钢轨踏面疲劳裂纹扩展行为分析

根据试验观察的裂纹尖端特征,建立了钝形疲劳裂纹模型,以裂纹尖端位移为断裂参量,分析了U75V钢弹塑性情况下踏面疲劳裂纹扩展特性。结果显示：踏面疲劳裂纹尖端有较大的塑性区,应采用弹塑性断裂力学理论分析踏面疲劳裂纹的扩展行为;裂纹尖端滑动位移受轮轨力、轮轨摩擦系数和裂纹面摩擦系数影响,其中裂纹面摩擦系数对裂纹尖端滑动位移影响最大。裂纹尖端张开位移主要受轮轨力和轮轨摩擦系数影响。利用塑性复合系数分析踏面疲劳裂纹扩展特性,认为踏面疲劳裂纹主要以Ⅰ／Ⅱ复合型扩展方式扩展。     

Ⅲ型扩展裂纹的尖端场

以位移、应力函数为基本未知量,采用Ｍｉｓｅｓ屈服条件,对理想塑性材料中准静态扩展的Ⅲ型裂纹进行了分析。裂尖场分为三个区,即扇形区、弹性卸载区和均匀应力区,推导了渐近方程,并求得数学封闭解,由数值计算得到了各分区的角度值。结果表明应具有（ｌｎ（、／ｒ））＾２的奇异,与Ⅱ型裂纹的分区及应变奇异性一致。     

钢轨滚动接触疲劳多裂纹相互影响

通过X射线计算机断层扫描得到曲线外轨轨距角-轨肩多条滚动接触疲劳裂纹的内部形态,采用栅格法得到真实裂纹的开口和尖端边界点,建立真实裂纹形态数学模型。以我国某重载线路通过总重约62 MGT时小半径曲线外轨轨肩-轨距角裂纹为例,分析了多条裂纹存在下的裂纹尖端应力强度因子变化及裂纹数量对其的影响。结果表明:裂纹最容易沿与轨顶纵向呈10°～30°的角度向钢轨内部扩展;不论何种条件,K_Ⅰ始终小于零,表明此处裂纹不受张开效应扩展;轮轨接触斑以作用在裂纹中部的方式通过裂纹区域时,裂纹尖端各点的应力强度因子K_Ⅱ0,K_Ⅲ沿裂纹尖端从轨距角一侧到轨顶中心一侧呈由正到负的趋势,表明此时裂纹的扩展形式主要由滑开型和撕开型复合而成,且裂纹在轨距角扩展的部分扩展较快;多裂纹的存在会促进裂纹的滑开和撕开效应,该促进作用随裂纹数量的增加而增强。多条裂纹的存在会使得裂纹尖端的应力强度因子增大,中间裂纹受到两侧裂纹的影响较明显。在进行裂纹扩展预测时,应至少考虑3条裂纹。     

混凝土劈裂试件断裂过程的数值模拟

将Duan—Nakagawa模型解析得到的断裂过程区上的应力和位移场转化为节点上的无体积、无长度的虚拟弹簧代替拉应变软化曲线，对混凝土劈裂试件的断裂过程进行有限元数值分析。在算例中，把裂纹尖端张开位移与材料的极限抗拉强度作为控制裂纹扩展过程的参数，模拟了混凝土劈裂试件起裂、扩展、破坏的全过程，与试验结果吻合良好。     

对经典的Ⅲ型裂纹封闭形式弹塑性解的若干质疑

本文通过在裂纹线附近及裂纹面附近的分析表明，著名的Ｈｕｌｔ－ＭｃＣｌｉｎｔｏｃｋ封闭形式弹塑性解仅为在小范围屈服条件下一不恰当的特解。这一解在裂纹线附近的展式与线场的精确解存在较大差异；并且，这一解不能描述裂纹面附近的弹塑性场；此外，这一解导致了塑性应变的奇异性。     

各向异性复合材料内界面裂纹接触区尖端处的应力奇异性问题

在外载荷的作用下,各向异性复合材料内界面裂纹区呈现多种情况。本文应用Stroh公式讨论了裂纹尖端区的应力奇异性。     

异种材料结合界面附近裂纹尖端处应变分布的模拟试验研究

在非均质体断裂行为的研究中,作者等曾提出过“裂纹尖端塑性区畸变”模型本文设计了一种模拟试验,利用莫尔法获得了异种材料界面附近裂纹尖端处的应变分布,结果证明,在非均质体的分析中,传统的断裂力学的能量判据方法是不适用的.     

奇异性弹性场分析的新型超级奇异单元法综述

随着城市轨道交通高质量、高效率的发展要求,工程和机械设备的疲劳强度问题越来越受到重视。机械结构破坏起源于各种形式的缺陷,如裂纹、夹杂、孔洞等,而奇异性应力是材料缺陷处裂纹萌生的重要原因。新型超级奇异单元是基于奇异性位移场、应力场的数值特征解和Hellinger-Reissner变分原理构造的包含缺陷角部的特殊单元,其能够用于分析多种缺陷角部邻域奇异性弹性场。与其它奇异单元相比,新型超级奇异单元通用性强,无需任何过渡单元即可与常规单元连接,可以应用于任意楔形角和任意材料组合的奇异性应力场分析。文章主要综述了新型超级奇异单元在二维或三维中的裂纹尖端、夹杂角尖端、V型缺口角尖端、孔洞角尖端、多相材料界面角尖端的应用情况,对于如何使用该单元分析奇异性应力场具有一定的指导意义。     

不同爆炸加载参数下含裂纹试件的动光弹数值分析

采用动态光弹性的方法，对在不同爆炸加载参数下含裂纹试件的动态响应进行了研究，对爆炸过程，应力波传播规律及其对裂纹的影响进行了分析讨论。给出了应力波通过裂纹尖端时，其应力强度因子连续变化的规律；给出了改变爆炸加载参数及边界反射波对裂纹尖端应力强度因子的影响。     

基于X射线断层扫描的钢轨滚动接触疲劳裂纹形状建模方法

为建立钢轨滚动接触疲劳裂纹真实形状数学模型,采用X射线断层扫描技术,获得了钢轨轨距角-轨肩处的滚动接触疲劳裂纹的真实形态点云数据,提出栅格算法确定裂纹尖端和开口的边界点、三次B样条曲线拟合裂纹尖端、裂纹面与钢轨轨面相交确定裂纹开口的钢轨滚动接触疲劳裂纹形状建模方法。研究发现:栅格算法提取的裂纹边界特征点比凸包算法提取的裂纹边界特征点多,代表裂纹边界特征的凸点和凹点都识别,使得裂纹边界失真度更小;随着栅格边长减小,栅格算法提取出的裂纹边界点数量增加,减少了凸包算法的漏点问题。将提取好的裂纹尖端边界点分别用最小二乘法、Bezier曲线、三次B样条曲线等方法进行曲线拟合,发现三次B样条曲线拟合得到的裂纹尖端与真实裂纹最为接近,其数据拟合的偏差最大值和标准差均最小,由此获取了真实裂纹的尖端形状数学模型。     

用线场分析方法求解有限宽板Ⅲ型裂纹应力强度因子

通过线场分析方法，求得了经典加载下的Ⅲ型中心裂纹板条、边裂纹板条、受面外均匀剪切的偏心裂纹板条以及裂纹面受集中力的Ⅲ型中心裂纹板条的应力强度因子。     

Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹问题的Westergaard应力函数

对于Ⅰ型和Ⅱ型这样简单的裂纹类型，用Westergaard应力函数可以很简单地求解出应力场及位移场；对于Ⅰ—Ⅱ复合型的复杂裂纹类型，很难甚至不可能寻求其Muskhelishvili应力函数，文中试图给出一种探求其Westergaard应力函数的方法，找到两种应力函数之间必然的数理逻辑联系，将两者统一起来．     

钢箱梁角焊缝表面裂纹应力特征及影响因素分析

结合钢箱梁局部模型试件,针对角焊缝表面裂纹进行数值模拟,进行了裂纹尖端与裂纹前缘应力分布分析,并基于最大切向应力准则计算了裂纹面参考点的应力强度因子,最后结合疲劳裂纹实际扩展变化,考虑了不同裂纹形状对应力和应力强度因子的影响。分析结果表明:裂纹尖端存在严重的应力集中,裂纹区应力下降明显,裂纹前缘的应力水平与未出现裂纹时相同位置截面上表面应力水平相当;裂纹面受拉压应力,Ⅱ型和Ⅲ型应力强度因子基本为0,Ⅰ型应力强度因子总体上随着参考点角度的增大而逐渐减小;裂纹尖端应力与裂纹短长轴比基本呈线性增大关系,在短长轴比0.6以后增速减缓,随着短长轴比的增大,裂纹深度方向前缘处应力强度因子变化幅度较裂纹尖端处更大,与长裂纹区相比,短裂纹区这种差异性较明显。     

楔形体尖端近似场的非协调有限元特征法

提出了一个新的、基于位移的、分析平面楔形体尖端奇性应力场和位移场问题的非协调元FE特征分析法.该方法与过去原有求解裂纹尖端近似场的有限元特征分析方法有几点不同1)导出公式的出发点不同;2)单元形式为非协调元;3)楔形体尖端邻域内的位移场假定没有采用奇异变换技术.文中运用该方法给出了若干有关任意形状楔形体尖端附近近似奇性应力场和位移场分布的算例,其中,当然包括最重要的裂纹情形,此时楔形体张开角度为180°.所有的计算结果表明,本文方法较原有方法使用的单元少而且精度高.     

含垂直界面有限裂纹层状介质的断裂分析

研究层状介质含垂直于界面有限裂纹的断裂力学问题。利用积分变换方法，引入位错密度函数，导出了反映裂纹尖端奇异性的奇异积分方程组，并求得应于裂纹出现在层内，扩展到界面以及穿越界面形成反射裂纹等三种情况的奇异性系数。     

混凝土相场断裂模拟——影响裂纹宽度的因素

混凝土的断裂特性对工程安全起着关键作用.相场断裂法能方便地模拟出裂纹的动态扩展过程,利用UEL和UMAT子程序,实现混凝土相场断裂的Abaqus二次开发,分析了单元尺寸和长度尺度参数对三点弯曲混凝土梁裂纹扩展宽度的影响.研究结果表明:当单元尺寸足够小时,裂纹宽度将不再受单元尺寸的影响,裂纹宽度随长度尺度参数减小而减小.     

I型平面应力有限宽裂纹板弹塑性分析

采用线场分析方法对受单向均匀拉伸的理想弹塑性Ｉ型平面应力有限宽中心裂纹板条进行了分析，完全放弃了小范围屈服条件，得出了塑性应力场，塑性区长度，弹塑性边界单位法向量在裂纹线附近足够精确的解答。当板宽趋于无限大时，即可得到相应的无限大裂纹板的解答。     

边界元法结合裂纹闭合积分求二维裂纹应力强度因子

应用边界元法结合裂纹闭合积分求解二维裂纹应力强度因子。计算结果表明，本文方法优于常用的外推法，并且在裂纹尖端附近在区域布置特殊裂纹单元仍是必要的。     

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.      

铝合金熔焊气孔与裂纹交互作用模拟

为研究铝合金熔焊接头中裂纹与气孔交互作用对接头疲劳行为的影响,基于杂交多边形有限单元法（hybrid polygonal element,HPE）,构造了单独含椭圆洞和裂纹的多边形单元格式,建立了同时含裂纹和气孔的激光-电弧复合焊接铝合金接头的平面应力模型,研究了气孔的分布对焊根裂纹尖端场的影响.研究结果表明:在较为稀疏的网格模型下,HPE法数值解误差可控制在0.5%以内;焊缝下部的小气孔使得裂纹尖端标准化Ⅰ型和Ⅱ型应力强度因子分别增大2.15%和324%,增强效应明显,并且气孔与裂纹间距离越近,两者耦合作用愈强.