考虑T应力及裂隙参数的岩体压剪断裂准则

针对压剪作用下裂隙面将发生闭合及摩擦滑移的特点,首先基于Muskhelishvili复变函数理论,建立了压剪作用下裂隙岩体的Kolossoff-Muskhelishvilli应力函数,并求得考虑裂隙3类参数(即几何参数、摩擦强度参数和变形参数)的裂隙尖端应力强度因子K和3个T应力分量的计算公式;其次,将其代入经典的最大周向应力准则,得到考虑裂隙尖端T应力及裂隙3类参数的修正最大周向应力准则;同时该准则认为裂隙法向及切向刚度与裂隙面受力特征密切相关,而非定值,并给出了不同裂隙倾角时的裂隙变形参数.最后,基于压剪作用下翼裂纹起裂角试验结果对该准则的合理性进行了初步验证,结果说明考虑裂隙变形参数是有必要的.

基于不同断裂准则下水力压裂裂纹起裂规律研究

为研究煤矿顶板定向水力压裂裂纹扩展机理,探究不同断裂准则之间的关系,基于断裂力学理论构建钻孔水力压裂力学模型,推导不同断裂准则下的起裂角和临界水压计算公式,分析不同变量对起裂角和临界水压的影响效果。结果表明:①注入水压的增大会显著降低起裂角,且预制裂纹倾角与起裂角曲线极值会随着水压的增大而向45°附近移动;随着应力差的增加,起裂角逐渐增加;起裂角随预制裂纹长度与钻孔半径比值的减小而增大;泊松比对起裂角的影响效果有限。②临界水压随着预制裂纹倾角和主应力差的增大而增大,但在低预制裂纹倾角条件下,σ准则计算出的临界水压会随着主应力差的增大而减小;钻孔半径和预制裂纹长度的增加会显著减小临界水压。③对比临界水压的理论计算结果与试验结果知,二者有较好的拟合性。研究结果可指导水力压裂现场施工。

基于MMC韧性断裂准则的X80管道凹陷损伤程度分析

为提高管道凹陷安全评价的准确性,将修正Mohr-Coulomb(Modified Mohr-Coulomb, MMC)韧性断裂准则应用于管道损伤评价中,建立了球形压头压入管道表面的凹陷受损有限元模型,并结合ABAQUS-VUMAT实现了凹陷受损区域损伤值可视化。精确分析了不同凹陷深度下X80管道的内压和凹陷尺寸对凹陷处损伤值的影响。结果表明:凹陷深度值较浅时,最大损伤值位于管道凹陷处内表面中心。随着凹陷深度的增大,最大损伤值位置由中心向四周转移;凹陷深度越深、管道内压越大、凹陷尺寸越小,管道损伤值越大;当凹陷深度超过12%D时,随着凹陷深度的增加,管道内压越大、凹陷尺寸越小,损伤值增长速率越大。

基于GISSMO失效准则的1500 MPa热成形钢断裂失效模型分析

以CR1000/1500HS为研究对象,基于GISSMO断裂失效准则,设计表征不同失效形式的5种测试试样;基于万能拉伸试验机和DIC测试系统,获取不同试样拉伸过程的力-位移曲线和断裂时刻的极限塑性应变;基于LS-DYNA搭建各失效试样的仿真分析模型,提取各试样断裂区域的应力三轴度;拟合获得断裂失效曲线和塑性失稳曲线,迭代获取其他模型参数;采用车门防撞梁动态三点弯曲冲击试验和仿真模型对承载特性进行分析;对比GISSMO失效模型、传统应变失效模型与试验测试的力-位移曲线差异,以验证失效模型的准确性。结果表明:Swift和Hockett-Sherby混合硬化模型可准确描述材料的塑性变形行为,关键参数误差小于5%;GISSMO失效模型获得的车门防撞梁承载特性关键参数和承载力-位移曲线与试验测试结果保持一致,误差低于5%;而采用传统应变失效准则获得的结果误差较大,最大位移的误差达到30%;表明基于GISSMO失效准则的材料模型可以准确表征CR1000/1500HS的塑性变形行为及断裂失效行为。

基于韧性断裂准则的AZ31B镁合金板材成形极限预测

结合损伤起始判据和损伤演化准则,建立了完整的韧性断裂准则,基于ABAQUS中韧性损伤材料模型对AZ31B镁合金板材成形极限进行了预测。通过拟合单向拉伸应力应变曲线得到材料本构模型及损伤演化参数,建立了板材的Nakazima半球形凸模胀形有限元仿真模型,再基于韧性断裂准则预测了AZ31B镁合金板材室温下的成形极限,并分析了不同板材断裂失效判据对成形极限的影响。研究结果表明,基于所建立的韧性断裂准则,并以损伤演化过程中应变路径转变作为断裂失效判据,可以较准确地预测镁合金板材成形极限,得到的成形极限图与实验结果吻合较好。

高锁螺母用7075T73铝合金韧性断裂准则研究

通过单向拉伸试验,获取高锁螺母用7075T73铝合金的力学性能和应力应变曲线,拟合求解其Swift/Hockett-Sherby硬化模型参数。设计了2种缺口拉伸试样、3种缺口压缩试样,并结合相应的有限元模型分析,获取不同应力状态下材料的断裂应变、平均应力三轴度和平均罗德参数。以预测值和试验值的误差最小为目标,求解得到7075T73铝合金的Cockroft&Latham、Brozzo、Rice&Tracy三种韧性断裂准则参数,为7075T73铝合金高锁螺母收口成形工艺有限元仿真分析以及收口成形工艺优化提供理论支持。

一种半耦合韧性断裂准则及其在TRIP780中的应用

为研究高强钢板材在冷成形下的损伤演化与韧性断裂行为,将DF2012韧性断裂准则修正为初始损伤判据,同时参考连续损伤力学理论引入损伤变量D以衡量材料的累积损伤,并将其耦合到塑性模型中,构建了一种半耦合韧性断裂准则。以TRIP780高强钢板为研究对象,针对不同应力状态设计了6种形状的试样,借助电阻损伤测量法与DIC数字图像法进行了力学性能试验并测定初始损伤位移。采用非相关流动准则(NAFR)的Drucker各向异性屈服函数和Swift-Voce硬化模型准确描述了材料的塑性变形过程,然后分别利用试验模拟混合法和逆向工程法对初始损伤模型和损伤演化参数进行了标定。使用Fortran语言将构建的本构模型与损伤演化模型编译为VUMAT子程序并嵌入ABAQUS/Explicit模块中进行断裂模拟预测,并与未耦合损伤模型进行比较。结果表明:构建的半耦合韧性断裂准则能够准确描述TRIP780板材在不同应力状态下变形后期的损伤诱导软化行为,预测的断裂位移最大相对误差仅为1.31%。相较于常用的非耦合断裂模型,所提模型针对具有软化效应的高强钢表现出明显的优越性,适合用于高强钢板冷冲压成形的破裂预测中。

道路沥青疲劳与断裂特性研究进展及发展趋势

疲劳开裂是沥青路面的主要病害之一,其产生与发展直接制约着道路基础设施生命周期的服役水平与行车舒适安全。近年来,沥青疲劳特性及其对路面抗疲劳性能的贡献日益得到关注,聚焦和解析沥青尺度的疲劳与断裂特性对我国未来沥青路面实现长寿命耐久服役具有重要意义。目前评价沥青疲劳与断裂性能的室内测评手段及数据建模分析方法较多,但尚未形成统一的测评技术体系。随着近年来的不断探索,在试验测评方法方面,逐渐形成了以线性振幅扫描试验为代表的沥青疲劳性能加速测评手段,且其与传统时间扫描疲劳试验均体现出较好的一致性;而在数据分析与建模方法方面,线黏弹特性、耗散能、虚应变能分析以及断裂力学相关方法被逐步应用,驱动沥青疲劳和断裂特性的评价与研究体系逐步从经验走向精准。本文主要从疲劳与断裂测评手段、损伤及失效行为特征判别、疲劳寿命预测方法三方面系统地梳理和归纳沥青疲劳与断裂特性研究方向的最新进展,同时分析了目前沥青尺度疲劳与断裂特性研究尚且存在的问题,展望了未来研究发展趋势,为我国抗疲劳长寿命沥青路面理论与技术的不断发展提供了参考。

基于能量最小化准则的RPV堆芯筒体段断裂安全评估

压水堆核电站反应堆压力容器(RPV)辐照脆化问题是制约其长期安全服役的主要因素之一,如何精确预测其断裂行为是行业的技术难点。首先研究了一种基于能量的新型脆性断裂准则(G_(p)准则),论述了该准则可考虑裂纹尖端的拘束效应和卸载效应;然后采用标准拉伸试样测试了材料拉伸性能,基于CT试样测试获得其断裂临界载荷,进行断裂参量计算、断裂韧度预测及断裂评价准则等内容研究;最后针对某RPV堆芯筒体段进行工程案例示范应用。研究结果表明,初步建立的G_(p)断裂评价准则可进行工程实际应用,在工程案例输入瞬态载荷下RPV堆芯结构是安全的。

碾压混凝土的断裂性能研究

碾压混凝土作为一种新型材料在水利工程和路基工程中得到了广泛的应用,其断裂性能对结构安全性有很大的影响。基于此,文章对混凝土断裂力学的发展过程进行了简要的介绍,对碾压混凝土Ⅰ型的断裂准则和断裂性能研究现状进行了分析,并对碾压混凝土Ⅱ型断裂性能和层面断裂韧度研究现状进行了分析。

X80管道钢韧性断裂准则对比

为探究高钢级管材的断裂力学性能,将韧性断裂准则应用于管道钢的断裂失效评价中。设计了4类5种不同应力集中系数的X80管道钢拉伸试样来获取材料的基本力学性能参数和断裂应变,采用Ramberg-Osgood模型表述材料硬化效应,运用ABAQUS软件显示模块构建试样的对称有限元模型,进而使用实验-模拟混合法对实验中难以获取的应力三轴度和Lode参数进行提取,选取其中3种试样数据分别对3种断裂准则的断裂参数进行标定,用其余2种试样数据和构建材料断裂轨迹图来对不同准则的预测效果作进行对比分析。结果表明,采用实验-模拟混合法对不同应力集中系数试样的数据提取可以用于断裂准则的参数标定;DF2014韧性断裂准则对不同应力状态下的断裂行为预测更为准确和灵活,其损伤评价模型能够用于高强管道钢的韧性断裂预测。

基于断裂能的混凝土弹塑性损伤本构模型和尺寸效应研究

为研究混凝土断裂特性与尺寸效应,引入断裂能和等效应变表示混凝土的损伤演化规律,结合混凝土塑性变形特征,提出基于断裂能的混凝土弹塑性损伤本构模型,并建立相应的数值计算模型。为验证数值计算结果的合理性,引入改进的能量尺寸效应公式进行对比分析。通过对三点弯曲梁的有限元数值模拟和断裂参数敏感性分析发现,尺寸较小的梁失效时,断裂过程区未扩展至特征长度,限制了能量耗散,从而提高了梁的抗断裂能力,增强了梁的名义强度;随着尺寸增大,失效时的断裂过程区逐渐接近特征长度,梁的名义强度逐渐减小;当断裂过程区达到特征长度后,结构名义强度不再随梁尺寸的增大而减小。

高强度双相钢板韧性断裂准则参数研究

为预测不同高强钢板料的韧性断裂失效,通过设计四种高强钢的拉伸、剪切和破裂失效试验,标定了韧性断裂准则的损伤参数;将试验和数值模拟相结合建立了损伤参数与材料属性之间的关系,以减少标定韧性断裂准则损伤参数的困难。为验证该准则在不同应力三轴度下预测高强钢断裂失效的普适性和准确性,通过剪切、拉弯、胀形试验和数值模拟,表明该韧性断裂准则能较好地预测不同先进高强钢的断裂失效。

PVA纤维混凝土弯曲梁的加载断裂损伤测试分析

采用不同切口深度的PVA纤维混凝土梁进行四点弯曲实验,结合双K断裂准则,计算不同开口深度梁起裂强度因子和失稳强度因子,通过准脆性计算公式计算得到PVA纤维混凝断裂过程区裂缝开口位移和黏聚应力。

电池包用5083铝合金断裂失效研究

随着汽车安全法规的逐渐严苛、新能源汽车轻量化趋势的不断深入,电池包安全成为新能源车型安全的核心。文章以主要应用于新能源汽车电池包侧护板的5083铝合金为研究对象,通过铝合金静态拉伸、动态拉伸、静态缺口拉伸、中心孔拉伸、剪切、拉剪等试验获得了铝合金在不同应力状态下的力学性能,采用自研软件建立和标定了材料应变硬化曲线和修正莫尔-库仑(MMC)断裂损伤模型参数,并通过三点弯曲试验和动态穿孔验证了MMC失效模型的合理性。结果表明,本研究中得到的失效模型可以较好地预测5083铝合金断裂失效行为,为新能源汽车电池包的安全性能分析提供了有力的材料数据基础。

基于ABAQUS的抗磨补芯套筒断裂过程分析

以抗磨补芯套筒为对象,基于ABAQUS中的断裂力学判断准则-最大主应力准则,对抗磨补芯套筒台阶断裂过程进行仿真研究,并对多功能工具从抗磨补芯套筒解锁所需提升力进行计算。从理论上分析断裂力学中最大主应力判断准则;对抗磨补芯套筒进行有限元分析建模;针对抗磨补芯套筒选取413075K、45#钢和8630MODI等3种不同材料进行仿真分析;对比分析3种不同材料的抗磨补芯套筒裂纹附近应力强度因子、提升力、应力应变的影响以及随时间的变化规律,最终选择4130 75K材料作为抗磨补芯套筒材料。研究结果可为工程应用提供参考。

西藏扎拉水电站闹中断裂带岩体工程地质特性研究

西藏扎拉水电站引水隧洞穿过闹中断裂带长度达305 m,是围岩失稳的易发地段,常规勘察方法难以对深埋于地下百余米的洞身段断裂带岩体性质作出准确的判断。为了给引水隧洞穿越断裂带的结构设计、断裂带缺陷处理提供地质依据,在勘探、室内试验和浅层现场试验的基础上,分析了断裂带岩体的性状及物理性质,采用岩体强度计算公式、专家会议法和Hoek-Brown强度准则对断裂带深部岩体的力学特性进行了分析计算。研究表明:闹中断裂带岩性软弱,结构较破碎,预测坍塌失稳现象较突出,成洞困难,会发生一定程度的塑性变形;专家会议法主要考虑岩体性状的异同,Hoek-Brown经验公式主要基于声波纵波速随深度的变化,两种方法获得的断裂带深部岩体的力学参数值相差不大,可作为初步设计的依据。研究成果及方法可供类似工程借鉴。

脆性材料在压缩载荷作用下的断裂破坏准则

目前多裂隙材料在压缩载荷作用下的力学行为问题已成为当前断裂力学及岩石力学等学科的重要课题。选取位于同一直线上的多裂隙体,考虑裂隙(纹)表面间的摩擦力并应用复变应力函数,推出了裂纹应力强度因子的解析表达式。当只有两个裂纹或一个裂纹存在时,给出了准确的应力强度因子解析解。最后依据共线双裂纹模型和单裂纹模型及传统的裂纹断裂准则,建立了脆性材料在压缩载荷作用下的断裂破毁准则。在一些特殊情况下,这个准则可以简化,并且其简化后的准则具有应用价值,特别是当材料不含有宏观裂纹时,这个准则就和著名的库伦-摩尔准则相一致。

基于有限元计算的金属断裂准则的应用与分析

为获得金属各种断裂行为的有限元分析与实际情况的符合度,论述了金属材料在有限元分析中常见断裂的判断方法。介绍了断裂行为有限元分析关键技术和常见延性断裂准则,并提出一种获得金属断裂准则的方法,以及此方法在断裂行为有限元分析中的成功应用。介绍了断裂行为有限元分析过程中有限元网格的调整和重划分,有限元技术在挤压、金属切削、切断和精冲工艺中断裂行为的成功分析,得出断裂行为有限元分析中的关键因素。

韧性断裂准则与阀值选取的理论及试验研究

在金属冲切断裂的数值模拟中,韧性断裂准则和阀值的选取对模拟结果的精度有非常大的影响。通过对20钢棒材和管材试样进行拉伸试验,同时利用Deform有限元模拟软件对试验过程进行数值模拟,发现即使对于同一种断裂准则,两种试样得到的韧性断裂阀值也存在一定的偏差。并分别将六种断裂准则及得到的对应断裂阀值用于管端弧口冲切过程的模拟,结果表明只有Brozzo和Normalized Cockcroft&Latham这两种准则能较好的模拟出管壁的变形和毛刺的生成情况。通过试验验证了结论的有效性。