混凝土Ⅰ－Ⅱ复合型断裂判据研究

本文基于混凝土Ⅰ－Ⅱ复合型断裂的试验研究，考虑到裂纹尖端混凝土双向受力时的破坏特征，提出了一个新的判断混凝土Ⅰ－Ⅱ复合型开裂的准则－复合应力准则。本文进行了一组偏直裂纹三点弯曲梁的试验，并用奇异元与等参元相结合的有限元法计算了裂纹失稳扩展时的应力强度因子ＫⅠ、ＫⅡ，采用试验结果确定了复合应力准则中的参数。与其它复合型断裂准则及国内试验结果的对比表明，本文提出的准则准确性好，适应性广。     

岩石与混凝土I—Ⅱ复合型界面裂缝临界断裂曲线的研究

用杂交元计算了双材料试件界面裂缝的应力强度因子，采用梁型试件及坝型试件，通过试验研究得到了岩石与混凝土Ｉ－Ⅱ复合型界面裂缝的临界断裂曲线，试验表明，坝型试件的Ｋｉｃ值较梁型试件的ＫＩＣ大。     

7050铝合金Ⅰ-Ⅱ复合型疲劳裂纹研究

为研究7050铝合金在Ⅰ-Ⅱ型复合加载下疲劳裂纹扩展规律,在Amsler HFP5000高频试验机上利用Richard加载装置,完成紧凑拉剪(CTS)试样疲劳裂纹扩展试验,利用有限元对Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹进行数值模拟,采用APDL命令流计算不同裂纹长度的应力强度因子,并引入最大周向应力准则计算裂纹扩展角,用有限元计算等效应...     

T应力对Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹扩展的影响

利用最大周向正应力判据MTS重新分析研究了脆性破坏的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹扩展,其中考虑了平行于裂纹方向的非奇异项T应力。以平板中的斜裂纹处于双向受力为研究对象,通过两个方向力的不同组合以及裂纹与受力方向的夹角变换得到包括纯I型和纯II型在内的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹,分析了T应力对裂纹扩展方向以及断裂时的应力强度因子的影响,并将预测结果与现有的实验数据进行了比较。在此基础上,给出了不同T应力条件下通用的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹扩展条件,可用于给定几何试件的脆性断裂判定。分析结果表明:裂纹尖端非奇异项T应力对裂纹扩展的影响是不可忽略的,尤其是对II型断裂的影响更为明显。     

复合型裂纹起裂角厚度效应的实验研究

完成了飞机结构铝合金LC4CS的2、4、8和14mm四种不同厚度试样在I+II复合加载条件下的复合型断裂实验,系统分析了厚度和复合载荷对裂纹起裂角的影响,揭示了常用复合型断裂准则的厚度适用范围,用三维断裂理论对结果进行了讨论。结果表明:复合型裂纹起裂角具有明显的厚度效应;最大周向应力准则能够准确预测薄试样和厚试样(厚度为2 mm 和14 mm)在各种复合加载条件下的起裂方向,但是不适用于中间厚度的试样,尤其是8 mm厚度的情况。最大三轴应力准则试图考虑裂纹尖端三维约束对裂纹起裂的影响,但是结果并不理想。最小应变能密度因子理论的预测结果与最大周向应力准则的预测结果非常接近,但同样不能预测8mm厚度试样的起裂方向。非常有必要建立一个普遍适用的三维复合型断裂准则。     

光弹贴片法研究混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝扩展过程

该文采用光弹贴片方法对最大尺寸为2500mm×600mm×200mm的混凝土四点剪切梁,Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝起裂、稳定扩展直至失稳破坏全过程进行了系统的研究,通过照相机拍摄光弹贴片所显示的裂缝扩展全过程,得到了混凝土裂缝稳定扩展阶段完整而直观的观测结果。根据光弹贴片所显示的彩色条纹序列,测得了四点剪切荷载作用下裂缝尖端附近主应变场分布,得到了荷载-裂缝扩展量曲线。根据光弹贴片所观察的裂缝扩展长度?a,借助有限元计算了裂缝扩展过程中尖端应力强度因子的变化,并模拟断裂过程。结果表明,对于混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂,裂缝在失稳扩展前存在着明显的亚临界扩展,采用光弹贴片方法可有效地记录这一过程,而以往不考虑裂缝扩展量得到的断裂准则是偏于保守的。试验结果还表明,在裂缝起裂后,虽然加载方式仍为Ⅰ-Ⅱ复合型,但断裂类型已由Ⅰ-Ⅱ复合型退化为纯Ⅰ型断裂。     

FATIGUE CRACK PROPAGATION OF SQUEEZING 19v.-%-SiCw / 6061Al COMPOSITES UNDER (Ⅰ+Ⅱ) MIXED LOADING

研究了挤压１９ｖｏｌ－％ＳｉＣｗ／ＬＤ２复合材料在（Ｉ＋Ⅱ）型复合应力作用下疲劳裂纹扩展门槛值和裂纹扩展时的偏转角。用扫描电镜观察了与预测裂纹相邻的裂纹扩展区的口形貌。结果表明，在（Ｉ＋Ⅱ）型复合应力作用下，裂纹沿最大主应力方向扩展；当ΔｋＩ和ΔＫⅡ共同达到一特定值时，裂纹开始扩展；裂纹偏转角不同，扩展阻力出不同。     

形状改变比能密度因子断裂准则

将形状改变比能密度因子Sd用于建立复合型裂纹的断裂准则。该准则表明了裂纹在金属材料里的扩展过程中,起决定作用的是形状改变比能,而不是整个应变能。作为应用举例,它成功地预测了Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的开裂角和临界荷载,其结果与现有公开文献提供的一些理论结果和实验数据取得了较好的一致。     

巷道内Ⅰ型及Ⅰ/Ⅱ复合型裂纹在冲击载荷作用下的断裂行为分析

研究了巷道内纯Ⅰ型及Ⅰ/Ⅱ复合型裂纹在冲击载荷作用下的动态扩展特征,预制裂纹位于巷道拱顶圆弧区域与巷道对称轴线平行,并与巷道对称轴线的间距不同。以中低速落锤冲击试验机对砂岩巷道模型试样进行动态冲击加载,巷道内裂纹的起裂时间与扩展特性采用粘贴在裂纹尖端的应变片进行相应的测试分析。采用AUTODYN模拟巷道内裂纹的扩展路径,总体上数值结果与试验结果比较吻合,采用ABAQUS计算裂纹的应力强度因子,结合试验-数值法确定巷道模型内预制裂纹的起裂韧度。研究结果表明:Ⅰ/Ⅱ复合型裂纹起裂过程中,既有Ⅰ型起裂韧度又有Ⅱ型起裂韧度,其比例大小与裂纹距离巷道对称轴的距离有关;纯Ⅰ型与Ⅰ/Ⅱ复合型裂纹的扩展行为有很大差别,纯Ⅰ型裂纹起裂沿着原裂纹方向竖直向上扩展,而Ⅰ/Ⅱ复合型裂纹与原裂纹成一定角度起裂,形成翼型裂纹,最后沿着最大主应力方向进行扩展,并且复合型裂纹在扩展过程中,存在明显的拐点特征。     

挤压态SiCw／LD2复合材料中（Ⅰ十Ⅱ）复合型疲劳裂纹的扩展

研究了挤压１９Ｖｏｌ─％ＳｉＣｗ／ＬＤ２复合材料在（Ⅰ十Ⅱ）型复合应力作用下疲劳裂纹扩展门槛值和裂纹扩展时的偏转角．用扫描电镜观察了与预制裂纹相邻的裂纹扩展区的断口形貌．结果表明，在（Ⅰ十Ⅱ）型复合应力作用下，裂纹沿最大主应力方向扩展；当△ｋⅠ和△ｋⅡ共同达到一特定值时，裂纹开始扩展；裂纹偏转角不同，扩展阻力也不同     

混凝土拉伸损伤演变的细观力学研究

对二维平面应力问题,根据能量耗散等价假设,即当产生微裂纹所需能量等于形成损伤所需的能量时,细观损伤状态等价于宏观损伤状态,建立了单轴拉伸与双轴拉伸情况下混凝土宏观损伤变量与细观损伤参数(微裂纹密度)的关系。微裂纹扩展准则采用复合型准则。计算结果表明,混凝土双轴受拉发生破坏时的损伤值随横向拉应力的增大而增大。本文求得的有效弹性模量与细观力学的SCM结果吻合较好,与忽略相互作用的Taylor方法结果也基本吻合。     

脆性材料复合型裂纹的断裂准则

实际工程中,脆性材料中的裂纹多处于复合型受力状态,因此,确定脆性材料中的复合型裂纹起裂角和临界荷载有着重要的理论意义和实用价值。以复合型裂纹为研究对象,将裂纹尖端的最小无量纲塑性区尺度ρmin和广义合成偏应力强度理论相结合,建立脆性材料复合型裂纹的断裂准则,预测裂纹起裂角及临界荷载,将其结果与最大周向应力准则和应变能密度因子准则相比较发现,基于该文方法得到的临界荷载曲线大于最大周向应力准则得到的临界荷载曲线,与应变能密度因子准则得到的临界荷载曲线比较接近。因而,表明了用该文的方法来预测脆性材料复合型裂纹起裂角和临界荷载是行之有效的。     

Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹脆性断裂的最小J_2准则

实际工程的结构中,裂纹多处于复合型状态,因此复合型裂纹断裂的理论研究有着更为重要的理论意义和实用价值。本文以Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹为研究对象,将偏应力张量的第二不变量2J作为判定依据,预测了裂纹起裂的角度以及开裂荷载,并与一些实验数据进行了比较,符合得也较好。计算结果进一步表明了在裂纹起裂引起的应变能转化过程中,起主要作用的是形状改变比能这一事实,由此得出了另一个结论是在裂纹尖端,平行于裂纹方向的应力级数展开式中非奇异项对裂纹的开裂角度以及开裂荷载是有影响的。     

薄板和厚板材料中不同裂纹形状的断裂分析

本文导出了与破损时线弹性应力强度因子弹性名义破损应力和两种材料参数有关的两参量断裂准则。断裂准则以前用于拉伸裁荷条件下簿板和厚板试样表面开裂和穿透裂纹的数据分析。本文的断裂准则则应用于中心裂纹拉伸试样、紧凑试样和缺口弯曲断裂试样,这些试样用钢、钛或鋁合金制成,在室温下进行试验。断裂数据包括了宽范围的裂纹长度、试样宽度和厚度。所分析的材料具有一个宽范围的拉伸性能。用此准则计算的破损应力与试验破损应力相当吻合(±10％)。同时还发現,此准则与不同试样类型(如中心裂纹拉伸试样和紧凑试样)所取得数据相关;对于同样材料、厚度和试验温度来说为±10％。     

主应力强度因子准则

本文综合考虑了τ_θ、τ_(θr)和τ_(θz)对裂纹扩裂的影响,提出了一个新的复合型断裂准则,与试验结果比较是令人满意的     

混凝土/花岗岩界面Ⅰ-Ⅱ复合型动态断裂试验研究

为研究混凝土/岩石界面在复合型应力条件下的动态断裂性能,考虑四种应变率(10-5~10-2 s-1)及三种模态(21.8°,41.7°和60.3°)工况,对混凝土/花岗岩复合试件进行了四点剪切试验,获得了荷载与裂缝张开位移及裂缝剪切位移的关系曲线;结合界面力学理论和结构动力分析得到了界面Ⅰ型和Ⅱ型动态应力强度因子,据此得到并分析了断裂韧度、应变能释放率的率相关性及模态比相关性。结果表明:在所研究的应变率和模态角范围内,同一时刻的裂缝张开位移均大于裂缝剪切位移;Ⅰ型和Ⅱ型断裂韧度均随应变率的提高而增加,Ⅰ型断裂韧度随模态角的增大而减小,Ⅱ型断裂韧度随模态角的增大而增加;应变能释放率随应变率和模态角的增加均呈现出增长趋势。     

预制疲劳裂纹应力强度因子幅对超高强度钢断裂韧度的影响

采用多试样法对D406A超高强度钢进行了准静态断裂韧度KⅠC试验,分析了不同应力强度因子幅预制疲劳裂纹对疲劳预裂纹扩展周期、疲劳预裂纹扩展速率、试样断口形貌以及最终断裂韧度试验结果的影响。结果表明:疲劳预裂纹扩展周期和扩展速率均与应力强度因子幅呈指数变化规律,断口上的疲劳裂纹间距及最终断裂韧度试验结果均随应力强度因子幅的增大而增大,在材料断裂韧度KⅠC的20%~30%选择最大应力强度因子进行KⅠC试验结果较为稳定。     

考虑温度影响的混凝土微观断裂模型

该文以各组分体积不变为准则建立了考虑温度影响的混凝土三相微观断裂球体模型。将混凝土组成简化为骨料,水及水泥浆体,并以模型中各层模拟;认为高温下混凝土的断裂为模型中间层水汽蒸发逸出的结果。通过气体状态方程分析了模型内部气压随温度的变化,并研究了骨料和水泥浆体层的应力状态。分析了含圆盘形裂纹的混凝土的可释放弹性能和表面能,并根据Griffith断裂准则给出了混凝土断裂韧性随温度的变化规律。对该文模型进行数值模拟,并与相关试验结果对比,结果证明了该文模型能够有效地计算高温下和高温后混凝土的断裂韧性。同时分析发现:随着温度的升高,混凝土可释放弹性能增大而开裂时的裂纹初始长度将减小。     

混凝土系列K判据及其临界曲面

Ｋ判据是断裂力学的常用判据，由于裂缝扩展形态可能是单一的，也可能是复合型的，故其相应判据式中的临界值Ｋｃ可能是一个临界值，一条临界曲线或一个临界面曲，对一种材料而言，临界曲面及其相应的三维断裂判据式是最全面的，二维断裂临界曲线及一维断裂临界点为其特殊的退化情况。本文用一种单边裂缝方形混凝土试件进行了各种单一型和复合型断裂破坏试验，由大量试验数据得出了一个全面的混凝土系列Ｋ判据及其相应的临界曲面，曲     

II型III型动态裂纹尖端断裂过程区近似评估方法

动态裂纹尖端断裂过程区轮廓的确定问题仍然是一个没有得到完全解决的问题。基于弹性动力学的理论和复应力函数方法,提出一种伪应力函数方法,用于近似评估动态裂纹尖端应力场。通过与已知应力场计算结果对比,验证了伪应力函数的正确性。利用此近似方法通过Von Mises强度准则和Tresca强度准则,分别确定了不同强度准则条件下、不同裂纹扩展速度下断裂过程区的轮廓。计算结果表明:II型和III型动态裂纹尖端断裂过程区关于裂纹面对称分布,随着裂纹扩展速度增大而增大。当裂纹传播速度接近瑞利波速时,断裂过程区变化加剧。利用Tresca强度准则计算得到的动态裂纹尖端断裂过程区面积比利用Von Mises强度准则计算得到的断裂过程区的面积大。