压电陶瓷非线性断裂的有限元分析

提出了一个简单的包含有极化反转及电饱和影响的压电材料的本构模型。在此基础上实施了非线性有限元分析,并以局部Ｊ积分作为断裂准则,导出了作用电场与断裂载荷的关系曲线,其趋势与Ｐａｒｋ和Ｓｕｎ的实验观察现象相一致。     

Reproducing Kernel Particle Method for Non-Linear Fracture Analysis

To study the non-linear fracture, a non-linear constitutive model for piezoelectric ceramics was proposed, in which the polarization switching and saturation were taken into account. Based on the model, the non-linear fracture analysis was implemented using reproducing kernel particle method （RKPM）. Using local J-integral as a fracture criterion, a relation curve of fracture loads against electric fields was obtained. Qualitatively, the curve is in agreement with the experimental observations reported in literature. The reproducing equation, the shape function of RKPM, and the transformation method to impose essential boundary conditions for meshless methods were also introduced. The computation was implemented using object-oriented programming method.     

岩石压剪裂纹水力劈裂分析及裂纹面方向计算

水力劈裂技术在岩土工程中应用越来越广泛,但自然界中的水力劈裂可能会引发地质灾害,因此,水力劈裂机理研究已成为岩土工程中的热点问题。通过利用断裂力学理论对水力劈裂时裂纹的扩展问题进行研究,推导了基于最大周向应力理论的裂纹起裂角及临界水压的计算公式,分析了压剪复合断裂时临界水压力与裂纹面方向之间的关系,在此基础上得出了压剪断裂时最易于发生水力劈裂的裂纹面位置。     

岩石压剪裂纹水力劈裂分析及裂纹面方向计算

水力劈裂技术在岩土工程中应用越来越广泛,但自然界中的水力劈裂可能会引发地质灾害,因此,水力劈裂机理研究已成为岩土工程中的热点问题。通过利用断裂力学理论对水力劈裂时裂纹的扩展问题进行研究,推导了基于最大周向应力理论的裂纹起裂角及临界水压的计算公式,分析了压剪复合断裂时临界水压力与裂纹面方向之间的关系,在此基础上得出了压剪断裂时最易于发生水力劈裂的裂纹面位置。     

铁道车辆运行安全评判的轮对爬轨脱轨准则

为了掌握车辆爬轨脱轨机理及主要影响因素,分析了轮对的三维空间受力,推导了轮轨横向力和垂向力比值的一般表示式,假设车轮在达到最大轮缘接触角时为脱轨的临界状态,并认为这时轮轨间出现完全摩擦滑动,导出了不考虑轮对摇头角的临界脱轨判别的二维准则与考虑轮对摇头角和轮轨蠕滑率效应的三维脱轨判别准则,给出了轮轴脱轨系数的定义,采用轮轴脱轨系数和轮重减载率进行脱轨的判别。仿真计算结果表明:二维脱轨判别准则与三维准则相比偏于保守;摇头角越小甚至变负,越有利于防止脱轨,摇头角越大,三维准则的临界脱轨曲线越接近于二维准则的;减小轮轨摩擦系数与增大轮缘角均有利于防止脱轨的发生。     

车身粘接结构断裂失效准则改进

为了解决现有失效准则无法满足粘接结构真实失效预测的问题, 利用试验测试与仿真分析相结合的方法建立一种基于应力的断裂失效准则; 设计了5组典型拉剪比的ISR-7008/铝合金粘接接头, 并对5组不同拉剪比的粘接接头进行准静态拉伸试验, 获得了初始断裂载荷与最大断裂载荷, 确定了胶层断裂失效点的起始位置; 建立了粘接接头的仿真模型并在仿真模型中施加初始断裂载荷, 提取出5组典型拉剪比的接头失效区域内初始断裂点的各种应力; 通过对失效点的各种应力进行比值和线性组合处理, 得出等效应力计算公式, 基于该等效应力计算公式建立适用于粘接结构的初始失效和后续失效统一的失效准则; 设计了验证试验方案, 通过对比试验结果和仿真结果, 分析了失效准则的有效性。分析结果表明: 在75°嵌接接头中, 仿真分析获得的失效载荷为1 717.6 N, 试验测试获得的失效载荷为1 936.4 N, 试验和仿真的相对误差为11.3%;仿真结果与试验测试的胶层失效过程基本吻合, 验证了本文建立的失效准则的有效性。建立的基于应力的失效准则实现了粘接结构初始失效准则和后续失效准则的统一, 可以较为准确地预测复杂应力状态下粘接接头的失效过程, 并且该失效准则解决了弹性粘接剂厚胶层的仿真问题, 为工程实际应用中的粘接结构强度设计提供了一定参考。      

柔性纤维混凝土的新K_R阻力曲线和双K断裂参数的试验研究

基于徐世烺和H.W.Reinhardt提出的虚拟裂缝扩展粘聚力的新阻力曲线和双断裂准则,以聚丙烯纤维混凝土为例,对柔性纤维混凝土的阻裂机理进行试验研究和理论分析,总结出柔性纤维对于混凝土的阻裂作用规律,可供同行参考。     

大理岩真三轴单面卸荷条件下加卸载试验研究

为了准确地评价巷（隧）道开挖面附近围岩的稳定性,采用真三轴卸荷扰动岩石测试系统对大理岩岩样进行第三主应力单面卸荷加、卸载试验研究. 通过高应力巷（隧）道开挖围岩失稳机理分析,采用不同应力加卸路径模拟能量积聚型和应力集中型两种物理工程破坏模型,进一步分析两种破坏模型的应力-应变曲线规律、破坏特征和强度特征. 研究结果表明:随着卸荷面应力的减小出现扩容现象,主要破坏面在临空面附近,随着轴压的升高,劈裂破坏范围增大,卸荷临界值也增大;随着围压增高,屈服点和峰值点增大,并且屈服点和峰值之间的曲线斜率较为平缓,破坏由局部张拉-劈裂-剪切复合性破坏发展成整体劈裂破坏;同围压条件下卸荷破坏强度是加载破坏强度的80%,岩体卸荷比加载更容易破坏,进而修正了广义Hoek-Brown强度准则.      

Forchheimer方程参数量化及达西—非达西转变临界点

为探究岩体裂隙中水流的运动规律,基于真实岩体材料建立裂隙渗流模型,对裂隙中的渗流状态及渗流参数进行了研究.区别于水泥、玻璃、亚克力、钢材等常见非石材类材质,选用天然大理石岩块为基材构建单裂隙渗流模型,开展不同隙宽(0.77、1.18、1.97、2.73 mm)的渗流试验,考察压力损失与流量的关系,探讨达西—非达西流转变的临界点及Forchheimer方程的参数量化问题.研究结果表明:隙宽为0.77 mm时压力梯度与流量基本呈线性达西关系,随着隙宽和流量的增大,二者呈现出明显的非达西特征,可用Forchheimer方程描述;Forchheimer方程的粘滞项和惯性系数均可表达为隙宽的幂函数,引入雷诺数对惯性项系数进行修正可以减少误差;提出以压力梯度-流量曲线的斜率变化特征来判断达西—非达西流临界点的方法,并在本试验中得到了验证.     

An Experimental Study on Bogie Frame of a High Speed Electrical Locomotive

For the dynamics of wheel/rail and car body, lightweighting of bogie frames is one of main concerns of designers. Lightweighting of the bogie frames may reduce the fatigue strength and life, especially in heavy haul and high-speed conditions. In this work, full-scale fatigue and fracture experiments are performed to meet the design requirements of bogie frame of a high-speed electrical locomotive. Multi-axial stress-states of some dangerous points are found both in service and numerical calculation. The Von-Mises equivalent stress criterion is used to evaluate the strength. Then crack initiation and propagation detected during the test are described. The reason why the crack growth rate may become slow in the weld structure of the bogie frame is explained using a residual stress concept. Miners accumulative damage rule and P-S-N curve are used to predict the life of the bogie frame under fatigue and fracture tests. The experimental approach and theoretical analysis give satisfactory results and design information.     

T应力在转变温度下对断裂韧度的影响

引入T应力,利用有限元计算出应力强度因子和T应力.将T应力和应力强度因子结合起来描述转变温度下的断裂韧度.根据实验结果,给出了T应力和转变温度之间的简单关系式.然后,利用此简单的关系式,建立转变温度和断裂韧度之间的关系.实验结果显示,用结合了T应力断裂韧度的判据比较准确地预测了转变温度下的断裂韧度.     

宽顶堰淹没标准阀值的计算探讨

从水力学基本原理出发 ,利用笔者提出的临界淹没理论 ,对宽顶堰淹没流态判别进行探讨 ,得到了与现行经验判别标准符合良好的宽顶堰淹没标准阀值的理论计算公式 ,可供堰流理论研究和实际工程设计参用 .     

An improved ductile fracture criterion for fine-blanking process

In order to accurately simulate the fine-blanking process, a suitable ductile fracture is significant.So an evaluation strategy based on experimental and corresponding simulation results of tensile, compression, torsion and fine-blanking test is designed to evaluate five typical ductile fracture criteria, which are widely-used in metal forming process.The stress triaxiality and ductile damage of each test specimen are analyzed.The results show that none of these five criteria is sufficient for all tests.Furthermore, an improved fracture criterion based on Rice and Tracey model, taking the influence of both volume change and shape change of voids into account, is proposed.The characterization of this model for fine-blanking process is easily done by the tensile test and the prediction result shows good.     

地下工程裂隙型涌水超前注浆治理方法

针对地下工程裂隙型涌水超前注浆问题,通过钻探获取裂隙频率信息,并采用分段压水试验的方法,对围岩的渗透系数进行了测定;采用数理统计方法对所测数据进行分析,获得其统计规律;借助于涌水量计算理论,依据设计时确定的涌水量容许值,计算得到了所需封堵裂隙宽度的最小值,为注浆材料的选择提供依据;根据所选注浆材料分析了浆液扩散规律并确定了注浆方法与注浆参数;采用流动维度理论对注浆过程中PQT曲线进行了分析,并通过开挖检验对注浆封堵效果进行了评估. 研究结果表明:拱顶与侧壁无明显渗水,涌水量小于0.01 m3/h,达到了渗漏水控制标准以及注浆封堵的目标;实际开挖后的涌水量比预测值低50%,误差在合理范围内.      

建筑结构钢焊接接头断裂特性的小型穿孔试验评价

对建筑结构钢焊接接头不同区域的小型板状试样，在７７－２７３Ｋ进行了系列温度小型穿孔试验，测定了断裂吸收功－温度曲线及韧脆转变温度，并与常规冲击试验中的韧脆墨迹温度进行了比较。     

黄土地基-群桩基础-桥墩滞回特性模型试验研究

采用拟静力试验对黄土地基-群桩基础-重力式桥墩进行了大比例尺模型试验研究.通过在墩顶施加水平往复荷载,获得了桩、土及桥墩整体结构的滞回曲线及骨架曲线,并指出了该骨架曲线可简化为3部分组成,同时也探讨了低承台桩基础的破坏机理及耗能能力.     

高墩大跨径弯桥在悬臂施工阶段刚构的非线性稳定分析

以非线性稳定理论为基础,以高墩大跨径弯桥悬臂施工阶段的结构稳定性为研究对象,利用有限元法对其在悬臂施工阶段荷载状态各工况分别进行考虑材料非线性和结构大变形与材料非线性的双非线性稳定性分析,计算了不同工况、不同曲线圆心角、不同墩身长细比、不同系梁个数的刚构桥在悬臂施工阶段非线性稳定系数和悬臂端位移,对计算结果进行了分析,归纳出高墩大跨径弯桥悬臂施工阶段非线性稳定荷载系数和悬臂端位移与桥梁曲线圆心角、墩身长细比及系梁个数的关系。结果显示:非线性稳定荷载约为特征值屈曲荷载的35%,弯桥曲线圆心角对非线性稳定荷载系数和悬臂端位移的影响更为突出,多个系梁对悬臂施工的稳定并非有利。     

Investigation on blanking of thick sheet metal using the ductile fracture initiation and propagation criterion

In metal forming processes such as sheet blanking, severe plastic deformation localizes in a narrow shear band near blanking clearance, and ductile fracture occurs at the final stage. Because the combinations of large nonlinear strain localization, displacement discontinuity and ductile fracture brought obstacles to numerical simulation, a ductile fracture initiation criterion model and an elasto-plastic finite element method (FEM) were presented to simulate localized severe plastic deformation. Initiation and propagation of cracks were treated by deletion-and-replacement approach. The distributions and developing trends of effective strain and damage were predicted, the influence of blanking clearance on fracture was discussed, and an experiment was performed to explore the forming mechanism.     

基于断裂力学原理的石拱桥裂缝允许灌浆压力研究

基于断裂力学原理,从简单ANSYS断裂模型出发,计算石拱桥砌石裂缝在不同灌浆压力作用下的缝端应力强度因子,再依据裂缝扩展准则工程判据,分析整段灌浆的允许灌浆压力以及不同分段灌浆长度下的允许灌浆压力,为压力灌浆修补裂缝技术提供理论支撑。     

软化指数对混凝土断裂过程区尺度的影响

应用Muskhelishvil 应力函数全场解,根据幂指数函数描述的混凝土拉应变软化模型导出断裂过程区（ FPZ）过程值及临界值的解析表达式,分析了在最大拉应变强度理论下软化指数对FPZ过程值及临界值的影响。结果表明：混凝土FPZ过程值及临界值都随着软化指数的增加而增加,不同泊松比下变化规律相近。