残留压缩应力对倾斜裂纹变形的影响

对于具有中心孔的混合型条件下的裂纹,提出了用沿着裂纹的不连续变位量来直接计算裂纹的Ⅰ型和Ⅱ型应力扩大系数(KⅠ)mes和(KⅡ)mes的方法.在拉伸载荷的作用下,利用这种方法讨论了裂纹上下表面接触和裂纹周围存在的压缩残留应力对(KⅠ)mes和(KⅡ)mes产生的影响.其结果是,压缩残留应力的存在使(KⅠ)mes减小的同时,裂纹上下表面的相互接触使(KⅡ)mes下降.     

单边斜裂纹的应力强度因子计算

应用有限元单元法研究了裂纹的扩展和裂纹尖端的应力应变与应力强度因子的关系,计算了单边斜裂纹受双向拉伸时应力强度因子随裂纹角度、裂纹的长度以及板长的变化.结果表明:1)单边斜裂纹受双向拉伸的应力强度因子Ⅰ型分量随裂纹角度的增加而增加,Ⅱ型分量随裂纹的角度增大先增大,大于45°后逐渐减小;2)单边斜裂纹受双向拉伸的应力强度因子Ⅰ型分量和Ⅱ型分量均随裂纹长度的增加而增加;3)板长的影响主要体现在板长比较小时,当长宽比达到一定的值时,影响基本可以忽略.这些结果为以后的裂纹研宄打下了基础.     

45#钢中Ⅰ +Ⅲ复合型疲劳裂纹的转型扩展及断口分析

以带有不同角度侧斜裂纹的紧凑拉伸试件研究了Ⅰ+Ⅲ复合型裂纹在单向拉伸疲劳载荷作用下的转型情况,着重研究转型过程中应力强度因子(ΔK)和断口形态的变化.有限元计算表明,Ⅰ+Ⅲ复合型裂纹是向Ⅰ型裂纹转化,侧斜角越大,Ⅲ型应力强度因子变化幅(ΔKⅢ)越大,裂纹转型越快;断口分析表明试件疲劳断口的疲劳源呈多源性,裂纹萌生于紧凑拉伸试件线切割缺口处的微裂纹;在转型过程中,带侧斜角试件断裂面较为粗糙,断面上存在较为粗大的撕裂棱和二次裂纹;疲劳辉纹更加不连续,不均匀;完全转型后断裂面较为平坦,撕裂棱和二次裂纹尺寸减小.即转型是通过在疲劳源形成与原裂纹面成一定角度的台阶,在裂纹的随后扩展中通过不同台阶与台阶的连接而转向,最后转到Ⅰ型扩展方向.     

中心裂纹圆盘集中载荷作用下的应力强度因子

在无裂纹圆盘应力分量解析解的基础上，利用泰勒级数展开，并运用三角函数的倍角公式，得到了σθ、σrθ和σr幂级数展开式及其系数Aji的统一表达式．然后，用权函数方法推导出Ⅰ Ⅱ复合模式加载条件下中心裂纹圆盘试件应力强度因子是KⅠ和KⅡ的计算公式及系数fji的统一表达式，可以解决任意相对裂纹长度或任意加载角(裂纹方向与载荷作用线夹角)下，KⅠ和KⅡ的精确计算问题．算例分析表明随着裂纹相对长度α的增大，计算应力强度因子时，必须取足够大的项数n(n＞5)，才能保证级数解的精度；对于中心裂纹圆盘试件，产生纯Ⅰ型裂纹的加载条件不随裂纹的相对长度而变化，而产生纯Ⅱ型裂纹的条件与裂纹的相对长度和加载角相关；此外，当实施纯Ⅱ型裂纹试验时，可根据实测的裂纹相对长度α，计算出试验应设置的临界加载角θc．     

残留应力对倾斜裂纹的变形和曲折特性的影响

对于具有中心孔的混合型条件下的预裂纹,提出了用沿着裂纹的不连续位移量来直接计算裂纹的Ⅰ型和Ⅱ型应力扩大系数(KⅠ)mes和(KⅡ)mes的方法.进而讨论了疲劳预裂纹周围的残留应力对其自身变形行为的影响.通常情况下利用最大切向应力法则和以上计算的应力扩大系数可以预测裂纹的继续扩展方向.使用矩型板中的倾斜角度为β=45°的...     

热疲劳裂纹开裂过程的有限元模拟

用有限元方法并考虑材料的多线性随动强化性质对带有裂纹的简单试件模型进行热疲劳分析,研究热疲劳裂纹张开的过程和规律。在升温半循环中材料受热膨胀,热疲劳裂纹保持闭合,两裂纹面相互挤压,当压缩应力达到材料的屈服极限,产生压缩塑性变形;在降温半循环中试件有恢复原有形状的趋势,但由于升温半循环中生成的压缩塑性变形不可恢复,裂纹逐渐张开.热疲劳裂纹张开的一个必要条件是高温侧材料在升温过程产生压缩塑性变形,这与普通疲劳裂纹不同.     

滚动接触作用下钢轨表面裂纹扩展机理分析

为了分析车轮纯滚动接触作用下的钢轨表面裂纹扩展机制,建立含表面裂纹的轮轨滚动接触疲劳计算模型,获得15t轴重作用下钢轨表面裂纹长度由0.1mm扩展到2.0mm全过程的裂纹尖端应力强度因子变化规律.基于复合型断裂准则和Paris疲劳扩展理论,分析钢轨表面裂纹扩展规律.分析结果表明:在微裂纹扩展至可见裂纹阶段,钢轨表面疲劳裂纹属于Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹;随着裂纹长度增加,应力强度因子K_Ⅰ先迅速增加,然后逐渐减小,而KⅡ在裂纹扩展全过程中呈增加趋势;裂纹萌生与扩展初期以张开型为主,随着裂纹长度增加,其扩展形式向滑开型转变;当裂纹扩展至0.3~0.5mm间时,倾向于向上扩展导致剥离掉块,该扩展趋势与现场服役钢轨剥离路径较为一致.     

压应力对疲劳裂纹闭合的影响

采用Ｄｕｇｄａｌｅ－Ｂａｒｅｎｂｌａｔｔ模型分析了压缩载荷对疲劳裂纹闭合的影响。在裂纹张开载荷和闭合载荷的确定过程中运用了解析函数形式的奇异积分方程理论。分析和相应的数值计算表明：（１）压缩应力对疲劳裂纹闭合的影响程度取决于压缩应力幅值与材料屈服应力之比；（２）在疲劳裂纹扩展分析中考虑压缩应力的影响是必要的。     

Ⅰ-Ⅲ型复合加载下铝合金疲劳裂纹扩展速率

通过有限元数值模拟和疲劳裂纹扩展试验,研究了铝合金材料在Ⅰ-Ⅲ复合型加载条件下的疲劳裂纹扩展规律,得到了在不同加载情况下裂纹的应力强度因子、裂纹前缘能量场和塑性区半径.在分析Ⅰ型拉力载荷对裂纹扩展的基础上,着重分析了Ⅲ型加载对Ⅰ型裂纹应力强度因子及裂纹前缘能量场的影响.结果表明:应力强度因子KⅠ随着Ⅲ型加载的增大而减小,而裂纹附近塑性区半径增大.进行Ⅲ型静态加载会使疲劳裂纹扩展速率减小,在一定范围内,Ⅰ-Ⅲ复合型疲劳裂纹扩展速率随着Ⅲ型加载的增加而减小;而在进行Ⅲ型循环加载会使疲劳裂纹扩展速率增大,在一定范围内,Ⅰ-Ⅲ复合型疲劳裂纹扩展速率随着Ⅲ型加载的增加而增大.     

连轧钢管限动芯棒温度场及热疲劳有限元分析

针对340MPM机组(Multi-Stand Pipe Mill限动芯棒连轧管机组)芯棒服役过程建立三维有限元模型,研究芯棒在服役过程中温度场变化规律.同时,通过对热应力的研究,分析了芯棒热疲劳裂纹萌生机理及裂纹在芯棒内部的扩展规律.对比实测数据与模拟结果,认为所建立的有限元模型能够反映芯棒温度变化趋势.芯棒首次脱管后表面最高温度为630℃,此后经历三次反复的水冷降温和空冷返温过程,冷却结束后表面最高温度为98℃.脱管后,芯棒表面轴向和环向压缩热应力均达到900 MPa,第三次水冷结束时刻,轴向拉伸热应力达到186 MPa,环向拉伸热应力达到221 MPa.芯棒的拉压交变热应力使其表面出现热疲劳裂纹并逐渐扩展,环向裂纹扩展至距表面17.5mm深、轴向裂纹扩展至距表面20mm深时会显著受阻,热应力对轴向裂纹的促进作用强于环向裂纹.     

热力射流温度场及温度应力数值模拟研究

热力射流破岩技术是指利用高温介质诸如超临界水对岩石进行快速局部加热达到破碎岩石的目的。由于岩石基质热导率很低，因此会在岩石表面形成温度应力。当温度应力超过岩石的强度，会在岩石内部形成微裂缝，且裂缝不断扩展最终使得岩石表面发生热裂解，热裂解作用导致岩石表面从本体脱落从而使得岩石破碎。基于热-固耦合理论建立了热裂解钻井模型，利用Crank-Nicolson差分方法求解得到了热裂解过程中井底岩石温度场和温度应力的分布规律。结果表明，在热裂解钻井过程中，岩石受热部分温度迅速升高，在径向和轴向方向上产生温度梯度；受热部分体积膨胀在径向方向上受到压应力作用，在轴向方向上发生屈曲，受到剪应力作用。研究成果对热裂解钻井的现场应用具有十分重要的指导意义。     

铝质陶瓷在热应力下裂纹形成及扩展的声发射表征

本文将声发射技术应用于陶瓷材料研究领域，通过由传感器，前置放大器，滤波器，主放大器，信号形成器，时基计数器组成的声发射检测系统，精确地测定了陶瓷材料在热应力作用下裂纹生长，扩展的动态过程；发现陶瓷材料在冷却过程中声发射计数率的峰值约为加热过程的４００倍，陶瓷材料在热应力下微裂纹的形成，生长主要发生在冷却过程中；当晶粒尺寸减小时，材料的微裂纹扩展，蔓延逐渐被抑制在较小的范围内。     

气体钻井井底低温对岩石破碎的影响机制

首先分析井底钻头喷嘴的Joule-Thomson效应,其次,建立急剧冷却条件下井底岩石的温度场分布模型,并以此建立井底岩石动态热应力分布模型,对气体钻井井底热冲击应力进行深入剖析。此外,通过引入井底岩石裂纹尖端应力强度因子,对钻头载荷和热应力共同作用下的井底岩石裂纹扩展失稳进行分析,对砂岩岩样进行液氮冷却试验,并对其进行声波实时测量。结果表明:在热应力的作用下岩石裂纹的抗扩展阻力存在极小值,气体钻井岩屑粒度较小;随着温度的降低,波速在岩石中呈线性衰减,声波的首波波幅也有明显的延迟,说明冷却处理对岩心内部结构产生了很大影响。     

LNG储罐球形混凝土穹顶的热应力及裂缝分布

对于大型LNG储罐,其穹顶因水泥水化热产生较大的热应力,引起混凝土开裂,严重影响储罐的耐久性。以某大型LNG储罐穹顶为研究对象,采用ADINA有限元软件建立精细化的有限元模型,模拟LNG储罐穹顶分段浇筑过程中的早期温度场分布,并将数值计算结果与现场测试结果进行对比;数值分析时考虑了混凝土徐变及龄期效应,对混凝土穹顶的温度场和应力场进行耦合计算,得到穹顶的热应力分布及裂缝开展情况,对穹顶混凝土开裂风险进行评估,进而对参数的敏感性进行分析。结果表明:穹顶内外在混凝土浇筑过程中产生温差较大,导致巨大热应力;第一浇筑带的热应力明显比其他浇筑带大,环向热应力大于经络向热应力,将使穹顶边缘产生沿环向分布的经络向温度裂缝;水泥种类对穹顶热力分析结果有很大的影响。     

基于扩展有限元法的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹扩展研究

基于扩展有限元法(XFEM)研究了Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹扩展问题. 对于裂纹面间的力学行为,用内聚力模型(CZM)进行了描述. 推导了引入内聚力模型后扩展有限元法的单元刚度矩阵,研究了加载方向对紧凑拉剪试件复合型裂纹扩展的影响. 研究结果表明:加载方向对裂纹起裂角影响较大,试件的最大承载力随着加载角度的增大近似线性增加;同时,在不同加载角度下数值模拟得到的裂纹起裂角和力-开口位移曲线与实验结果相吻合.      

交通荷载作用下沥青路面裂缝尖端的应力强度因子分析

考虑沥青混合料粘弹性断裂力学行为,对于沥青路面的开裂或反射性裂缝的扩展行为研究具有重要意义.基于粘弹性断裂理论,采用非线性有限元软件ABAQUS,分析交通动荷载作用下不同车速、不同基层模量对含有裂缝路面结构体系的位移场和应力场的影响.计算结果表明:裂缝尖端应力强度因子变化曲线随着车速的增加发生移动,且峰值几乎不变;随着基层模量的增加,应力强度因子增大.在偏荷载作用下裂缝尖端应力强度因子由KⅠ、KⅡ组成,当基层模量较小时裂缝尖端应力强度因子主要表现为KⅡ,随着弹性模量的增加KⅠ增大,KⅡ几乎保持不变.     

包含ΔK和Kmax二参数的疲劳裂纹扩展模型

除了材料自身特性和环境因素外,疲劳裂纹扩展的方式取决于裂纹尖端附近的应力场。而该应力场由外加应力和残余应力组成,受到引起循环塑性区的应力强度因子变化幅度ΔK和产生单调塑性区的最大应力强度因子Kmax的共同影响。因此,驱动裂纹扩展的外部驱动力应该是ΔK和Kmax。通过比较Vasudevan和Sadananda,Kujawski、张嘉振等人提出的3种典型的二参数疲劳裂纹扩展模型的特点,提出了一个兼顾内、外应力,适合变幅载荷下疲劳裂纹扩展的新模型。     

冷变形316 L不锈钢在高温高压水中的应力腐蚀

采用恒应力强度因子K=33 MPa·m1/2的加载方法,利用直流电压降方法在线监测核辅管道316L不锈钢在高纯水中应力腐蚀裂纹扩展速率。对比200、250、280和325℃温度下,氩气除氧和含有2 mg·L-1溶解氧的水化学环境中材料的裂纹扩展速率发现：溶解氧为2 mg·L-1时的裂纹扩展速率明显比氩气除氧时的裂纹扩展速率高。氩气除氧时,裂纹扩展速率在250℃时有一个最高点;溶解氧为2 mg·L-1的条件下,裂纹扩展速率随温度的升高而升高。     

双辊铸轧薄带钢侧封板磨损机理及热应力分析

为了提高双辊铸轧薄带钢工艺中侧封板的使用寿命,设计了单独式和组合式的侧封板并对制作侧封板的材料进行了评价·采用抗钢水侵蚀浸蘸实验和铸轧实验,观察了侧封板的腐蚀、磨损和裂纹分布规律·利用ANSYS有限元分析软件对侧封板的温度场和热应力场进行了数值模拟,比较了不同预热温度条件下的热应力分布规律·结果表明,组合式侧封板对铸轧过程的稳定性和改善侧封板的使用寿命效果较好,氧化锆质耐火材料制作的侧封板具有较好的综合性能,熔融石英侧封板的腐蚀主要是由于SiO2与钢水中的MnO反应生成低熔点的化合物所致,侧封板的裂纹和损坏主要是由于应力分布不均的结果