅡ组成,当基层模量较小时裂缝尖端应力强度因子主要表现为KⅡ,随着弹性模量的增加KⅠ增大,KⅡ几乎保持不变.

动荷载作用下含裂缝公路结构体的应力强度因子

以沈阳 -大连高速公路为工程背景 ,基于弹性动力学理论 ,采用平面应变有限单元法 ,分析了车辆荷载对含裂缝路面体的动态作用。分析过程中 ,车辆荷载简化为正弦分布柔性荷载 ;路面结构体计算模型抽象为平面应变模型 ;路面结构体为弹性的连续介质。为了反映裂尖应力、位移场的奇异性和减少模型网格数 ,在裂尖环向设置了奇异单元。通过计算得到裂尖的位移场 ,由位移外插得到 -型应力强度因子随加载时间的变化规律。同时探讨了初始裂缝长度和公路结构体材料阻尼比的变化对 -型应力强度因子分布规律的影响 。

裂纹尖端解析解与周边数值解联合求解应力强度因子

由于裂纹尖端位移和应力分布的复杂性,采用常规数值方法(如有限元法)的插值方式不易获得快速收敛的应力强度因子计算值。基于数值流形方法,提出将裂纹尖端Williams解析解与其周边高阶多项式级数的数值解联合应用以求解应力强度因子的新方法:在裂纹尖端所在网格的结点上采用Williams位移解析级数,并用结点自由度强制约束方式得到裂纹尖端区域的解析级数;在与之相邻的周边网格内将解析级数与多项式级数用形函数连接;给出应变矩阵和刚度矩阵的具体表达式及积分方式;利用数值流形方法的网格与材料边界分离的特性以及不连续覆盖技术,使裂纹可以在网格内穿过,给材料边界(包括裂纹边界)附近的网格划分带来很大的方便;通过典型算例验证了方法的有效性。考虑到Williams级数是对裂纹尖端位移场的最佳逼近,这种新方法相比扩展有限元等其他新方法而言将有更快的收敛性。

沥青路面表面裂缝应力强度因子计算方法研究

车荷载和环境荷载常导致沥青路面产生表面裂缝 ,并向深度发展 ,影响道路使用功能。应用权函数基本理论 ,推导出路面表面裂缝应力强度因子的计算方法 ,并编制相应程序计算路面应力强度因子 ,得出胎压和水平力对路面表面应力强度因子影响非常大。该方法简洁、有效 ,对工程应用非常有益。

Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝应力强度因子和应变能释放率的关系

为了探究复合型裂缝的应力强度因子K和应变能释放率G的关系,基于最大应力准则,采用能量法对Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝的扩展进行理论分析。根据单一型裂缝应力强度因子和应变能释放率的关系,推导出Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝K与G的关系公式,利用Abaqus软件建立Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝的有限元模型,计算Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝的应力强度因子和应变能释放率,与推导公式的计算结果进行对比,二者误差仅为2.5%,验证了推导公式的合理性。

路面结构裂缝应力强度因子数值计算

路面裂缝尖端应力强度因子是判断裂缝开裂扩展的重要指标 .应用奇异等参元及断裂力学理论 ,对 3种荷载简化模式下路面单裂缝问题进行了数值分析 .在裂缝尖端附近采用最小二乘法回归得到了相应的裂缝尖端应力强度因子 ,同时应用有限宽板条模型进行了数值验算 .计算结果表明 ,裂缝长度与基层模量对裂缝尖端应力强度因子影响较大 ,凸形荷载作用下裂缝更易扩展 .

厚壁圆筒内壁半椭圆形多裂缝应力强度因子的研究

通过受内压厚壁圆筒内表面环向均布与非均布多个纵向半椭圆形裂缝大量的三维光弹性实验 ,测量了其应力场和“应力强度因子”( SIF) ,得到了它们的变化规律 ,研究了使 SIF变化的“载荷松弛”现象的机理 ,发现了在有裂缝的应力场中“附加弯矩”的出现是“载荷松弛”现象的本质 ,建立了无因次“附加弯矩”和“载荷松弛因子”( LRF)的表达式 ,利用 LRF概念和实验结果以及有关学者的结果建立了相对分布两个不同裂缝以及环向均布和非均布半椭圆形多裂缝 SIF的近似计算式 ,用三维趋势面描绘了它们的变化规律 ,给出了工程上的应用方法和实例。

用切口尖端应力方法分析V形切口的应力强度因子

为了基于传统有限元法分析圆轴中的V形切口尖端的奇异性应力场的高精度数值解,建立一种切口尖端应力方法,用于计算V形切口的应力强度因子。该方法不需要在V形切口尖端采用反映应力奇异性的奇异单元。求解时,首先给定参考问题的广义应力强度因子,然后利用待求问题的应力值与参考问题的应力值之间的比值来求解待求问题的广义应力强度因子。算例采用切口尖端应力方法分析圆轴中的V形切口问题。计算结果表明,该方法计算精度较高,能方便地用于求解相关的工程问题。

用子结构方法自动计算飞机舱体实验模型裂缝的应力强度因子

基于ANSYS编制的自动分析软件,用子结构方法自动建立实验模型的有限元分析模型,完成子结构间的无缝连接,通过计算由2个子结构组成的模型并扩展包含裂缝的子结构的解得到应力强度因子。应用算例计算结果表明,子结构方法与整体模型方法的计算结果相同,而子结构方法占用机时少约40%;计算结果与实验结果十分接近。

Ⅰ型裂纹尖端圆弧对应力强度因子影响的数值研究

应力强度因子表征了裂纹尖端奇异应力场的强度,它是研究裂纹扩展规律和带裂纹构件强度的基础。采用有限元法,对受均布荷载作用存在边缘Ⅰ型裂纹的平面板进行了数值分析。研究了裂纹尖端圆弧对应力强度因子的影响,分别计算了具有不同裂尖圆弧r_0的Ⅰ型裂纹的应力强度因子。采用应力法计算不同半径处的表观应力强度因子,插值到裂尖圆弧而得。根据计算结果,绘制K_Ⅰ-r_0曲线,利用最小二乘法拟合至尖裂纹(r_0=0)即得理想尖裂纹的应力强度因子,与解析解相差仅0.7%。该曲线为带圆弧裂纹的应力强度因子测试和带圆弧裂纹构件强度计算提供了依据。

基于神经网络的沥青路面基层裂缝应力强度因子预测模型

沥青路面裂缝尖端应力强度因子是判断裂缝扩展的重要指标,然而应力强度因子是路面材料及结构参数的复杂函数,针对其计算的复杂性,本文根据神经网络理论,考虑了荷载、裂缝长度、基层模量及厚度、面层模量及厚度和底基层模量等主要因素,采用三层BP网络近似计算沥青路面基层裂缝的应力强度因子,建立了沥青路面基层裂缝应力强度因子的预测模型。通过大量的计算与验证,训练好的BP网络精度高、速度快、泛化能力强,且易于实现,可以应用于工程设计与验算。

预制V型裂纹尖端应力强度因子的研究

本文提出了爆炸载荷作用下预制V型裂纹的复变应力函数,并用Westergaard方法推导了预制V型裂纹尖端的应力场和位移场,从而得到了V型裂纹尖端的应力强度因子.爆破试验结果表明了公式的正确性.

RCC—AC复合式路面反射裂缝应力强度因子的有限元分析

从复合式路面反射裂缝的产生机理出发,着重研究了位于RCC板接缝一侧的偏荷载对反射裂缝的影响,利用有限元法计算了偏荷载作用下反射裂缝的应力强度因子。在AC层与RCC板之间设一Goodman夹层单元,用以模拟两板在不同情况下的结合;为了反映裂缝尖端的奇异性,在裂尖周围设置了奇异等参单元,并与试验结果相比较,该法得出的结果与实验结果相符,说明了该法的可行性。最后给出相应的算例,并得到具有实际意义的结论。

压力容器接管区裂纹尖端应力强度因子的测定

针对压力容器接管区处于高应变梯度区的特征，用与压力容器接管的应变分布相类似的异形板来模拟接管，对不同孔径的异形板进行应力应变场的光弹性分析，给出高应变梯度区的应力分布状态，同时利用权函数理论，对裂纹尖端附近的应力强度因子进行测定。

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。

沥青路面温缩裂缝的应力强度因子分析

通过有限元对沥青面层温缩裂缝尖端的应力强度因子进行分析,结果表明,在连续降温条件下,影响沥青面层内温缩裂缝应力强度因子的主要因素为初始温度和降温幅度。

异弹模界面裂缝梁试件应力强度因子的计算

研究解决实际工程当中常遇到的异弹模界面裂缝问题的复合型断裂准则及扩展规律,具有非常重要的意义.本文在推导杂交元方法的基础上,系统地计算了异弹模界面裂缝三点弯曲和四点剪切梁型试件的应力强度因子,为研究该类问题的复合型断裂准则提供了丰富、可靠的资料和依据.

移动荷载作用下沥青路面表面裂缝应力强度因子分析

文章结合沥青面层和半刚性基层间的摩擦接触状况,分析沥青路面表面裂缝应力强度因子的变化规律,探讨了不同的面层厚度、不同的面层和基层模量以及不同的裂缝深度对应力强度因子的影响,为改进沥青路面的抗裂设计方法和表面裂缝的养护维修提供理论参考。