单向纤维增强复合材料板Ⅰ型裂纹尖端应力场的有限元分析

应用ABAQUS有限元软件,对单向纤维增强复合材料板Ⅰ型裂纹进行分析,计算了当裂纹与材料纤维方向的夹角分别为0°、30°、60°、90°时裂纹尖端应力场,利用切向比正应力准则预测了裂纹的扩展方向,分析影响裂纹扩展的因素。结果表明:裂尖附近应力集中现象明显,应力随着裂尖距离增大迅速减小;裂尖处最大Mises应力和最大切向比正应力所在方位均为纤维方向,裂纹沿着纤维方向扩展;裂纹与纤维的夹角越小或缝高比越大裂纹越容易扩展。     

裂纹尖端附近区域的应力应变场分析

主要分析了裂纹尖端附近区域应力和应变场的分布情况，着重研究了裂纹尖端附近断裂过程区内的应力和应变分布。在假定断裂过程区内应力呈线性分布的条件下，利用三个协调条件（塑性奇异性的消除、裂纹尖端在临界条件下的能量平衡及裂纹张开角）分析了断裂过程区的特性，得到了断裂过程区的精确长度。同时，假定断裂过程区中的应变也呈线性分布，确定了断裂过程区中的拉伸应变。根据确定的断裂过程区的长度，修正了J-Q理论，并根据应力和应变连续分布的特点，对裂尖附近应力、应变的弹塑性J积分解作了修正，确定了裂尖附近断裂过程区和弹塑性区中应力、应变场的分布。裂尖附近区域应力、应变场的确定，对于输油气管道裂纹的扩展机理研究，提供了技术支持。     

斜拉桥拉索锚区箱梁的空间应力分析

采用空间板单元对实际的斜拉桥拉索锚区箱梁段进行了有限元计算，绘出了箱梁中各应力分量，分析了各应力分量的危险区域，为实际桥梁的设计与施工提供了可靠的依据。     

在HIC环境下管道断裂模式与承压能力评价

研究了管道裂纹尖端过程区氢浓度与裂尖应力、应变场、氢扩散及管道内压力的关系，确定了氢致裂纹过程区的长度；依据微裂纹成核的开裂机理，提出了氢致开裂断裂判据的位错模型，并分析材料一环境体系的影响，在此基础上研究了含裂纹管道极限承压能力和临界J积分JISCC，对含平面型裂纹管道的安全运行具有重要意义。     

木材的宏观力学模型及断裂机理

通过理论与试验分析相结合的方法,建立木材多尺度力学分析模型,分析木材的宏观力学性质和断裂机理。在假设木材是含裂纹的各向异性材料基础上,建立了断裂力学分析模型,并用该模型研究了含边缘Ⅰ型裂纹的有限大板的应力场和应力强度因子;进一步分析了木板紧凑拉伸时裂纹的几何特征对应力强度因子的影响,建立了应力强度因子的无量纲关系式;结合模型试验,得到木材的横纹断裂韧性和顺纹断裂韧性参数。结果表明:裂纹的存在对其附近应力场的影响很大,在张应力情况下容易引起木材的断裂,而且顺纹断裂韧性与横纹断裂韧性的差别很大。     

近井筒分支缝起裂形成机制研究

针对多分支缝水力压裂井筒起裂问题,从弹性力学的理论方向出发,在考虑初次压裂诱导应力对近井地带应力场的作用下,建立多分支缝起裂、起裂角及起裂压力的力学模型。在此模型的基础上,通过编制计算机程序的方法,计算分析多分支缝起裂的影响因素。研究表明,低水平应力差及高闭合应力条件下,所形成分支缝的起裂角度大,分支缝水力压裂效果好;初始缝长度也是分支缝起裂的影响因素之一,在低水平应力差、初始裂缝缝长短的条件下,分支缝偏转程度高,更易重新定向;对比7口井分支缝的力学模型起裂压力及现场施工起裂压力,验证了模型的准确性。研究成果对多分支缝水力压裂工艺提供了理论基础并且一定程度上指导现场作业,优化分支缝压裂的效果。     

用有限元计算水曲柳裂纹尖端应力强度因子

该文研究了水曲柳（ＦｒａｘｉｎｕｓｍａｎｄｓｈｕｒｉｃａＲｕｐｒ．）发生Ｉ型断裂时裂纹尖端的应力场应力强度因子的情况．借助美国大型通用有限元分析软件ＮＡＳＴＲＡＮ计算出裂纹尖端附近的应力,并通过ＧＲＡＦＴＯＯＬ软件对数据进行后期处理,画出裂纹尖端附近的应力强度因子分布图．     

动态水位作用下管道回拖孔壁的稳定性

在水平定向钻管道穿越中,当回拖管道穿越河流时,水位的涨落动态效应形成的极限静水压对管道回拖的安全性影响极大。为分析回拖孔壁附近的地应力分布情况,预测孔壁的稳定性,通过对孔壁附近应力场的分析,结合已有的孔壁稳定性判据,推导出合适的孔壁稳定性判据。采用有限元方法,建立穿越模型,并对模型在动态水位变化下的孔壁稳定性进行数值分析,模拟了当河水处于最高水位且继续变化条件下,孔壁附近应力场的变化情况,由应力结果分析得到了孔壁的稳定性随水位上涨而变差的结论,对于现场施工预测评估具有重要的指导意义。（图8,表1,参12）。     

基于动态模量的沥青路面开裂分析

在有限元方法中利用动态模量主曲线和时间-温度位移因子来考虑荷载作用频率和温度对沥青混合料力学性质的影响,采用移动荷载模式,利用断裂力学的方法分析了典型柔性基层沥青路面的开裂机理.研究表明：轮载经过裂缝1次,根据不同工况,可能在裂尖引起1个,2个或3个张开型应力强度因子（KⅠ）峰值.而剪切型应力强度因子（KⅡ）总有2个峰值,且大小相等,方向相反.分析了温度、行车速度及裂缝长度对裂尖应力强度因子及其作用频率的影响.当裂缝较短且温度较低时,裂缝扩展主要由KⅠ引起.随着裂缝长度的增加和温度的升高,KⅡ逐渐成为裂缝扩展的主要因素.     

深部原岩应力场有限元反演与工程应用研究

【目的】构建基于实测数据的深部原岩应力场有限元多元回归反演分析模型,为实际工程设计和科学研究提供基础数据。【方法】针对有限测点原岩应力数据仅能反映局部应力场,远不能表达原岩应力场分布规律的缺陷,在分析霍州矿区地质条件的基础上,应用大型通用软件ANSYS12.0建立了最大埋深达930 m的研究区域原岩应力场数值计算力学模型,并利用4个测点的实测数据进行了原岩应力场有限元多元回归反演分析。【结果】多元回归的复相关系数为0.904 0,接近于1.0。研究区域内煤岩体3个主应力几乎全为压应力,原岩应力分布均匀,但分层现象明显,且受断层影响较大;310水平上2#煤顶板最大主应力为15.0~17.0 MPa,由于地质构造差异,在距离边界250~450 m处存在一个应力相对增高的地带。【结论】建立了原岩应力有限元反演分析模型,其计算结果与实测结果的拟合程度较高,可为矿井建设和安全生产提供原岩应力基础资料,有较强的工程实用性。     

薄壁管道表面裂纹的应力强度因子计算

在已进行过的关于管道表面裂纹的应力强度因子计算工作中，都只局际于化工或核工业使用的厚壁管道，对于输送油气的薄壁管道其表面裂纹庆力强度因子尚未见到有关文献报道，用有限单元法计算了超薄壁管道中一些轴向和环向表面裂纹尖端的应力强度因子，给出了近似计算公式，并对结果进行了分析讨论，对于轴向裂纹与外面裂纹的应力强度因子基本相同，内表面裂纹的略大一点，两条裂纹的应力强度因子比单条裂纹的略大一点。     

氧化膜力学性能对应力腐蚀研究

材料在应力与环境的共同作用下发会发生一系列的破坏乃至失效的过程我们称之为应力腐蚀。由于现在工业水平的提高,以及种种技术要求,使得越来越多的材料设备的工作环境十分恶劣。应力腐蚀开裂是当今工程断裂事故发生的主要原因之一。为此,分析了材料在应力腐蚀状态下,裂纹表面氧化膜力学性能的改变对裂尖氧化膜以及基体金属应力应变的影响。     

在HIC环境下管道断裂模式与承压能力评价

研究了管道裂纹尖端过程区氢浓度与裂尖应力、应变场、氢扩散及管道内压力的关系,确定了氢致裂纹过程区的长度;依据微裂纹成核的开裂机理,提出了氢致开裂断裂判据的位错模型,并分析材料-环境体系的影响,在此基础上研究了含裂纹管道极限承压能力和临界J积分JISCC,对含平面型裂纹管道的安全运行具有重要意义.     

冻土与扩大台基相互作用的有限元分析

以冻土与扩大台基作为一个整体结构，将各向弹性模量及泊松比随温度，水分，应力变化的冻土视为正交各向异性的非线性材料，将冻土冻胀系数作为负线膨胀系数，按结构温度应国的计算方法，应用结构非线性分析的有限元法，对冻土与扩大台基之间的相互作用进行了数值计算，获得其应力场，位移场及冻土与扩大台基之间的各种作用力；理论分析结果与模型试验吻合，并提出了一种求解冻土基础相互作用的通用数值分析方法。     

耐裂性不同的西瓜发育过程中果实力学特性及果皮结构动态研究

【目的】了解耐裂和易裂西瓜果实发育过程中的力学特性和果皮结构变化规律，揭示西瓜耐裂性与果皮结构及果实力学特性的关系，为耐裂西瓜品种选育提供理论依据。【方法】以耐裂种质 S1111 和易裂种质201609019 为试验材料，采用质构仪分析其不同发育时期的果实硬度、果实裂应力变化；利用石蜡切片法观测其果皮结构组织变化。【结果】在果实发育过程中，S1111 的果实硬度和裂应力分别是 201609019 的 1.35~1.54 倍和1.85~6.03 倍，差异显著。组织学研究表明，S1111 与 201609019 的果皮组织结构具有明显差异，S1111 的果皮细胞排列紧密并具有明显的石细胞团结构，其果皮和外果皮厚度均极显著高于 201609019；而 201609019 的表皮细胞更长、外果皮细胞和中果皮细胞更大，细胞面积显著大于 S1111，其外果皮细胞和中果皮面积分别是 S1111 的1.67~3.28 倍和 2.77~5.69 倍。相关性分析表明，西瓜果实硬度和果实裂应力与果皮厚度、外果皮厚度呈显著正相关，与表皮细胞长度、外果皮细胞面积及中果皮细胞面积呈显著负相关。【结论】果实裂应力和果实硬度大小可用于评价西瓜果实耐裂性，且在果实发育后期评价更合适。     

尖柿果实采后电学特性和品质指标的关系

以富平尖柿为材料,利用相关分析、回归分析和主成分分析法,在0.1~3 980 kHz频段范围内的24个频率点上系统地研究了柿果实采后成熟衰老过程中6个电学指标与4个品质指标之间的关系,筛选出了能够用于柿果实无损检测的特征频率和敏感电参数。结果表明,不同频率下复阻抗(Z)、串联等效电阻(Rs)、并联等效电容(Cp)、并联等效电感(Lp)、电导率(σ)和损耗角(Deg)与品质指标的相关性存在明显差异,在398kHz下品质指标与电参数的综合相关性最好,398 kHz可作为尖柿果实采后品质无损检测的特征频率。在特征频率下将各品质指标与特征频率下与其相关性达到显著水平和极显著水平的电参数进行多元逐步回归,在回归方程中,仅用Z就可以反映出尖柿果实采后果肉硬度和可滴定酸含量的变化,Rs和Cp可以反映可溶性固形物和可溶性单宁含量的变化,其标准化残差分析值均在(-2,2)区间内,表明利用电参数Z、Rs和Cp来预测尖柿果实采后不同贮藏时间的品质指标具有很好的可靠性和准确性。Z、Rs和Cp可作为标志尖柿果实成熟衰老过程中品质指标变化的敏感电参数。当尖柿果实采后并联等效电容Cp大于2.66 nF时,尖柿果实已经完全脱涩。     

用加权有限差分—边界元耦合方法研究瞬态温度应力场问题

本文用加权有限差分－边界元耦合方法对瞬态温度应力场问题进行了研究，由于这种差分格式是无条件稳定的，合理选取加权因子值使计算在采用较大时间步长条件下仍可得到较精确的结果．文末计算了泵体的瞬态温度及其相应工作应力场（即内压和变温引起的应力场）．计算结果表明：采用该方法计算瞬态温度场，比有限元法未知量少，同时结果稳定，收敛性好，是一种简便有效的方法。     

冻土与扩大台基相互作用的有限元分析

以冻土与扩大台基作为一个整体结构,将各向弹性模量及泊松比随温度、水分、应力变化的冻土视为正交各向异性的非线性材料;将冻土冻胀系数作为负线膨胀系数,按结构温度应力的计算方法,应用结构非线性分析的有限元法,对冻土与扩大台基之间的相互作用进行了数值计算,获得其应力场、位移场及冻土与扩大台基之间的各种作用力;理论分析结果与模型试验吻合,并提出了一种求解冻土与基础相互作用的通用数值分析方法。     

脉冲电流修复高压管汇弯头裂纹有限元模拟

为探究脉冲电流对弯头热加工成型后产生微小裂纹的修复趋势，研究弯头热加工成型时产生的微小裂纹分布，利用电-热-结构三场耦合的方法，探究了脉冲电流修复裂纹的机制，并对不同电压和不同裂纹角度下脉冲电流对裂纹修复效果的影响规律进行了研究。结果表明：由于电流在裂纹缺口处产生绕流，裂纹尖端存在电流聚集效应，产生高温和热压缩应力，从而使裂纹有愈合趋势；电压对弯头的修复趋势具有影响，当电压小于65 V时，电压越高，裂尖的温度和残余压应力越高，裂纹的愈合效果越好。裂纹角度越大，脉冲电流对裂纹的愈合效果越明显，其中裂纹初始角度为0°时愈合效果最弱，裂纹初始角度为90°时愈合效果最明显。研究成果为脉冲电流修复技术在高压弯管中的应用奠定了理论基础，对提高高压弯头强度、保障油气安全生产具有重要意义。（图12，表2，参21）     

页岩力学参数各向异性对井壁应力的影响

页岩具有较明显的强度和弹性各向异性,在横观各向同性和连续均匀线弹性地层介质的基础上,建立了各向异性页岩地层的井壁应力计算模型,采用Matlab软件编制了数值解的求解程序,分析了在3种不同断层应力状态下页岩力学参数对井壁应力的影响规律。结果表明:在各向异性页岩地层中,断层的地应力状态会明显地影响井壁应力场的分布形态,尤其是在地应力极值附近;在3种断层应力状态中,正断层地应力状态下井壁应力分布的非均匀性最大;岩石的弹性模量各向异性度会造成水平井井壁应力的二次分布,而泊松比各向异性度对水平井井壁应力分布没有影响;弹性模量各向异性度对井壁应力的影响在其最大值和最小值附近呈现出相反的规律。