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。     

含裂纹水泥混凝土路面的解析算法

水泥混凝土路面在使用过程中出现裂纹是一种常见的损坏形式。以断裂力学理论为基础,对含裂纹水泥混凝土路面进行了理论分析。将水泥混凝土路面视为Winkler地基上的弹性板,利用傅立叶积分变换,并通过引入位错密度函数建立奇异积分方程,推导出水泥混凝土路面含有垂直裂纹时裂纹尖端的应力强度因子的解析表达式。然后,再应用Lobatto—Chebyshev法求解奇异积分方程,得到应力强度因子的数值解。为了说明问题,以实际路面为例,给出水泥混凝土路面内部存在裂纹时裂纹尖端应力强度因子的计算结果,并讨论了影响应力强度因子大小的因素。     

反对称荷载作用下层状结构含垂直裂纹的应力强度因子

根据变形特点，设置位移模式，引入位错密度函数，建立了奇异积分方程组，并就裂纹出现在层内、扩展到界面以及穿越界面形成反射裂纹等三种情况进行了讨论，获得了裂纹尖端应力强度因子的解析表达式。最后利用正交多项式，给出了两层介质三种裂纹形成应力强度因子的数值结果。     

加铺层对旧水泥路面抗裂作用的理论分析

为分析加铺层对含裂纹水泥混凝土路面的抗裂作用,应用断裂力学方法建立了理论分析模型。将水泥混凝土路面视为Winkler地基上的弹性板,采用傅立叶积分变换,并通过引入位错密度函数建立了奇异积分方程,再应用Lobatto-Chebyshev法求解奇异积分方程,得到裂纹尖端应力强度因子的表达式及数值解。以实际的路面为例,对比有无加铺层时裂纹尖端的应力强度因子值,结果显示:加铺层使裂纹尖端应力强度因子减小,加铺层的厚度和弹性模量都是影响加铺效果的主要因素。     

基于相互积分的应力强度因子数值分析

应力强度因子可反映裂纹尖端弹性应力场的强弱,是解决结构疲劳断裂问题的重要参数。工程上常采用有限元分析软件对各种复杂裂纹体进行数值模拟进而求解断裂问题。有限元分析软件ANSYS提供后处理功能可直接计算各种断裂参数。借助ANASYS计算平台,分别采用传统的位移插值法和基于相互积分的数值方法可求得张开型二维及三维裂纹应力强度因子。将数值分析结果与二维裂纹的解析解和三维裂纹扩展实验的测量结果进行对比分析后发现,基于相互积分理论求得的应力强度因子更为精确,这种优势在三维裂纹数值分析中更为显著。     

复合式机场道面荷载型反射裂缝影响因素分析

为了考察结构参数对复合式机场道面荷载型反射裂缝的影响规律和显性关系,基于线弹性断裂力学理论和平面应变假设,应用ABAQUS有限程序首先分析了在反射裂缝扩展过程中结构参数对复合式道面裂缝尖端应力强度因子的影响,然后利用正交设计,选取结构参数作为考察因素,计算裂缝尖端应力强度因子,并进行极差和方差分析。研究表明：随着裂缝不断扩展,Ⅰ型应力强度因子不断减小,Ⅱ型应力强度因子不断增加;土基模量、面层厚度对Ⅰ型反射裂缝有显著影响,基层模量对Ⅱ型反射裂缝也有显著影响,加固地基是复合式机场道面结构设计中效果最明显的一种抗反射裂缝措施．     

Paris公式的修正

研究含裂纹构件在具有不同循环比与不同加载频率的疲劳载荷作用下Paris公式新的表现形式.运用修正的Paris公式,定量地计算出具有不同循环比与不同加载频率的疲劳载荷作用下直线裂纹和弯曲裂纹的扩展速率.综合考虑了疲劳作用应力,裂纹尖端应力强度因子的变化幅值,总结出修正的Paris公式的适用范围,检验了Paris公式的准确性和实用性.     

两种力偏置加载裂纹板的应力强度因子的新表达式

本文用求解有限宽板应力强度因子的裂纹线应力场方法，求出了两种集中力偏置加载裂纹板应力强度因子的新表达式。对中心裂纹板所得到的部分结果与常用手册值吻合较好；对偏心裂纹板所得结果是对手册的补充解。     

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。     

断裂力学中线弹簧模型的扩充

应用能量原理和断裂力学理论对原有的线弹簧模型进行了扩充，导出了线弹簧模型在两种以上荷载作用下，柔度与应力强度因子的关系式；分析讨论了钝裂纹尖端曲率半径和塑性区域对柔度变化的影响。     

基于ANSYS的轮轨接触疲劳分析

通过分析ANSYS求解断裂参数K因子的原理位移外推法,并比较ANSYS仿真计算与断裂力学的解析解结果,表明ANSYS计算K因子的精确度可以达到99.9%。对钢轨表面存在裂纹的轮轨接触疲劳问题进行研究,在不同裂纹角度下,获得不同位置的裂纹尖端应力强度因子。结果表明:随着裂纹角度的增加,应力强度因子KI增加而KII减小;在裂纹角度比较小时,裂纹以滑开型破坏为主,随着裂纹角度的增加,其破坏形式向张开型破坏转变;疲劳裂纹最危险的位置发生在接触斑边缘位置,在钢轨养护时,应选用固体润滑剂。     

铁路车辆ZG25钢铸件疲劳浅裂纹特性试验研究

通过试件试验，揭示了ＺＧ２５钢疲劳浅裂纹的长度与扩展速率和门槛值的关系，以及扩展速率与应力强度因子幅的变化关系。分析确定了ＺＧ２５钢的浅裂纹最大尺寸。用有效应力强度因子幅，并在其中引进材料的参数，作为裂纹扩展的控制参量，使浅裂纹和长裂纹的数据点处在同一个分布带内，即可用一个关系式来描述浅裂纹和长裂纹的扩展规律。     

弯曲载荷作用下工字形截面梁腹板中心穿透裂纹的应力强度因子

工字形梁是工程中最常见的结构之一。其中的任何裂纹都将成为结构断裂失效的隐患。带有裂纹的工字形梁是典型的三维有限边界问题,用经典方法求解其裂纹的应力强度因子通常是相当困难的。本文利用裂纹非自发扩展的能量释放率建立了一个求解弯曲栽荷作用下工字形截面梁中心裂纹的应力强度因子的一个新的方法。给出了工字形截面梁裂纹非自发扩展能量释放率G^*一积分与应力强度因子的关系,同时也给出了G^*一积分与载荷、几何参量以及机械性能参数的关系,进而得到工字形截面梁腹板中心裂纹的应力强度因子。     

基于Fe-SMA的钢桥面板疲劳裂纹装配式主动加固方法

为实现对钢桥面板的快速加固,提出了基于铁基形状记忆合金(Fe-SMA)的钢桥面板疲劳裂纹新型装配式主动加固的方法;通过精细化双面加固有限元模型计算结果及对初步激活与加载试验的观察,验证了加固系统安全性与可靠性;在此基础上以U肋对接焊缝的疲劳裂纹为研究对象,根据线弹性断裂力学,结合该疲劳细节受力与开裂特征,采用循环荷载作用下表面裂纹和中裂纹尖端的Ⅰ型裂纹应力强度因子幅值对加固系统的加固效果进行评价,确定了针对不同长度裂纹的具体加固方案。研究结果表明:基于Fe-SMA的钢桥面板疲劳裂纹主动加固方法可将裂纹尖端应力强因子幅值降低至扩展阈值以下,能有效遏制疲劳裂纹的进一步扩展;对于长度在50 mm以下的未贯穿型疲劳裂纹可采用宽度为60 mm的Fe-SMA进行加固,裂纹前缘关注点应力强度因子降幅达90%以上;当贯穿型疲劳裂纹长度为50~120 mm时,可采用宽度为120 mm的Fe-SMA进行加固;当疲劳裂纹长度为120~350 mm时,需采用底板、腹板同时加固的方法来对疲劳裂纹进行加固,均能达到理想的止裂状态。      

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。     

复合型裂纹应力与应力强度因子分析的位移间断法

采用复变函数方法严格导出了复合型裂纹线上应力分布与位移间断的关系式，然后利用这些关系式和裂纹尖端端站的奇性分析方法，就得到了应力强度因子与位移间断之间的表达式。     

基于Forman方程的随机疲劳长裂纹扩展概率模型

为了提高随机疲劳长裂纹扩展率预测精度,基于Forman方程,发展了随机疲劳长裂纹扩展概率模型及其参数测定方法,考虑数据分散性规律和试样数量对概率评价的影响,得到了包含存活概率曲线、置信度曲线和两者融合曲线在内的长裂纹扩展率关系曲线,在给定应力强度因子范围内,裂纹扩展率服从对数正态分布条件下,采用线性回归和极大似然法测定模型参数。对铁道车辆LZ50车轴钢裂纹扩展数据分析表明,该模型反映了材料断裂韧度对长裂纹扩展率的影响,克服了基于Paris-Er-dogan方程的概率模型在高应力强度因子范围预测偏于危险的缺陷,验证了该模型的合理性。     

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。     

穿透斜裂纹应力强度因子的简便计算法

本文对复合型裂纹等价变换其应力边界条件后,利用Westergaard应力函数求解应力强度因子,从而避免了采用普遍形式复应力函数求解的复杂运算,并给出了工程上常见受载形式的斜裂纹的应力强度因子。     

随机疲劳长裂纹扩展率的新概率模型

为实现在全应力强度因子范围合理进行结构安全性分析,提出了概全门槛值和断裂韧度的随机疲劳长裂纹扩展率的新概率模型。考虑了平均应力效应,以给定应力强度因子下裂纹扩展率服从对数正态分布为基础,考虑数据分散性规律和试样数量对概率评价的影响,将存活概率和置信度相融合,由线性回归结合极大似然原理确定概率模型的参数。通过对铁道车辆LZ50车轴钢试验数据的分析表明,模型从数学上良好描述了疲劳长裂纹从裂纹启裂到瞬时断裂的整个随机过程,比较Paris、Elber和Forman模型拟合试验数据表明,该模型相关系数最大,拟合效果最好。