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,可完全忽略加载对Ｊ积分的干涉作用,另餐,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和CTOD评价公式的试验比较

利用带有深裂纹合金钢的三点弯曲试样通过试验方法对一个J积分和三个裂纹尖端张开位移(CTOD)评价公式进行了研究,利用这些评价公式计算J积分和裂纹尖端张开位移(CTOD),可以简化试验装置和设备.研究结果表明:J积分和CTOD既可以根据加载线位移确定,又可以根据裂纹嘴张开位移确定.     

J和CTOD评价公式的试验比较

利用带有深裂纹合金钢的三点弯曲试样通过试验方法对一个J积分和三个裂纹尖端张开位移(CTOD)评价公式进行了研究，利用这些评价公式计算J积分和裂纹尖端张开位移(CTOD)，可以简化试验装置和设备。研究结果表明：J积分和CTOD既可以根据加载线位移确定，又可以根据裂纹嘴张开位移确定。     

基于CTOD和J方法的断裂韧性Jc的研究

用J积分和CTOD方法同时对DH40钢的弹塑性断裂韧性进行了研究.Jc和δc以裂纹启裂时为依据,根据J积分和CTOD之间的关系,提出了一种确定Jc的新方法.由ASTM E1820-1999a,新的J方法和Jc=mσsδc（1-μ^2）得到的3个Jc值.比较结果表明,试样产生较大范围屈服时,Jc值可由ASTM E1820-1999a方法和新J方法得到.     

基于J积分的高严寒峡谷地区斜坡天然气管道断裂力学研究

建立了单裂纹斜管模型与多裂纹干涉模型,基于弹塑性断裂力学,考虑风与低温的共同作用,分析单裂纹在不同低温条件下J积分的变化,以及通过裂纹相互干涉作用因子,研究附属裂纹对主裂纹前缘各点J积分的干涉影响。结果表明,外界温度越低,J积分越小,但当管道内外温差越大,J积分越大;在平行共线条件下,主裂纹靠近附属裂纹一侧的近表面点受附属裂纹尺寸的变化影响最明显;在平行共轴条件下,干涉效应在主裂纹的最深点与表面点影响最为显著;随裂纹间距增大,平行共线裂纹与平行偏置裂纹相互干涉效应很小,达到一定间距后可将多裂纹简化为单裂纹分析。     

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。     

改进Hopkinson拉杆加载CT试样断裂数值模拟

为研究紧凑拉伸(CT)试样的动态断裂性能,将分离式Hopkinson拉杆进行了改进,在入射杆与透射杆的加载端设计了一种夹持装置,实现了CT试样的动态断裂测试.采用ANSYS/LS-DYNA数值分析程序,对拉伸应力波加载下,基于改进后Hopkinson拉杆系统的CT试样动态断裂测试过程进行了数值模拟研究,得出CT试样的动态断裂响应,计算了表征其动态断裂韧性的相关参量.结果表明,试样中应力分布由非对称状态经约80μs达到对称分布状态,此后试样应力分布云图对称,两端加载点载荷相等,试样达到应力平衡状态,满足了Hopkinson杆断裂韧性测试要求,并讨论了夹头截面突变与销钉直径对应力波传播和试样应力平衡的影响,为后续Hopkinson拉杆装置继续改进与CT试样动态断裂测试提供了依据.     

双向载荷对双共线裂纹干涉J积分的影响

利用二维弹塑性有限元 ,计算了双向载荷下双共线裂纹干涉不同路径J积分值并与单向载荷J积分值作了比较。结果表明 :材料进入塑性后横向载荷对J积分值的影响必须考虑 ,且材料进入塑性后J积分的路径无关性已很难保证。     

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。     

SHTB加载紧凑拉伸试样断裂韧性测试仿真

由于动态断裂问题的复杂性,目前对动态断裂测试尚未形成标准。针对金属动态断裂测试问题,提出了一种测试紧凑拉伸(CT)试样动态断裂韧性方法,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,对改进的Hopkinson拉杆系统加载下的CT试样断裂测试过程进行了数值仿真研究。分析了CT试样中应力波的传播过程、起裂时间和应力平衡条件,说明整个加载过程能够满足一维应力波假设,验证了改进方法的可行性,同时得到CT试样在该种实验装置加载下的动态断裂韧性。     

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．     

开孔Q460高强钢板在低周疲劳加载下的力学性能试验研究

为探讨单调拉伸及低周疲劳荷载下开孔Q460高强钢板的力学性能,对33个开孔材性试件进行试验测试,通过分析试件的应力-应变曲线、骨架曲线和耗能能力对比图,探讨了试件设计尺寸、开孔数量及加载模式等因素对开孔材性试件的强度、刚度、延性和耗能能力等力学性能的影响规律。在此基础上,使用ANSYS有限元分析软件建立了疲劳加载作用下开孔材性试件的精细有限元模型,并与材性试验结果进行了对比分析,验证了模型的正确性和可靠性。试验结果表明,开孔对Q460高强钢试件的力学性能有不利影响,导致应力集中加剧;在疲劳荷载作用下,增加试件轴向的开孔数量有利于提高试件的延性,但对钢材的耗能能力产生不利影响。开孔试件在低周反复荷载下易在开孔位置发生应力集中导致裂缝产生,且孔洞四周存在鼓曲现象,断后试件整体呈马鞍形。试件厚度对高强钢的破坏模式及力学性能影响显著,在低周疲劳荷载下,开孔试件的破坏形态与未开孔试件差别较大,且随厚度增加呈现两种不同的断口形态,随着试件设计厚度增加,断口截面与试件横截面呈约45°夹角和锯齿形交错相嵌两种断口类型;且随着钢材厚度的增加,试件的抗拉强度、延性和耗能能力均有所提高。加载模式对开孔Q460高强钢的抗拉强度影响较小,随着荷载循环圈数的增加,Q460高强钢的延性降低,耗能能力提高。     

J积分在非均质焊接接头裂纹问题中的应用研究

本文用弹塑性有限元方法，对焊缝区纵向裂纹和横向裂纹做了大量Ｊ积分计算，研究了焊缝区中非均质组合结构裂纹的Ｊ积分的守恒性，分析了焊缝区硬夹层宽度大小对整个组合体Ｊ积分数值的影响，为建立焊缝区中裂纹的Ｊ积分失效评定曲线，提供了可靠的依据。     

平面应变条件下含孔洞土样受内压作用的变形破坏过程

在不同加载速率下,利用自主研制的平面应变模型加载及观测系统对平面应变条件下含孔洞土样进行双轴压缩实验。垂压由试验机施加,土样受到的内压和侧压作用由气囊施加。在对土样施加内压和侧压后、进行位移控制加载前,操控数码相机对喷涂了散斑的土样表面图像进行拍摄,以记录土样在位移控制加载过程中的全部变形过程。利用数字图像相关方法获得土样的位移场,利用能较好滤掉位移场噪声的局部位移最小二乘拟合方法获得最大剪切应变的分布及演变规律。为了定量获得最大剪切应变且分析方便,根据清晰剪切带位置,布置曲折测线并在其两侧布置平直测线。研究发现：当加载速率较低且纵向应变达到一定值时,拉破坏导致土样的孔洞顶部和底部发展出高角度应变局部化带,而当加载速率较高时,未出现上述现象;当纵向应变较高时,在孔洞表面附近,随着向孔洞表面的逐渐靠近,大多数剪切带内测线上的最大剪切应变逐渐增加,而大多数带外测线上的最大剪切应变则逐渐下降;当纵向应变较高时,在离孔洞表面较远处,随着向孔洞表面的逐渐靠近,大多数剪切带内测线上的最大剪切应变逐渐增加,而大多数带外测线上的最大剪切应变则变化复杂。     

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。     

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．     

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

     

基于裂纹扩展的两级加载下的疲劳-蠕变寿命预测

取加载一个周期内拉应力作用下的应变能密度增量为材料的损伤变量,由迟滞回线所围面积导出了该损伤变量的计算式;依据材料被损伤会使裂纹扩展,裂纹的扩展会导致试件发生断裂的事实,以J积分为裂纹扩展的控制参量,将裂纹扩展看作纯疲劳损伤与蠕变损伤二者共同的贡献,考虑疲劳-蠕变的交互作用,导出了在两级应力加载下的疲劳-蠕变寿命的表达式;该表达式与加载的波形、材料的疲劳-蠕变速率相关.应用该表达式对316L钢在550℃两级应力梯形波加载下的疲劳-蠕变寿命进行了预测,预测值在1.5倍误差因子以内,预测精度较高.     

连杆背压裂解加工方法

通过数值模拟与实验相结合的方法对准静态加载条件下的连杆裂解过程进行分析,确定了C70S6连杆裂解的临界J积分值,并对背压裂解过程进行数值模拟分析,对背压力对于连杆裂解J积分、韧带区场变量及裂解力的影响进行探索。模拟结果表明:背压力使沿连杆裂纹槽长度方向的裂尖J积分梯度增大,使应力更快、更有效地集中在裂纹槽中部,有利于裂纹槽起裂和裂纹快速扩展,可减少因裂纹分叉、交汇异常等引起的裂解加工缺陷,但是背压力增加的同时也增大了胀断主动力和裂解力,建议背压力设定为胀断主动力的1/4。