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.      

Fracture Mechanics for a Mode Ⅲ Crack in a Piezoelectromagnetic Material

Analytical solutions for a Griffith crack inside an infinite piezoelectromagnetic medium under combined mechanical-electrical-magnetic loadings are formulated using integral transform method. The singular stress, electric and magnetic fields in the piezoelectromagnetic material are obtained by the theory of linear piezoelectromagneticity. Fourier transforms are used to reduce the mixed boundary value problems of the crack, which is assumed to be permeable, to dual integral equations. The solution of the dual integral equations is then expressed analytically. Expressions for strains, stresses, electric fields, electric displacements, magnetic fields and magnetic inductions in the vicinity of the crack tip are derived. Field intensity factors and energy release rate for piezoelectromagnetic material are obtained. The stresses, electric displacements and magnetic inductions at the crack tip show the traditional square root singularities; and the electric field intensity factor (EFIF) and the magnetic field intensity factor (MFIF) are always zero.     

Fracture Mechanics for a Mode Ⅲ Crack in a Piezoelectromagnetic Material

Analytical solutions for a Griffith crack inside an infinite piezoelectromagnetic medium under combined mechanical-electrical-magnetic loadings are formulated using integral transform method. The singular stress, elec tric and magnetic fields in the piezoelectromagnetic material are obtained by the theory of linear piezoelectromagneticity. Fourier transforms are used to reduce the mixed boundary value problems of the crack, which is as sumed to be permeable, to dual integral equations. The solution of the dual integral equations is then expressed analytically. Expressions for strains, stresses, electric fields, electric displacements, magnetic fields and magnetic inductions in the vicinity of the crack tip are derived. Field intensity factors and energy release rate for piezoelectromagnetic material are obtained. The stresses, electric displacements and magnetic inductions at the crack tip show the traditional square root singularities; and the electric field intensity factor （EFIF） and the magnetic field intensity factor （MFIF） are always zero.     

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。     

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。      

三维应力奇异单元自动生成的通用算法

用1/4奇异单元模拟裂纹尖端奇异性已经成为断裂力学数值计算的重要手段.目前三维奇异单元主要是靠人工手动生成奇异节点,然后再生成单元,这种方法工作量大、效率低,尤其是对复杂结构或裂纹形状更是难以实现.这里研究了各种形状三维奇异单元自动化生成的通用算法,并编制了计算程序,最后通过算例验证了算法的正确性.     

钢桁架桥斜拉杆螺栓裂纹尖端三维应力场研究

运用有限元分析软件建立了钢桁架桥三维仿真模型,研究受拉力最大的斜拉杆螺栓裂纹尖端空间应力场,分析了主拉应力、应力强度和van Mises应力沿三个方向的变化规律,并拟合得到离面约束因子Tz与r/t（距裂尖距离/板厚）之间的关系式.研究结果显示裂纹尖端应力集中现象突出,应力集中系数大于4;裂纹表面与内部的扩展前沿不一致,斜拉杆翼缘板偏桁架外侧裂纹扩展更快,易在螺帽内形成具有隐蔽性的类椭圆裂纹;三维应力约束的影响范围在板厚的60%以内.     

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...     

基于 FLAC 的半刚性沥青路面结构力学响应分析简

为了深入分析半刚性基层沥青路面反射裂缝的破坏机理,文章运用有限拆分软件建立计算模型,在车辆正载和偏载作用下,分析含LSPM层的典型复合基层路面结构内沥青面层层底的力学响应,并比较半刚性基层开裂前后面层层底在裂缝尖端区域应力场的变化,以期为工程应用提供理论依据。     

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.     

Study on toughening on crack prevention of jointed rock masses with different pre-stress anchor cables

The major reason of the failure of jointed rock-mass is the formation of the plastic zone near the crack tip of I-II mixed crack which leads to the growth, propagation of the branched crack under load condition. In the paper, the failure judgment of mini-plastic zone??s displacement is derived by the Mises yielding rule. The anchor cable is simulated by the different link elements and inflicting pre-strains according to the difference of mechanism of the consolidated segment and free segment. The stress and strain fields near crack tip of twain collinear cracks of different angles and consolidated conditions are simulated by iso-parametric element with eight nodes. The iso-parametric element with eight nodes is degenerated to singular element at crick tip to simulate crack. It is shown that the mini plastic zone??s displacement near the crack tip begins to increase, then decreases with the increase of the angle of the crack. The better consolidated condition is, the smaller the angle of crack tip is when the mini plastic zone??s displacement near the crack tip arrives at the biggest value. The mini plastic zone??s displacement near the crack Tip 2 is bigger than that near the crack Tip 3. The crack is easier to failure with the increase of load.     

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。     

Mode Mixity for Orthotropic Interface Delamination in Laminated Composites

The mode mixity is defined based on nonoscillatory strain energy release rate components of delamination between two different orthotropic materials to evaluate the delamination behavior of laminated composites.The result showes that the relative location of the delamination through the thickness influences the mode mixity in a relatively well-regulated way,and that the reinforcement directions of the adjacent plies along the delamination front have a more complicated impact on the mode mixity.This is caused by the bending/twist coupling and bending/bending coupling in the stress field at the crack tip for delamination between multidirectional plies,which completely modifies the stress and strain fields ahead of the crack tip.These kinds of couplings account for the non-uniform distribution of mode mixity values along the delamination front.Application of appropriate mode mixity values is necessary for accurate prediction of delamination growth.     

跨越结构层的反射裂缝扩展过程参数影响分析

基于ABAQUS有限元软件和断裂力学分析理论,采用离散裂缝长度模拟反射裂缝扩展过程,针对裂缝由基层底扩展并跨越至面层顶时,不同结构层参数对裂缝尖端应力强度因子影响进行了分析,并通过工程实例进行了结构层参数优化设计计算。结果表明：在荷载作用下,基层底部往上存在一定范围的受拉区,受拉区裂缝将受到张拉和剪切的混合型作用,面层和基层参数的增大都会引起张拉型应力强度因子的增大,对早期裂缝控制不利;裂缝扩展后期,适当增大基层模量、厚度以及面层厚度可减小剪切型应力强度因子,其中适当增加面层厚度较明显;在防治反射裂缝扩展方面,在保证路面其他控制条件下,应选择较低的面层模量;工程实例的优化设计计算验证了前述结论。     

沥青路面裂纹扩展数值模拟及影响因素分析

应用线弹性断裂力学理论结合同时考虑交通与温度载荷的有限元方法来研究沥青路面裂纹扩展路径.采用1/4等参奇异性单元模拟裂纹尖端的应力奇异性,运用窗口移动技术模拟裂纹扩展路径,并发展了沥青路面裂纹扩展模拟程序.应用该程序模拟了不同荷载作用位置下路面结构中表面和基层底面裂纹的扩展情况,同时研究了路面结构层模量组合对沥青路面裂纹扩展的影响.模拟表明,该方法能较好地模拟裂纹扩展行为,有助于更好地了解沥青路面的开裂行为.     

沥青路面裂纹扩展数值模拟及影响因素分析

应用线弹性断裂力学理论结合同时考虑交通与温度载荷的有限元方法来研究沥青路面裂纹扩展路径.采用1/4等参奇异性单元模拟裂纹尖端的应力奇异性,运用窗口移动技术模拟裂纹扩展路径,并发展了沥青路面裂纹扩展模拟程序.应用该程序模拟了不同荷载作用位置下路面结构中表面和基层底面裂纹的扩展情况,同时研究了路面结构层模量组合对沥青路面裂纹扩展的影响.模拟表明,该方法能较好地模拟裂纹扩展行为,有助于更好地了解沥青路面的开裂行为.     

半刚性基层沥青路面反射裂缝机理分析

在分析半刚性基层沥青路面反射裂缝成因的基础上,应用有限元方法计算了竖直荷载、水平荷载、层间粘结程度、面层模量以及基层模量等参数对裂缝尖端应力的影响,并讨论了土工格栅材料防治反射裂缝的效果,对沥青路面寿命评估以及反射裂缝的防治具有一定的借鉴意义。     

旧水泥路面沥青加铺层反射裂缝应力分析

通过建立旧水泥混凝土路面沥青加铺层有限元模型,应用ANSYS软件计算分析了车轮荷载位于最不利位置时反射裂缝的受力特性,并根据断裂力学理论研究了在不同影响因素下应力强度因子K的变化。计算结果表明:在荷载和温度作用下,控制着路面裂缝扩展的应力强度因子KⅠ和KⅡ随着沥青加铺层厚度的增加呈减小趋势;同时,裂缝尖端的应力强度因子将随着沥青加铺层模量的增加而增大;此外,降温幅度和轴载的变化对加铺层抗裂性能也有较大影响。     

半刚性基层表面裂缝影响因素

为了减缓半刚性基层表面收缩裂缝,应用有限元软件ABAQUS,通过建立8结点等参单元有限元模型,对影响半刚性基层表面裂缝产生的各因素进行了力学分析。计算结果表明：材料的温缩系数越大,对降温的敏感性就越强;材料的干缩系数越大,对失水率的敏感性就越强;基层表面裂缝尖端的应力强度因子与基层温缩系数、干缩系数和基层弹性模量呈线性增长关系。故在基层的设计和施工中,应减小混合料的温缩系数及干缩系数;在强度达到要求的情况下,结合料含量取低限;基层铺筑7d内应避免重车碾压,需加强洒水养生和保温、保湿等措施。     

发动机悬置软垫断裂过程的有限元模拟

根据最大周向拉应力准则，应用ANSYS参数化设计语言编写的宏命令程序，对发动机悬置软垫的断裂过程进行了模拟，得出了2种步长时裂纹前进的裂尖位置及相应的裂纹轨线。