裂纹尖端疲劳塑性区研究

循环塑性区大小是疲劳断裂研究中非常重要的一个参数。本文运用数值方法,考察了不同塑性本构模型、有限单元尺寸、几何非线性、载荷比等参数对于裂纹尖端疲劳塑性区大小的影响。结果发现除塑性本构模型外其他参数对于裂纹尖端疲劳塑性区大小影响不大。同时对Ⅰ、Ⅱ型混合裂纹在多轴非比例载荷下给出了由Jiang和Kurath定义的疲劳塑性区,由于其定义与应力强度因子无关,可以适用于复杂疲劳载荷下的混合型裂纹。

桥梁结构钢裂纹塑性区的研究及应用

为了研究裂纹塑性对裂纹扩展的影响,利用工程简化算法、应力函数法、扩展有限元法对桥梁钢裂尖塑性区的尺寸和形状分别进行了计算;由于平面应力和平面应变情况下尾迹场循环塑性的特性不同,利用不连续扩展有限元对两种情况下尾迹场的循环塑性和塑性累积进行了模拟分析,探讨了裂尖塑性区、循环塑性区的形成和尾迹场产生压应力的机理.研究结果表明:裂尖塑性区尺寸与应力水平(名义应力与屈服极限的比值)的平方成正比,当应力水平大于0.4时,裂尖塑性区尺寸需要考虑应力水平的影响;裂尖塑性区的形状以蝶形向前伸展,使裂纹尾迹场免受裂尖高应力场的拉伸作用,有利于裂纹闭合;裂尖塑性区存在材料的逆向流动,在循环塑性区裂纹表面的塑性累积产生压应力效应有利于裂纹提前闭合,这种塑性诱发的裂纹提前闭合对研究变幅加载、过载引起的裂纹扩展滞后有重要意义.

晶粒尺寸对65Mn钢疲劳裂纹扩展的影响

晶粒尺寸对低强度材料疲劳裂纹扩展的影响规律,业已清楚,但为数不多有关高强度钢的类似工作,却出现矛盾结果。本文使用不同晶粒尺寸和经不同温度回火,即具有不同强度水平的65Mn 钢试样,进行疲劳裂纹扩展试验。研究结果表明,随奥氏体晶粒粗化,两种强度水平试样,都具有降低 dα/dN,增加△K_(th)的相同规律,且△K_(th)、△K_T 与d^(1/2)存在线性关系,但高强度试样对晶粒尺寸影响的敏感性比低强度材料低。作者通过对循环塑性区尺寸 r_y^c 的估算,分析了组织因素尺寸■的含义,并指出马氏体对奥氏体的分割作用降低了■值。高温回火使马氏体界面消失,恢复奥氏体晶界的主导作用,是不同强度材料在晶粒尺寸影响敏感性差别的主要原因。

循环压载下缺口旁疲劳裂纹扩展

对承受循环压载的缺口试件的疲劳问题进行了试验和理论研究。结果表明，疲劳裂纹是在残余拉应力和循环压应力作用下萌生和扩展的，压塑性变形是裂纹萌生和扩展的必要条件。循环压载下仍存在着裂纹张开和裂纹闭合，其机理与拉伸循环下不同。以试验中采用的ＬＹ１２ＣＺ材料边缺口试件为例，提出了考虑裂纹闭合效应的扩展率计算模型，结果与试验吻合得较好。研究表明，“裂纹只有在张开的情况下才能扩展”的观点同样适用于压疲劳问题。

拉压循环载荷下正交异性钢桥面板肋-面板焊缝裂纹扩展分析

采用四步法计算了考虑循环载荷中压应力影响的正交异性钢桥面板的肋-面板焊缝表面裂纹扩展。第一步是基于正交异性钢桥面板的疲劳分析模型,计算肋-面板焊缝处的应力,第二步是通过肋-面板焊缝的三维局部模型,用Schwartz-Neumann交替法计算焊缝表面裂纹的应力强度因子分布,第三步是用二维断裂力学模型和增量塑性损伤模型,计算循环载荷中的压应力对裂纹扩展的影响,第四步是用第二步中的三维裂纹分析结果和第三步中的二维断裂力学模型得到的裂纹扩展公式,计算钢桥面板的肋-面板焊缝表面裂纹扩展。计算结果表明,对应于正交异性钢桥面板肋-面板焊缝处的循环应力,本文所用模型的裂纹尖端反向塑性区导致裂纹扩展率增加50%以上。研究结果为正交异性钢桥面板肋-面板焊缝裂纹的疲劳寿命分析提供了研究基础。

循环进尺对巷道围岩稳定性影响的数值模拟分析

结合某矿地质条件,运用FLAC^(3D)数值模拟软件,对不同循环进尺下的围岩变形及巷道松动圈进行研究,得出不同循环进尺下,巷道顶、底板移近量、塑性区分布规律,确定4 m为合理的循环进尺,提高了循环进尺确定的科学性。

基于DIC的304奥氏体不锈钢裂纹尖端塑性区研究

对压力容器常用材料304奥氏体不锈钢进行疲劳裂纹扩展试验,采用数字图像相关(DIC)技术,结合理论研究疲劳裂纹尖端塑性区应力-应变场。首先,基于DIC技术获取不同峰值载荷下的疲劳裂纹尖端应变场,获得了循环加载过程中裂纹尖端的循环应变范围;其次,结合塑性叠加理论对疲劳裂纹尖端区域进行划分,计算循环塑性区、单调塑性区尺寸;最后,根据DIC获得的裂纹尖端循环应变范围计算相应的循环应力范围,以此建立疲劳裂纹尖端的循环应力-应变关系。该研究实现了304奥氏体不锈钢疲劳裂纹扩展过程中裂纹尖端循环应力-应变关系的试验表征,满足疲劳裂纹扩展研究需要。

基于VMCOD确定裂尖反向塑性区尺寸的方法

为了及时掌握动态变化的裂尖塑性区尺寸,以承受交变拉伸载荷作用的含有中心穿透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变化量确定动态变化的裂尖反向塑性区尺寸的简便方法.以理想弹塑性材料的无限大板为基础,通过理论分析和有限元数值计算,建立了裂尖反向塑性区尺寸与裂纹最大张口位移变化量之间的函数关系,并研究了模型尺寸、裂纹长度、弹性模量、屈服极限和应力比等因素对函数关系的影响.研究结果表明:提出的方法能够消除这些因素的影响,适用于应力比大于等于0交变载荷作用的任意材料的有限平板模型.