COD阻力曲线法及问题讨论

本文阐述了COD阻力曲线的原理,对于裂纹扩展量(△a)中包含伸张区时,从COD阻力曲线上确定δ_i值的方法作了证明,对COD阻力曲线的试验步骤作了一般介绍,并列出了两种不同材料在同一几何尺寸下的COD阻力曲线的试验结果。在本文的最后部分讨论了五个问题,即COD阻力曲线的物理含义;试样的几何尺寸与COD阻力曲线的关系;裂纹扩展量(△a)的量测计算问题,用弹性柔度法计算裂纹扩展量(△a)的问题,以及δ_R的计算问题等。     

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。     

BHW 35钢低周疲劳裂纹扩展速率和延性断裂韧度

本文对BHW35钢进行了两种几何形状试样、三种应变比和两种裂纹面取向条件下的低周疲劳裂纹扩展速率测定;还测定了BHW35钢经低周疲劳循环以后的表观启裂韧度J_i及J_R曲线的斜率dJ/da;提出了一种新的ΔJ定义来描述低周疲劳裂纹扩展速率。试验结果表明该项疲劳裂纹扩展速率不受试样几何形状、应变比和裂纹面取向等因素的影响;经低周疲劳后的J_i和dJ/da相应地都小于一次加载时的值,因此用一次加载的J_i和dJ/da值评定结构缺陷严重性可能偏于危险。     

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。      

用小试样边缺口等技术对结构钢及其焊接接头断裂韧度的研究

本文在用不同方法(多试样阻力曲线法,边缺口夏培试样法,小试样弹性柔度法,伸展区深度法,对15MnVN钢(其中包括一些其他的钢种)母材及焊接接头的断裂韧度试验的基础上,全面地探讨了焊接结构钢及其焊接接头断裂韧度评定的有关问题。     

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。     

热机械循环迭加对断裂寿命及断裂行为的影响

在分析热机械疲劳应力状态基础上，测定了热机械疲劳断裂寿命曲线，并研究了断裂特征行为对热机械循环迭加方式的依赖关系。蠕变裂纹萌生与疲劳裂纹扩展是在具有大应变幅的反相迭加条件下试样断裂主要机制。降低热循环范围的最低温度导致疲劳裂纹萌生及扩展，从而加速了穿晶疲劳断裂过程，降低了断裂寿命。晶界上分布的非金属夹杂物诱发沿晶开裂，但晶内夹杂物对穿晶裂纹扩展过程影响不大。减少或消除非金属夹杂物含量有益于提高工程     

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。     

E43厚钢板焊接接头的断裂韧性试验

根据BS7448断裂韧度试验标准,对常用的E43厚钢板进行了CTOD(裂纹尖端张开位移)断裂韧度试验,分别测试了在20℃室温条件下母材、热影响区、焊缝区的CTOD数值,测试验结果表明:母材、热影响区、焊缝区的CTOD特征值均大于允许值,工程结构断裂韧度符合要求。     

15MnVNq桥梁钢焊接接头疲劳裂纹及扩展行为的研究

采用GB6359-86规定的方法,运用数理坑计方法回归处理数据,归纳得出了15MnVNq桥梁钢的疲劳裂纹扩展中速区母材、焊缝和热影响区金属的Paris公式表达式,以及疲劳裂纹不扩展门槛值回归曲线△K_(th)(R)。并在疲劳断口微观形貌的研究方面进行了尝试,得到了二次裂纹影响疲劳裂纹扩展的证据。在残余应力影响紧凑拉伸(CT)试样疲劳裂纹扩展的研究方面也取得了进展。     

铸态珠光体球铁显微组织与疲劳性能的关系

研究了三种不同材质的球铁（ＱＴ６００－３、ＱＴ７００－２、ＱＴ７４０－３）的珠光体含量、石墨球化分级、球墨数和疲劳性能之间的关系。指出疲劳裂纹在珠光体中可以按照部分共析渗碳体片断裂模式扩展,此时的裂纹扩展阻力较大。     

高强钢疲劳裂纹扩展速率的仿真模拟分析

采用相互作用积分法通过ANSYS软件对疲劳裂纹扩展过程进行模拟,并求解应力强度因子。根据试验数据利用MATLAB确定指数模型相关参数,拟合得到指数模型疲劳裂纹扩展速率曲线。将ANSYS所得的应力强度因子与指数模型相结合得到的裂纹扩展速率曲线和指数模型拟合的速率曲线二者与Paris模型速率曲线对比。结果表明:仿真所得的应力强度因子与指数模型相结合所得疲劳裂纹扩展速率曲线比指数模型所拟合出的速率曲线更加贴近Paris模型,这对于分析同类材料的疲劳裂纹扩展速率提供了参考,对分析机械结构的疲劳可靠性具有重要意义。     

集中力作用下半无限长运动裂纹的分析

导出了集中力作用下半无限长运动裂纹的应力强度因子,建立了描述裂纹扩展速度较小时材料动态裂纹特性的数学模型,研究了材料动态断裂性能对裂运动的影响,得到一些有意义的结果。     

a-N曲线的四参数方程拟合

用目前普遍采用的三参数方程对 5组裂纹扩展a N试验数据进行拟合时发现 ,该方程对裂纹扩展全过程试验数据的拟合精度不高 ,特别是当N接近断裂寿命时误差变得很大。为此 ,提出了四参数方程 ,将确定方程中未知参数的问题化为求多元函数极小点的数学规划问题 ,用四参数方程来拟合裂纹扩展全过程a N试验数据时可得到比三参数方程更好的拟合精度。     

2205双相不锈钢焊接结构疲劳裂纹扩展速率研究

在不同应力比R下,采用标准SE(B)试样,在PLG -200高频试验机上对2205双相不锈钢的焊缝(WM)、热影响区(HAZ)和母材(BM)进行疲劳裂纹扩展速率试验,获得了2205双相不锈钢在各种应力比下的回归方程和扩展速率da/ dN与应力强度因子△K的关系曲线.结果表明:2205双相不锈钢焊接结构中焊缝裂纹扩展速率...     

移动荷载下含纵横向双裂纹沥青路面复合断裂特性

为了研究移动荷载作用下沥青路面的复合开裂的变化规律,基于断裂力学及有限元数值模拟方法,考虑沥青面层材料的粘弹性,分别研究了移动荷载作用下不同双裂纹间距、不同反射裂纹深度对面层top-down（纵向）、基层反射（横向）裂纹应力强度因子的影响,探讨了其开裂扩展特性,评估了不同移动荷载状态下面层top-down裂纹的断裂疲劳寿命.结果表明:移动荷载作用下,面层top-down裂纹以Ⅱ型扩展为主,在单裂纹及双裂纹间距为0时,分别对应其扩展最严重与最轻微情形,但双裂纹间距及反射裂纹深度对其扩展影响较小;对于基层反射裂纹,当双裂纹间距为400 mm时,最易发生Ⅰ、Ⅱ型开裂扩展,随着反射裂纹深度的增加,扩展程度也逐渐增大;不同移动荷载状态下的top-down复合型裂纹断裂疲劳寿命长短顺序为:高速最长,次之静态、低速制动最短,制动情形下的疲劳寿命仅为高速情形下的20.4%.      

基于XFEM的混凝土开裂数值模拟研究

扩展有限元法(XFEM)是近年来发展起来的分析不连续问题(特别是断裂问题)的一种有效方法。介绍了扩展有限元法的基本原理,给出了采用扩展有限元法进行混凝土开裂、裂纹扩展分析的方法,最后采用扩展有限元法模拟了含初始裂纹的混凝土试件和重力坝的开裂扩展过程,分析了其位移、应力场分布规律。算例表明扩展有限元法在进行断裂分析时克服了常规有限元法的缺点,避免了常规有限元法在分析断裂问题时繁琐的前处理过程,不需要裂纹面与有限元网格一致,不需要在裂缝周围布置高密度网格,模拟裂纹扩展过程时不需要不断地重新划分网格,展示了扩展有限元法在裂纹扩展分析中的独特优势。     

钢筋混凝土界面疲劳裂纹扩展模拟研究

界面脱粘是钢筋混凝土材料与结构的主要失效形式之一。基于剪切筒模型和常用疲劳加载方式，首先建立了循环荷载作用下钢筋与混凝土界面脱粘应力的计算模型；然后根据断裂脱粘准则，借助描述疲劳裂纹扩展的Paris公式，得到了脱粘界面疲劳裂纹扩展速率、扩展长度以及脱粘界面上摩擦系数与循环加载次数的关系；最后对处于循环荷载作用下的钢筋与混凝土界面进行裂纹扩展的模拟计算与分析。结果表明。摩擦系数的衰减程度是影响界面脱粘应力大小及裂纹扩展快慢的主要因素，而且材料的尺寸效应对界面疲劳特性的影响也不容忽视。     

鱼尾板裂纹扩展行为的试验研究

以50kg级鱼尾板的试验研究为例,分析了目前铁路干线常用鱼尾板的裂纹扩展速率da/dN和裂纹扩展门槛值△K_(th);提出了改善鱼尾板使用寿命,降低损伤和折断的措施。     

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.