聚碳酸酯板Ⅰ型裂纹尖塑性区实验研究

用国产聚碳酸酯板,制成中心Ⅰ型裂纹试样,在同步坐标偏光仪中测量了不同载荷水平下裂纹尖的塑性区尺寸rp,所得实验结果与Irwin塑性区模型和Dugdale塑性区模型进行了比较.结果表明:裂纹尖塑性区尺寸rp分三个阶段依次吻合于Irwin平面应力模型、Irwin平面应变模型和Dugdale模型.     

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.      

Ⅰ型裂纹稳定扩展裂尖塑性区研究

运用FRANC2D/L软件分别对6.35 mm和2 mm两种厚度Arcan试件的Ⅰ型裂纹稳定扩展进行数值计算,研究了该软件的网格划分技术对计算结果的影响,发现该软件的计算精度主要受裂纹区的网格密度影响（当裂纹面单元与裂纹每步扩展单元尺寸一致时,计算精度好）.通过分析有效应力,研究了材料、裂纹扩展长度及试件厚度对裂纹尖端塑性区尺寸的影响.研究结果表明,材料的屈服应力越大,其裂尖塑性区尺寸越小;塑性区尺寸随裂纹扩展长度的增加,先增大后趋于不变;塑性区的形状与板厚或边界有关,6.35 mm厚的母材及3种焊接板材塑性区成扩散型,2 mm厚的母材成Dugdale模型,25.4 mm以上厚度母材成平面应变模型;裂纹启裂时,塑性区随着厚度的增加而减小,最终不变.     

压应力对疲劳裂纹闭合的影响

采用Ｄｕｇｄａｌｅ－Ｂａｒｅｎｂｌａｔｔ模型分析了压缩载荷对疲劳裂纹闭合的影响。在裂纹张开载荷和闭合载荷的确定过程中运用了解析函数形式的异积分方程理论。分析和相应的数值计算表明：（１）压缩应力对疲劳裂纺闭合的影响程度取决于压缩应力幅值与材料屈服应力之比；（２）在疲劳裂纹扩展分析中考虑压缩应力的影响是必要的。     

基于疲劳累积损伤的弹塑性裂纹扩展分析

根据裂尖疲劳损伤累积导致材料破坏的观点,发展了一个弹塑性疲劳裂纹扩展模型. 假设在裂纹前缘HRR场内存在一个高应变区,该区长度x*等于材料常数D、其塑性 变程是△尹,由N区朋on公式求出对应于△a*的疲劳破坏循环数N白,则疲劳裂纹扩 展速率就是x‘/N,。新模型建立了材料低周疲劳特性与弹塑性裂纹扩展规律之间的 联系。由模型计算得到的弹塑性裂纹扩展速率与实验结果的比较表明,二者吻合良 好。      

各向异性常数对裂尖塑性区及断裂性能的影响

应用Ｈｉｌｌ屈服准则研究了正交异性含裂纹无限大板裂尖塑性区，讨论了各向异性常数对塑区及断裂性能的影响，并指出了各向异性常数在正交异性板设计中的应用。     

Ⅰ—Ⅱ复合型平面应力裂纹光塑性实验研究

用聚碳酸酯中心斜裂纹板试样,进行了Ⅰ－Ⅱ复合型平面应力裂纹光塑性实验。文中描述了裂纹的起裂过程,测量了裂纹扩展方向上的塑性剪应变,得到了塑性剪应变分布曲线。     

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。     

超密实沥青混凝土Ⅰ - Ⅱ复合型裂纹扩展研究

为了研究低温地区超密实型沥青混凝土内部Ⅰ - Ⅱ复合型微裂纹扩展规律,基于Eshelby等效夹杂理论和最大周向应力断裂准则,建立了当复合型裂纹发生失稳型扩展时其内部微裂纹偏转角β与应力场之间的关系,并确定了扩展方向;建立沥青混凝土细观离散元模型,考虑沥青混凝土的黏弹性,分析了内部微裂纹β对复合裂纹扩展的影响规律. 研究结果表明:对二维平面问题,β的变化主要引起裂纹在沥青混凝土中分布状态的变化,在极大程度上造成了沥青混凝土的宏观有效弹性模量和剪切模量在时域内的减小;在常荷载作用下,β的增大造成了宏观裂纹孕育和扩展历程的缩短,还致使复合型裂纹由Ⅰ型裂纹逐渐转变为Ⅱ型裂纹;β的增大不仅使裂尖域内应力场发生一定偏转,而且导致裂尖域内应力场和衰坏区的减小.      

混凝土翼裂纹损伤区与断裂区边界方程探讨

应用西多霍夫损伤模型和断裂力学耦合分析方法,探讨了单向受压的翼形裂纹,推导出混凝土翼形裂纹损伤区与断裂区的边界方程,确定了混凝土翼裂纹初始损伤区和断裂区的径向尺寸,最后确定了不同翼裂纹倾角的起裂点坐标,为研究混凝土翼裂纹的扩展提供了新的可行性思路。     

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。     

爆炸焊复合材料断裂行为的研究

本文通过标准 COD 试验,研究了 B 30+QT 钢复合材料的焊接接头中裂纹不同取向时的断裂行为。提出了界面附近的“裂纹尖端塑性区畸变”模型。利用扫描电镜研究,得出结论:复合界面处的剪切破坏是“裂纹抑制”作用的重要原因之一。     

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.     

表面裂纹的裂纹张开位移计算

本文将线弹簧模型扩展用于计算表面裂纹的裂纹张开位移。应用余能方法以及二维 静止单边裂纹的纵剖面假定,得到了半解析形式的单边裂纹的全塑性CM习D、coD及 CTOD表达式。采用该方法对受均匀拉仲的半椭圆表面裂纹平板进行了计算,所得弹 塑性CTOD与实测值吻合较好。      

基于构型力断裂准则的骨料干涉作用分析

为研究沥青混凝土内部裂纹初始构型（如裂纹初始偏转角,空间位置）的改变对裂纹扩展路径以及裂纹扩展方式的影响,以裂尖构型力为断裂准则,通过扩展有限元XFEM建立具有不同初始构型的裂纹模型,模拟裂纹经过单骨料和非对称双骨料的情况;从裂纹扩展路径和裂尖构型力变化等方面分析骨料干涉作用下裂纹初始构型对裂纹扩展的影响.结果表明：1）在单骨料干涉作用下,裂尖构型力随骨料与初始裂尖夹角的增大而逐渐增大,表明骨料对裂纹扩展的干涉作用逐渐减弱,当其超过60°后,骨料对裂纹扩展的干涉作用可忽略不计;2）在非对称双骨料干涉作用下,随着骨料圆心连线与x轴夹角的增大,双骨料对裂纹扩展干涉作用愈加明显,当其大于45°时,裂尖构型力明显偏小,即骨料对裂纹扩展表现出“止裂”效果;3）当裂纹初始偏转角发生改变时,单骨料与非对称双骨料对裂纹扩展的干涉作用具有相似性,其裂尖构型力随偏转角增大呈现先增加后减小的趋势;4）当偏转角为45°时,裂尖构型力偏大,意味着裂纹趋于非稳定状态,骨料对裂纹扩展的抑制效果较弱,致使骨料对沥青混合料抗裂性能的提高受到一定限制.     

界面裂纹尖端场的有限变形分析

采用完全非线性弹性理论，研究了两类不同压缩材料形成的界面裂纹尖端场，通过将裂纹尖端场划分为收缩角区和扩张角区，得到并求解了裂尖场的渐近方程，揭示了应力、应变场所示的奇异特性。     

基于应变梯度的微切削第一变形区几何分析模型的研究

应用应变梯度塑性理论构建了微切削第一变形区的力学模型,在此力学模型的基础上提出了第一变形区几何尺寸的分析预测方法和影响因素,得出当材料的内禀长度l越小,即材料相对均匀时,第一变形区厚度赿小.当切削厚度增大时,第一变形区的长度增大.设计了正交切削实验来验证模型的有效性,实验结果表明随着进给量的增大,第一变形区厚度减小而第一变形区的长度反而增大.     

Ⅰ—Ⅱ混合型裂纹相变增韧分析

采用压力敏感准则和权函数法相变增韧陶瓷Ⅰ－Ⅱ混合型裂纹的增韧效应进行了理论预测,分别给出了静止裂纹和定常扩展裂纹相变塑性屏蔽的理论表达式。结果表明：相变对静止裂纹有负屏蔽效应,并随KⅡ／KⅠ的比值增大而增大;对定常扩展裂纹的增韧结果除与材料弹性模量、相变尾区高度和相变体积分数和有关外,还随KⅡ／KⅠ的比值增大而减小。     

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。     

含半无限界面裂纹压电材料反平面问题的基本解

研究了含半无限界面裂纹的两个横观各向同性压电材料组成的二维固体，将位移函数和电势函数分别用两个满足控制微分方程的级数表示，得到了在反平面状态下的变形和平面内电场作用下电弹场的基本解，为数值解法求应力强度因子提供了基础，并且得到了场强度因子，结果表明，在裂尖，电场强度、应变、应力、电位移均具有奇异性。