T应力作用下的J积分理论研究

T应力是表征裂尖应力场所必需的物理量之一,在其作用下J积分的性质有待研究。推导了J积分在考虑T应力情况下的表达式,采用数值模拟方法在Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅰ+Ⅱ复合型加载工况下对该表达式进行验证,给出一种基于J积分的裂尖应力场参数计算方法。理论推导证明,J1积分的路径守恒性不受T应力影响,但J2积分的数值与积分路径起止点到裂尖距离r的平方根之间满足线性关系,J2-r曲线的系数与T应力相关。有限元仿真结果表明,试样裂纹长度对J积分的影响较为显著,网格尺寸对J积分计算结果的影响很小;相同载荷工况下,不同尺寸试样的J积分数值不同,但J2-r曲线的变化趋势与理论推导的表达式相符;在Ⅱ型和Ⅰ+Ⅱ复合型载荷工况下,T应力的求解精度较高,而在Ⅰ型载荷工况下,J2≈0,受舍入误差等因素影响,求解精度降低。

《断裂与疲劳》课程改革的一点思考——J积分

哈尔滨工业大学本科课程《断裂与疲劳》是工程力学专业本科生必修的一门专业课,本文J积分章节为例,针对《断裂与疲劳》课程体系、教学内容与教学方法进行了探索与思考,以形成以学生为中心的课程学习体系为目标,对课程改革进行初步探讨。

裂纹初始角度对球形压力容器的裂纹应力强度因子与J积分的影响

使用相互作用积分法讨论了不同的裂纹初始角度对球形压力容器裂纹尖端的应力强度因子与J积分的影响。结果表明:在同一裂纹初始角度β下,Ⅰ型应力强度因子K_(Ⅰ)、Ⅱ型应力强度因子K_(Ⅱ)随着裂纹尺寸比2a/h的增大而增大;在不同的β下,K_(Ⅰ)、K_(Ⅱ)随着2a/h的变化趋势相同;当β增大时,K_(Ⅰ)增大,K_(Ⅱ)先增大后减小,J积分、等效应力强度因子K_(e)随之增大,且K_(Ⅰ)在K_(e)的变化规律中起决定作用。

纳观尺度下非线性断裂问题的原子J积分方法研究

在宏观尺度非线性断裂力学研究中,J积分是一个至关重要的参数,表征了裂尖奇异应力场的强度。然而,当材料尺寸减小至纳观尺度时,已有研究表明连续介质断裂力学框架下的J积分准则将不再适用。在此前提下诞生了原子J积分的概念。通过考虑纳观尺度下的裂纹面非零应力,本文建立了含裂纹面线积分项的等效区域积分形式原子J积分公式。通过引入分子静力学模拟,本文在J积分计算中使用了原子结构的真实应力场和位移场,并采用新的积分方案以解决离散非均匀应变系统位移梯度的定义问题。一系列算例证明了原子J积分方法在连续介质断裂力学已发生失效的极小尺度下仍具有有效性。

J积分与断裂力学数值方法

在弹塑性断裂力学中,J积分起着非常重要的作用,决定着裂纹尖端场的性质,是裂纹发展的重要判据。本文讨论了J积分与相互作用J积分的有限无数值方法以及提取应力强度因子的方法,并给出有限元数值方法算例。

用弹塑性有限元法对焊接接头裂尖场J积分的研究

采用平面应力弹塑性有限元法研究了中心裂纹板焊接接头裂尖场J积分参量及其应用的可行性。数值分析采用MARC软件的二维弹塑性分析模型 ,探讨了不同强度匹配 (高、等、低匹配 )的焊接接头试样在加载过程中裂尖场J积分的变化情况。计算结果表明 ,靠近焊接接头裂纹尖端的J积分回路具有明显的路径相关性 ,而远离裂尖的J积分回路表现出路径无关性。焊接接头强度匹配因子M对裂纹尖端的J积分值有很大的影响。对应于每一个载荷P P0 ,J积分的值随着M的增大而减小 ,特别是当P P0 >1.0时这种情况更明显。

采用J积分对沥青混合料抗裂性能进行评价

沥青混合料是一种由集料、胶浆和孔隙组成的非均质材料,一般被认为是一种粘弹性材料,其力学行为介于弹性和塑性之间,采用弹塑性断裂力学更适合评价沥青混合料的抗裂性能.J积分理论可以避开分析裂纹尖端附近复杂的应力应变场,物理意义明确,可以有效的评价沥青混合料的抗裂性能,断裂韧度JC可以很方便的采用预切缝的半圆弯拉试验直接获得.为了评价材料本身特性对断裂韧度JC影响,在MTS试验系统上进行了3种级配的沥青混合料的断裂韧度试验.采用基于数字图像处理技术的有限元方法对半圆弯拉试验进行了模拟,并将数值模拟的结果与试验的结果进行了对比分析.结论表明,断裂韧度JC可以作为一有效的评价沥青混合料抗裂性能的指标.

本构方程对橡胶材料裂纹尖端J积分有限元分析结果的影响

以电子万能试验机得到的橡胶材料的应力-应变曲线为原始数据,在Abaqus有限元分析软件中拟合了17种高弹性本构方程,对比了各本构模型的拟合结果和稳定性,分别将其作为材料模型,对含裂口的纯剪切试件裂纹尖端的J积分进行分析,并将计算结果与实验数据进行了对比。研究表明,本构模型对于裂纹尖端的J积分数值影响较大,各个模型的分析精度有所不同,故在橡胶材料的有限元分析中需要特别注意材料模型的选取。

焊缝区中裂纹的J积分失效评定曲线的研究(二)

本文以焊缝横向裂纹为主,利用热模拟法测试到的焊缝区各部分材料性能,以CCP试样为模型,采用弹塑性有限元J积分计算并得到J积分失效评定曲线。研究了热影响区及焊缝中材料性能变化对失效评定曲线的影响,进一步论证了焊缝中裂纹失效评定曲线制定的方法。

固体火箭发动机药柱裂纹的J积分分析

为了探讨某固体火箭发动机药柱纵向裂纹在点火增压时的稳定性,采用三维粘弹性有限元法,在三维J积分圆柱围道曲面内裂纹尖端,构建奇异三维裂纹元,提高模拟精度,分别计算了随裂纹扩展所对应裂纹深度的J积分,并根据J积分随裂纹度变化规律,探讨裂纹的稳定性。研究表明,发动机点火发射时药柱前翼槽出现的纵向裂纹最为危险。

任意应力应变关系材料J积分估算的等效原场应力法

在EPRI弹塑性断裂分析工程方法 (J积分等于弹性J积分及塑性J积分之和 )及其给出的用Jp 表达式中的全塑性解的基础上 ,文中导出以等效原场应力σeff为参量的塑性J积分Jp 的计算式及J积分计算式 ,这一方法被称为J积分估算的等效原场应力法。该方法具有下列几个优点 ,①J积分计算精度几乎和EPRI工程方法的J积分计算精度相等。②可用于任何应力应变关系的材料 ,包括Ramborg Osgood关系材料和任意单调加载非ROR关系材料 ,例如长屈服平台钢。计算过程相当简便 ,计算结果精确。

不同裂纹位置焊接接头J积分有限元数值分析

针对焊接接头中母材、焊缝、热影响区的性能各不相同的问题,利用有限元方法,建立了焊接接头有限元计算模型,编写了J积分有限元计算程序。计算结果表明,在平面应变和平面应力两种状态下,焊接接头三个不同裂纹位置的J积分值与全母材和全焊缝材料的J积分值均不相同,但具有一定的规律性;裂纹分别处于焊接接头不同位置时的J积分有限元计算结果也不相同。根据各种情况下的有限元计算结果,结合焊接结构安全评定的工程实际提出了指导意见和建议。

推进剂贮存容器J积分安全评定与寿命预测

为了估计裂纹对推进剂贮存容器寿命可靠性的影响,基于J积分和按重要度原则的概率失效准则,结合材料的断裂韧性J1C和疲劳裂纹扩展速率试验,利用概率断裂力学方法PFM(Probability Fatigue Method),分别建立了推进剂贮存容器概率安全评定模型和寿命预测模型。最后以LD10贮存容器为例,说明推进剂贮存容器概率安全评定与寿命预测过程,并利用Rcakwitz-Skov和Mont-Carlo方法计算其可靠性与剩余寿命。

焊缝区中裂纹的J积分和失效评定曲线的研究(一)

本文用弹塑性有限元的方法对16MnR母材及焊接热影响区和焊缝组合的对接焊接接头中裂纹做了大量J积分计算,对16MnR材料及其焊接接头中裂纹的失效评定曲线进行了研究,探讨了焊缝和焊接热影响区对失效评定曲线的影响,提出了焊缝区裂纹可采用的工程失效评定曲线制订方法。

含缺陷结构J积分工程估算方法研究进展

随着以COD理论为基础的断裂评定方法被以弹塑性J积分理论为基础的断裂评定方法所取代,在工程实际应用中迫切需要简便、可靠的J积分估算方法。本文介绍了几种J积分工程估算方法,提出了当前这些估算方法存在的问题,讨论了今后的发展方向,为进一步发展含缺陷结构断裂评定方法提供帮助。

基于有限元理论的HTPB推进剂Ι型裂纹J积分数值模拟

为研究HTPB推进剂含裂纹试件的断裂性能,开展了推进剂松弛试验和含Ι型裂纹试件J积分试验,拟合得到了HTPB推进剂的松弛模量,计算了推进剂试件起裂点的J积分值。建立了推进剂含裂纹试件的有限元模型,应用等效积分区域法计算了推进剂试件含不同长度Ι型裂纹起裂点的J积分值,与实验值进行了对比。结果表明,建立的HTPB推进剂试件有限元模型是正确的,应用等效积分区域法计算的J积分值与实验值之间相对误差不超过10%。

高组配焊接接头表面裂纹J积分试验研究

实际构件中大量存在着半穿透型的焊接表面裂纹 ,对于这种力学性能不均匀三维裂纹体的弹塑性断裂力学参量 (例如J积分 )的探讨还比较缺乏。利用J积分直接测试方法以及适当的理论弹性修正 ,对存在于不同组配比的高组配焊接接头焊缝区的三维表面裂纹的J积分进行了试验研究 ,着重讨论了接头组配比对焊接接头试样加载过程中裂纹扩展驱动力 (J积分 ,裂纹嘴张开位移CMOD)、应变沿积分路径分布的影响。结果表明 ,焊接接头试样上应变的分布趋势取决于裂纹位置和组配比的综合影响 ;随载荷的增加 ,邻近焊缝的母材区将产生应变集中 ;并且 ,随组配比的降低 ,该区域的应变集中程度随之提高 ,而焊缝区的变形量随之降低 ,裂纹扩展驱动力增大。

三段幂次J积分计算方法的验证与改进(二)

本文提出了一种新的非Rambere-Osgood关系材料含缺陷结构J积分估算方法。该方法用多段幂函数表示材料的应力—塑性应变关系,然后用分段计算和迭加的方法计算J积分的塑性分量。文中用有限元素法对此方法进行验证,结果令人满意。

J积分法测量低碳钢Q235的断裂韧性K_(IC)

低碳钢 Q2 35是工程中广泛使用的材料 ,其断裂韧性是工程中进行裂纹监测的重要参数。用 Q2 35钢的标准试件在 MTS- 810疲劳试验机上 ,以 ASTM E813- 89试验标准为基础 ,采用三点弯曲实验方式 ,测量了 Q2 35钢的断裂韧性。

基于ANSYS的J积分计算与分析

介绍了J积分在ANSYS中的计算方法,并通过一个实例说明了J积分在ANSYS中的实现过程,将数值计算获得的J积分与应力强度因子之间的关系进行了比较分析,得出了与经典断裂力学中相同的结论。分析结果表明,采用ANSYS求解J积分是可行的,为以后材料断裂参量计算提供了一种有效的方法。