平行于裂纹方向的载荷对结构J积分守恒性的影响

通过弹塑性有限元方法,分析了平行于裂纹方向载荷对结构J积分值及其守恒性的影响,得出双向拉伸载荷下,J积分与路径相关,且这种相关性随栽荷的增加而表现出一定步长与幅度的振荡。     

非稳态蠕变裂纹C（t）积分和J（t）积分的有限元分析

利用有限元法分析恒定载荷和非恒定载荷作用下的非稳态蠕变裂纹问题。数值结果显示,虽然J积分和C积分在非稳态蠕变条件下均是路径相关的,但它们与路径相关的强弱程度大不一样。J积分在短时蠕变和长时间蠕变条件下是路往无关的,而在过渡蠕变时期,其与路径也只是弱相关。C积分在长时间蠕变条件下是路径无关的,而在短时蠕变条件下,其与路径呈现一种强相关。根据J积分和C积分的路径相关程度,提出了确定裂纹尖端J积分和C积分的方法,并给出恒定载荷、线性载荷和指数载荷作用下的有关分析结果。     

弹塑性疲劳微弯裂纹CTOD及J积分问题

从理论上比较精确地研究了疲劳载荷作用下弯曲延伸裂纹尖端塑性区域边界上的交变正应力和交变剪应力的分布状况.综合考虑了疲劳作用应力、塑性区域交变正应力和交变剪应力,利用二阶摄动方法,研究分析了疲劳载荷作用下弯曲延伸裂纹尖端塑性区域的范围.利用二阶摄动方法与卡氏定理计算了疲劳载荷作用下弯曲延伸裂纹尖端张开位移的最大值及变化幅值.以弯曲延伸裂纹尖端塑性区域的边界曲线为积分回路,求解了疲劳载荷作用下弹塑性弯曲延伸裂纹尖端J积分的最大值与变化幅值.为有效地预测及驾驭疲劳载荷作用下工程结构裂纹的弯曲扩展提供了理论依据.     

正交异性复合材料板裂纹尖端J积分的理论探讨

本对线弹性正交异性复合材料单层板裂纹尖端附近的J积分进行了系统的理论研究。借助于复变函数方法，通过将J积分化为复形式，首先证明了弹性主方向的I型、Ⅱ型、混合型裂纹尖端附近的J积分的路径无关性，推出了该J积分的计算公式。其次对于非弹性主方向的受对称载荷作用、受非对称载荷作用的裂纹尖端附近的J积分给出了相应的结果。     

浅裂纹三点弯曲试件的J和r_p研究

本文应用位移分解法导出用于浅裂纹的 J 积分值计算式。通过五组不同 a/W 比值三点弯曲试件的断裂实验和有限元分析,研究了浅裂纹的 J 积分值和塑性转动因子 r_p。     

16Mn钢中心裂缝板的弹塑性有限元分析

本文根据实验测定的单向拉伸曲线对16Mn钢的340×340mm中心裂缝板进行了平面弹塑性有限元分析。发现16Mn的屈服平台干扰了J积分的路径无关性,但与卸载相比要小得多。考察表明,两种J积分定义之间存在近似等价性。因为在长度不同的裂缝周围的塑性区和应力应变场的几何相似性在相同的S下可以较好地表现出来,所以本文认为加载端变形时扫过的面积S是一个比载荷本身更为恰当的加载深度度量,并由此提出大板中不同长度裂缝的J积分间的换算关系式。     

双向载荷对半椭圆表面裂纹J积分的影响

利用三维弹塑性有限元, 计算了双向载荷下半椭圆表面裂纹不同路径Ｊ积分值, 并与单向载荷Ｊ积分值作了比较, 结果表明： 双向应力下Ｊ积分的守恒性不如单向应力下Ｊ积分的守恒性, 且半椭圆表面裂纹表面点Ｊ积分的近似守恒性较表面裂纹最深点处Ｊ积分的路径无关性好许多, 表面裂纹的最深点处Ｊ积分路径无关性已很难保证     

两种钢材COD及J积分值的实验研究

采用18CrNiWA和40Cr钢，用3种不同强度材料的试件，进行了一系列3点弯曲试件深裂纹和浅裂纹的OOD及J积分值试验，再次得出了浅裂纹的ODD和J积分值大于深裂纹值的结果．文中用滑移线场理论进行分析。得出浅裂纹的静水应力值要小于深裂纹值，从而造成浅裂纹的断裂韧度值大于深裂纹值的结论．并以双参数断裂理论分析得出a／W值的减小导致了T应力的减小，并由此导致裂纹尖端塑性区的增大．即浅裂纹塑性约束的减小，造成了浅裂纹的δi及Ji值明显高于深裂纹值的结果．文中还指出了其重要的工程实际意义．     

HY-130钢J-R曲线特性的研究

本文分析了具有同样厚度不同宽度的带侧槽(side groove)HY-130钢三点弯曲深切口(deep notch)试样的J-R曲线(即J-△α曲线)的特性。发现当裂纹在有限载荷下扩展相同长度时,愈宽的试样的J积分值较小。认为这种现象与裂纹尖端塑性区尺寸有着密切的关系。     

油气管道内部轴向表面半椭圆裂纹弹塑性断裂分析

对油气管道内部轴向表面半椭圆裂纹进行了断裂分析,提出了改进的J积分估算公式.首先,基于使用形变塑性的详细三维FE计算,列表给出了部分以径厚比、裂纹深度与长度比、裂纹深度与管壁厚比、R-O材料应变硬化系数和半椭圆裂尖位置等为变量的J积分全塑性解.然后,通过对这些全塑性解分析指出EPRI分析方法中的不足之处.最后,以本次FE计算为基础,给出了沿裂纹尖端基于GE/EPRI的J积分预测公式,并通过对计算公式、EPRI J积分估算公式与有限元计算结果的对比,说明提出公式的精确性,为油气管道的断裂评定奠定基础.     

含环向内裂纹圆筒和喷嘴角裂纹体的标准载荷

通过分析含环向内部裂纹圆筒和喷嘴角裂纹体的h_1～n曲线,获得了这两种裂纹体的标准载荷。给出了关于应变硬化指数n的拓宽范围内的J积分计算公式和所需数据。     

紧凑拉伸试样加载孔对裂纹的干涉作用

通过增量理论弹塑性有限元计算 ,对比分析了带和不带加载孔 CT试样 J积分之间的差异 .提出裂纹长度与试样宽度之比大于等于 0 .6时 ,可完全忽略加载孔对 J积分的干涉作用 .另外 ,采用 CT试样讨论失效评定曲线时也应考虑加载孔的干涉作     

用J积分计算平端刚性压头Ⅰ型触压应力强度因子

采用有限元法对平端的刚性压头压在半无限大的弹性平面上进行非线性接触分析,应用有限元分析软件ANSYS建模,计算围绕压头端点的J积分值,通过数值计算证明其守恒性,再根据J积分与I型触压应力强度因子（K_I）的关系得到K_I。数据结果表明,由J积分方法计算的K_I与理论值一致。最后应用J积分理论计算了有限厚度的板在刚性压头作用下的应力强度因子。     

非均质结构裂纹的J积分守恒性的理论研究(Ⅰ)

用数学分析方法论证了焊缝区有垂直裂纹时J积分的守恒性，又用弹塑性有限元方法进行了数值验证．首次提出了J积分与路径有关的理论证明，为J积分在压力容器缺陷安全评定的应用提供了必要的依据．     

发动机曲轴箱轴承座裂解加工数值分析

预先精确计算裂解力参数,对于裂解设备设计及工艺过程的制定至关重要。应用MSC.MARC软件对捷达轿车发动机主轴承座(以RuT380材料为例)起裂过程进行数值模拟,得出了裂解力与J积分的关系曲线。根据J积分值与断裂韧性的关系,确定了临界J积分,采用线性插值的方法获得了裂解力,并进行了实验研究。实验结果表明:此方法也适用于不同结构、不同材料的其他分体类零件裂解加工时裂解力的确定。     

有限变形弹性体动态J积分守恒及其对偶形式

提出了含裂纹弹性体在有限变形条件下裂纹尖端的动态Ｊ积分及其对偶形式，并利用有限变形弹性体的基本方程及弹性体势能与余能的对偶关系，给出了其路径守恒的证明。本文提出的崐积分形式在考虑小变形或静态时将退化为小变形或静态下的Ｊ积分及其对偶形式，从而建立了适应于各种弹性变形范围的统一的Ｊ积分及其对偶形式，拓宽了Ｊ积分的应用范围。     

焊接接头力学不均匀体断裂力学参量的数值分析

应用ＭＡＲＣ有限元分析软件对平板拉伸和三点弯曲试样焊接接头力学不均匀体的断裂参量──Ｊ积分进行了数值分析．考察了焊接接头不均匀裂纹体Ｊ积分的守恒性,以及不同裂纹长度、强度匹配和焊缝宽度在加载过程中对Ｊ积分及塑性区发展规律的影响．结果表明：焊接接头Ｊ积分具有守恒性,裂纹越浅,加载时塑性区越大,断裂韧性值越高．高匹配焊缝中的裂纹更容易进入浅裂纹状态,从而使高匹配焊缝具有较好的抗断性能．焊接接头强度匹配因子Ｍ对Ｊ积分值有很大的影响．焊缝宽度对Ｊ积分值也有影响．     

中心裂纹板双向加载的弹塑性有限元J积分计算

本文用弹塑性有限元法计算了中心裂纹板双向加载的J积分。讨论了J积分的路径无关性和裂尖应力,应变奇异性。     

Mechanical Study of Nano-ceramic Thermal Barrier Coatings by the Equation of Phonon Radiative Transfer

基于辐射模型的微、纳米尺度陶瓷热涂层的热力学性能分析

张士元¹,郑百林²,贺鹏飞²

（1 福建工程学院 土木工程系,福建福州,350007;2 同济大学 航空航天与力学学院,上海,200092）

摘要：温度场、热应力（特别是剥离力）和J积分对于热冲击下的热涂层具有重要作用,在微、纳米尺度上,能量传输机制与宏观尺度上有显著的不同。对于热冲击条件下微、纳米尺度陶瓷热涂层结构,采用声子辐射输运方程(EPRT)（用于纳米尺度陶瓷涂层）和傅里叶热传导定理（用于基底）相结合求得温度场,继而得到热应力和J积分。将这些结果与涂层和基底都采用傅里叶热传导定理计算的结果进行比较,同时分析了热物理特性（如弛豫时间和声子速度）对这些结果的影响。结果表明,用EPRT计算的温度、热应力和J积分,低于采用傅里叶热传导定理计算的结果。此外,TBCs的热物理性质对温度场和热应力的影响在TBCs表面和内部不同。

关键词:微纳尺度陶瓷热涂层,纯声子辐射模型,热应力,J积分

     

海洋立管焊接接头的断裂参量J积分研究

针对深水海洋立管的特点,采用弹塑性有限元计算方法,对裂纹深度、长度、管道径厚比等因素对海洋立管断裂参量J积分的影响进行了研究,并在此基础上分析不同焊接接头组配在加载过程中的断裂性能。结果表明,焊接接头J积分值与全母材是有所差异的。因此,在海洋立管焊接结构安全评定中,除考虑不同裂纹深度、长度、管道径厚比对海洋立管的影响外,还必须考虑焊缝组配对焊接接头断裂参量的影响。