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．     

指数型功能梯度材料十字裂纹问题的应力场通解

研究指数型功能梯度材料十字裂纹问题,利用指数型功能梯度材料平面问题的应力场通解形式,对十字裂纹问题的应力场做了分析,给出了该问题的应力场通解结果,并利用此结果 研究了裂纹尖端的应力强度因子.研究表明,对功能梯度材料平面问题中含不同的裂纹模式的应力场,均可通过利用其平面问题的通解形式来讨论,并给出不同裂纹模式的应力场通解...     

白桦材LT型裂纹的演化与增长行为的研究

该文以白桦为研究对象,利用数字散斑相关技术对白桦LT型裂纹的演化与增长的力学行为进行了实验研究.记录了裂纹尖端局域场形变信息的散斑图像,经过相关运算得出裂纹尖端的位移场分布图,并对含有LT型裂纹的白桦断裂韧度进行了测定.研究结果表明,将数字散斑相关方法应用于白桦LT型裂纹的演化与增长行为的研究行之有效,可以直观再现其裂纹增长与断裂过程的力学特征.裂纹尖端附近有较大变形,应力集中明显.该试验测定的含有LT型裂纹的白桦试样断裂韧度为39.864 MPa·m1/2.     

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。     

楔型向错偶极子对界面裂纹尖端场的干涉

研究了材料中楔型向错偶极子与界面裂纹的弹性干涉效应.运用复变函数方法获得了复势函数和应力场的封闭形式解答,导出了界面裂纹尖端应力强度因子的解析表达式.讨论了向错偶极子的位置、方向和偶臂长度对界面裂纹尖端应力强度因子的屏蔽和反屏蔽效应.结果表明,向错偶极子靠近裂纹尖端时,对应力强度因子的屏蔽或反屏蔽作用非常强烈.向错偶极子的方向存在一个临界值使其对应力强度因子的屏蔽或反屏蔽效应最大.另外,偶臂长度和材料失配对应力强度因子的影响也很大.     

带锯条的裂纹与断裂

根据弹性力学平面应力问题有限元法基本理论,对带锯条锯齿上不同长度裂纹尖端应力进行了计算,在此基础上,研究与分析了带锯条的裂纹对断裂强度的影响。结果表明,循环加载是裂纹产生、延伸及锯身断裂的主要原因。在裂纹对断裂强度的影响的多种因素中,裂纹长度的影响尤为重要。裂纹尖端应力随裂纹长度增加而增大,此时断裂强度下降,锯身允许的循环载荷次数减少,使用寿命缩短。     

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。     

环锁型盲板的破损安全设计及其断裂控制管理曲线

本文根据疲劳裂纹扩展规律并结合我国的有关安全评定规范,推导了盲板的破损安全设计基本步骤,同时把控制管理的基本思想引入断裂安全评定之中,推导了不同类型的裂纹及其大小与构件疲劳寿命之间的关系,得到了便于工程应用的断裂控制管理曲线。除盲板外,本文对一般压力容器和管道的疲劳寿命设计仍然具有指导性意义。     

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。     

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.     

反平面残余应力作用下压电体界面裂尖分析

研究了在反平面残余应力作用下,双相压电体界面裂纹的裂纹尖端撕开位移COD和裂纹尖端位错塞积群的数量问题.运用RiemannSchwarz解析延拓技术与复势函数奇性主部分析方法,获得了该问题的一般解答.数据结果表明,压电效应对界面裂纹尖端撕开位移和裂纹尖端位错塞积群的数量的影响不大,可以忽略不计,两种材料属性的差异对界面裂纹尖端撕开位移和裂纹尖端位错塞积群的数量的影响比较明显.     

压力容器内外壁轴向双裂纹相互作用

压力容器在制造过程、疲劳与复杂应力状态下会产生裂纹,这些裂纹的存在将影响到容器的安全使用,有必要对容器内外壁同时存在轴向双内外裂纹相互作用对应力强度因子的影响进行深入研究。利用ANSYS、FRANC 3D有限元软件建立含内外壁轴向裂纹的柱形压力容器模型,分析不同裂纹深长比的内外裂纹在静、动态下的相互作用对应力强度因子的影响,拟合得到不同裂纹深长比下名义应力强度因子的变化曲线,发现裂纹相互作用对深长比小的初始裂纹的扩展有促进作用,而对深长比大的初始裂纹的扩展则有抑制作用。研究结果对于不同深长比多裂纹相互作用下的裂纹扩展机理及多裂纹断裂失效评定问题的研究具有借鉴作用。     

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。     

木材裂纹尖端应力、应变场的数值分析

借助Ansys有限元软件,采用二维正交各项异性有限元模型,对带有裂纹的正交各向异性白桦试件进行3点弯曲的裂纹尖端应力、应变场的研究。为了较真实的反映裂纹尖端力学情况,分别采用在裂纹尖端进行有限元网格细化法和布置奇异单元法来模拟裂纹尖端奇异场,并将计算结果用Matlab平台下编写的后处理程序进行分析和比较。结果表明:2种方法均可满足工程实际的要求,但在裂纹尖端布置奇异单元法优于有限元网格细化法。     

输气管道裂纹动态扩展的数值模拟

作为输气管道止裂控制的重要依据,必须要求其裂纹驱动力小于管道材料的断裂韧性,在这种情况下进行裂纹动态扩展的数值模拟就显得非常重要.建立了输气管道裂纹动态扩展的有限元模型,用弹塑性、大位移四边形的壳体单元离散管道.裂纹尖端后面的气体压力简化为指数衰减模式.裂纹的开裂采用节点力释放方法来模拟,即根据裂纹扩展速度,依次解除裂纹尖端的节点连接.裂纹驱动力用能量释放率G和裂纹尖端张开角CTOA两个断裂力学参量表示.分析了裂纹驱动力随内压的变化规律.提出的计算模型可为输气管道的止裂设计提供分析工具.     

裂纹倾角对管道表面裂纹断裂参数的影响北大核心

钢制输气管道在制造、安装或运行过程中不可避免地会产生表面裂纹缺陷,这些表面裂纹在外力和腐蚀作用下发生扩展造成管道破裂失效,将严重影响高压天然气管道的安全运行,因此,开展了表面裂纹倾角对断裂参数影响规律的研究。采用ANSYS有限元模拟软件,建立了内压作用下含不同表面裂纹的管道的有限元模型,分析了不同倾角表面裂纹的J积分变化规律。研究表明:裂纹尖端J积分值随裂纹倾角近似呈余弦函数规律变化,在相同边界条件下,表面裂纹与管道轴向平行时,J积分值最大,此时表面裂纹最易发生扩展;表面裂纹与管道轴向垂直时,J积分值最小,此时表面裂纹发生扩展的可能性较小。     

裂纹倾角对管道表面裂纹断裂参数的影响

钢制输气管道在制造、安装或运行过程中不可避免地会产生表面裂纹缺陷,这些表面裂纹在外力和腐蚀作用下发生扩展造成管道破裂失效,将严重影响高压天然气管道的安全运行,因此,开展了表面裂纹倾角对断裂参数影响规律的研究。采用ANSYS有限元模拟软件,建立了内压作用下含不同表面裂纹的管道的有限元模型,分析了不同倾角表面裂纹的J积分变化规律。研究表明:裂纹尖端J积分值随裂纹倾角近似呈余弦函数规律变化,在相同边界条件下,表面裂纹与管道轴向平行时,J积分值最大,此时表面裂纹最易发生扩展;表面裂纹与管道轴向垂直时,J积分值最小,此时表面裂纹发生扩展的可能性较小。     

从能量原理推导J积分的表达式

本用最小位能理原理和最小余能原理，推导出了弹塑性断裂力学中的Ｊ积分表达式，并由此而得到非线性弹性材料和弹塑性材料的平面裂纹尖端发生断裂前，位能与余能同时达到最小值。这一推导，为能量原理在断裂力学中的应用提出了一个新的见解。     

含缺陷压力容器与管道泄漏失效风险分析

针对含缺陷压力设备的断裂失效分析模式,考虑缺陷尺寸、疲劳裂纹的随机扩展以及材料机械性能的随机特性,计算压力容器和管道泄漏失效概率、临界裂纹尺寸预测失效点的泄漏口面积,分析泄漏及其引起的火灾爆炸事故的特点,运用事故模型定量计算事故后果严重度,并综合考虑设备的失效概率和失效后果,构建了一个完整的含缺陷受压设备风险评价方法,并结合工程案例进行了阐述.     

含缺陷压力容器与管道泄漏失效风险分析

针对含缺陷压力设备的断裂失效分析模式,考虑缺陷尺寸、疲劳裂纹的随机扩展以及材料机械性能的随机特性,计算压力容器和管道泄漏失效概率、临界裂纹尺寸预测失效点的泄漏口面积,分析泄漏及其引起的火灾爆炸事故的特点,运用事故模型定量计算事故后果严重度,并综合考虑设备的失效概率和失效后果,构建了一个完整的含缺陷受压设备风险评价方法,并结合工程案例进行了阐述.