Effect of Pre-loading on Short Fatigue Crack Growth at a Notch

Results indicate that under cyclic tension the growth rate of short fatigue crack from notch root will be lowered greatly by tensile pre-loading,but only a little change by compressive pre-loading. The effect of tensile pre-loading will decrease with the increase of stress ratio.The variation of short fatigue crack growth rate is related to the residual stress distribution around notch root.

The Plane Stress Crack-Tip Field for an Incompressible Rubber Material

The crack-tip field under plane stress condition for an incompressible rubbermaterial￣[1] is investigated by. the use of the fully nonlinear equilibrium theory. It isfound thai the crack-tip field is composed of two shrink sectors and one expansion se-ctor. At the crack-tip, stress and strain possess the singularity of R￣(-1) and R￣(-1n), respec-tively, (R is the distance to the crack-tip before deformation, n is the material const-ant). When the crack-tip is approached, the thickness of the sheet shrinks to zerowith the order of R￣(1.4n). The results obtained in this paper are consistent with that ob-tained in [8] when s→∞ .

应力场强计算裂纹应力强度因子的方法研究

探讨通过应力场强得到应力强度因子的方法,并以典型的四类平面裂纹状态为例,着重探讨各类平面裂纹如何应用该方法计算应力强度因子。结果显示,所提方法能快速地求解各类裂纹布置的应力强度因子,可为断裂力学中裂纹扩展、断裂判断问题以及疲劳多裂纹问题的研究提供良好的支持。

预测疲劳裂纹扩展的多种理论模型研究

大多数工程断裂是因疲劳而引起的,所以金属材料的低周疲劳和裂纹扩展速率性能一直受到安全设计部门的关注。长久以来,国内外学者在建立金属材料低周疲劳行为和裂纹扩展速率性能之间的关系方面进行了多材料和多角度的研究。基于平面应力裂纹尖端小范围屈服应力应变场和疲劳裂纹扩展失效准则,提出用于I型疲劳裂纹扩展速率的预测模型。针对国内外相关工作的研究,基于平面应力裂纹尖端小范围屈服应力应变场和疲劳裂纹尖端循环塑性区内的应变能失效准则,提出一个可用于I型疲劳裂纹扩展速率的预测模型。借助已发表的15种金属材料对应的低周疲劳和裂纹扩展速率性能数据,详细分析和比较所提出的预测模型与其他6种预测模型的预测规律和结果。研究表明,所提出的预测模型能够预测更广泛的金属材料疲劳裂纹扩展速率,并且较其他6中预测模型更符合安全设计的理念。

偏心切口对棒料裂纹起裂和扩展的影响

为促进棒料裂纹的起裂和缩短裂纹的扩展时间,提出将偏心切口应用于低应力下料技术中。运用有限元分析和ZHENG-HIRT疲劳裂纹扩展速率公式,探讨偏心切口对棒料V型槽应力集中效应和疲劳裂纹扩展时间的影响。研究结果表明:在起裂阶段,偏心切口尖端一周各点的应力集中效应分布不均匀,在偏心切口最深处应力集中效应显著增强,为此处的局部起裂创造了更有利条件;在裂纹扩展阶段,名义切口偏心距e/b在0~0.12范围内,随着e/b增大,疲劳裂纹扩展时间显著下降,但e/b>0.12后,疲劳裂纹扩展时间变化趋势趋于平缓,综合考虑下料时间和偏心切口加工,选取e/b=0.12为最佳值,下料时间随切口偏心距的变化趋势与理论上得到的疲劳裂纹扩展时间随切口偏心距的变化趋势一致。从断面质量而言,并不是e/b越大越好,但从总体看,有偏心切口时的断面质量比没有偏心切口的断面质量好。

爆炸载荷下边界锐V型切口尖端裂纹扩展行为

为了研究爆炸应力波作用下板条边界锐V型切口端部的动态扩展行为,采用动态焦散线实验方法,进行了爆炸载荷下板条边界锐V型切口端部裂纹扩展规律的实验研究。研究结果表明,爆炸应力波作用下,板条试件边界锐V型切口端部的扩展过程中,裂纹扩展速度、加速度和切口端部动态应力强度因子随时间是波动变化的。扩展速度最大值达到210m/s,裂纹扩展加速度最大值为9.47Mm/s2,切口端部动态应力强度因子KdⅠ最大值为0.6MN/m3/2。

周边切口试件裂纹稳态扩展过程的动力学有限元分析

建立了以实测的平均载荷 P作为试件端面的力边界条件 ;以实测的tid 和 a(t)作为运动边界条件 ,将周边切口短圆柱试件简化为左右对称且轴对称的精细有限元模型 ;成功地、较真实地模拟了冲击加载下裂纹稳态扩展的运动过程 ;进一步论证了在起裂时的围道 ^J(t)积分和裂纹稳态扩展时修正的围道 ^J(t)积分在裂尖稍远处是守恒的 ;计算得到的阻力曲线与试件尺寸无关 ;模拟了裂纹起裂及稳态扩展时的变形场和应力场的演化过程 。

刚性一粘弹性材料界面Ⅱ型裂纹准静态扩展的渐近解

在准静态扩展条件下 ,研究了刚性—粘性材料界面Ⅱ型裂纹尖端场的分布问题 .通过量级分析得出在粘性、弹性变形同时占主导地位时 ,应力、应变具有相同的奇异性量级 .推导了问题的控制方程、界面连接条件 ,求得了裂纹尖端应力场的渐近解 ,讨论了材料参数对场分布的影响 .由于在非稳态扩展中稳态场是占主导地位的 。

采用Paris公式描述缺口表面裂纹扩展速率的条件

通过两种材料的缺口表面裂纹扩展规律的实验研究和非线性有限元的数值计算,指出只有当缺口裂纹冲出缺口的非线性应力场,由线弹性断裂力学所确定的应力强度因子成为裂纹扩展的驱动力时,Paris 公式方可用于表征缺口表面裂纹扩展速率.为工程应用需要,提出当 n′>0.2和表面裂纹长度2c>1mm 时,Paris 公式可以应用于描述缺口表面裂纹的扩展速率.

断裂力学的工程应用

脆性破坏是零件失效的主要形式之一,传统的防脆断方法要么很保守要么照样产生脆性破坏.从断裂力学的角度讨论带裂纹体在实际工程中的应用.

断裂力学法研究多轴疲劳裂纹扩展的速度

若对裂尖附近的单轴应力场应用叠加原理,则可合成多轴裂尖应力场分布;由裂尖处材料微元体在合应力下的破坏应当服从第四强度理论,则导出多轴作用下的等效应力强度因子;借用Paris公式的形式,则导出了一个多轴疲劳裂纹扩展速度的等效公式;这个公式应当具有工程上的意义。

幂硬化材料扩展裂纹的有限元分析(英文)

目的研究幂硬化材料中定常扩展裂纹的裂尖场性质．方法采用Euler模式在小范围屈服条件下对幂硬化材料中平面应力定常扩展裂纹的裂尖场进行了弹塑性有限元分析．结果针对硬化指数n＝12的幂硬化材料，有限元计算给出了扩展裂纹裂尖的主塑性区形状、裂纹张开位移和裂尖应力场的角分布．结论数值计算结果表明其与现有的渐近分析解符合较好，验证了分析解．

含缺陷流变性材料破坏理论的两项最新成果

用两个例子简要地介绍了连续介质力学和离散介质力学应用于含缺陷流变性材料破坏理论的最新成果

双向应力场下对接接头裂尖应力强度因子研究

裂纹尖端的应力强度因子K是判断裂纹扩展和结构断裂的重要参数,准确描述对接接头焊趾附近裂纹尖端的应力强度因子,在研究焊接接头裂纹扩展速率中显得尤为重要.以对接接头为研究对象,考虑焊接残余应力、压弯双向应力等对应力强度因子的影响,提出了适用于双向应力场下裂纹尖端的应力强度因子计算公式,并对该公式进行验证.结果表明,修正的应力强度因子计算公式更能准确预测疲劳裂纹扩展速率.

双裂纹尖端应力场及其扩展规律研究

以平阴黄河大桥为研究对象,采用含双裂纹尖端的钢桁架桥精细断裂力学分析模型,在与单裂尖同样的结构系统和外荷载作用下,并施以同样的循环荷载次数和扩展规则模拟其扩展过程,研究双裂纹尖端的三轴应力场、J积分和扩展速率,并与单裂尖的对应值进行比较。

基于模态频率的V型缺口梁裂纹扩展速率模型

针对机械结构裂纹扩展预测问题,研究了基于模态频率下降率的V型缺口梁裂纹扩展速率模型。设计了V型缺口梁的疲劳裂纹扩展实验系统,完成了4个试件的模态频率和裂纹扩展实验测试。基于实验结果,讨论了影响V型缺口梁裂纹扩展行为的因素,应用Pairs模型拟合了V型缺口梁的裂纹扩展速率方程,探讨了模态频率下降率与应力强度因子的关系。结合模态频率下降率与裂纹扩展长度及循环加载次数的关系,建立了基于模态频率下降率的裂纹扩展速率模型。结果表明,V型缺口梁的裂纹扩展速率随模态频率下降率增加单调递增,裂纹尖端的应力强度因子幅值也随模态频率下降率增加单调递增,基于模型预测的裂纹扩展速率与实验结果基本吻合。所提出的基于模态频率的裂纹扩展速率模型有助于梁的裂纹扩展监测。

不同类型缺口对管材精密下料过程中微裂纹萌生的影响

针对管材的精密下料问题,对管料外表面不同类型环状缺口的缺口效应进行了研究,并对管料环状V型缺口根部应力场的参数进行了分析,确定了缺口张角、缺口深度和缺口根部底角半径是影响环状V型缺口根部应力场的3个主要参数,并推导出了适合管料下料的管料V型缺口参数的数学表达式。提出了管材疲劳断裂精密下料缺口的设计,并分别对表面带有环状V型缺口试样、环状U型缺口试样、朝着与背着下料端方向45°的不对称V型缺口试样4种缺口形式进行了数值模拟计算,得到朝着下料端方向45°不对称V型缺口和环状V型缺口这两种缺口形式是比较适合的缺口形式,并对每种缺口在相同实验条件下产生的裂纹扩展长度做了相关试验研究,试验结论和数值模拟结论相吻合。

三维切口/裂纹结构的扩展边界元法分析

在线弹性理论中,三维V形切口/裂纹结构尖端区域存在多重应力奇异性,常规数值方法不易求解.本文提出和建立了三维扩展边界元法(XBEM),用于分析三维线弹性V形切口/裂纹结构完整的位移和应力场.先将三维线弹性V形切口/裂纹结构分为尖端小扇形柱和挖去小扇形柱后的外围结构.尖端小扇形柱内的位移函数采用自尖端径向距离r的渐近级数展开式表达,其中尖端区域的应力奇异指数、位移和应力特征角函数通过插值矩阵法获得.而级数展开式各项的幅值系数作为基本未知量.挖去扇形域后的外围结构采用常规边界元法分析.两者方程联立求解可获得三维V形切口/裂纹结构完整的位移和应力场,包括切口/裂纹尖端区域精细的应力场.扩展边界元法具有半解析法特征,适用于一般三维V形切口/裂纹结构完整位移场和应力场的分析,其解可精细描述从尖端区域到整体结构区域的完整应力场.作者研制了三维扩展边界元法程序,文中给出了两个算例,通过计算结果分析,表明了扩展边界元法求解三维V形切口/裂纹结构完整应力场的准确性和有效性.

复合应力状态下裂纹形成的行为

以应力场强法为基础，研究非对称缺口构件的裂纹形成部位和寿命，提出了应力场强函数σＦＤ，σＦＤ该函数既考虑了危险部位处的应力值，又考虑了其附近损伤区的应力和应力梯度对裂纹形成的贡献。

一类不可压缩材料平面应力问题的裂纹尖端场

本文采用完全非线性弹性理论，研究了一类不可压缩橡皮类材料￣［１］在Ⅰ型荷载作用下的平面应力问题。指出裂尖变形由两个收缩区和一个扩张区三部分组成。裂纹尖端应力、应变分别具有Ｒ￣（－１）、Ｒ￣（－１／ｎ）的奇异性，当趋近裂尖时，厚度以Ｒ￣（１／４ｎ）的方式趋于零，ｎ为材料常数。