玻璃纤维增强复合材料的损伤分析

本文对玻璃纤维增强复合材料层合板进行了拉、剪多向应力本构关系的实验研究,成功地用软x射线照相观察到材料内部微裂纹沿纤维方向近似均匀分布,并沿裂纹面扩展至破坏的损伤形貌,同时结合声发射技术等监测其扩展规律。在此基础上建立了基于微观机制的微裂纹损伤模型,预测材料的损伤非线性本构关系和破坏,以及实验观察到的一些复合材料特有的损伤现象,理论预测结果与实验值吻合。     

类V型微裂纹漏磁场数学模型

在磁荷偶极子理论基础上,对类V型微裂纹的泄漏磁场与微裂纹几何尺寸之间的关系进行了分析,建立了微裂纹宽度、微裂纹深度与泄漏场法向分量的数理模型。实验证明该数学模型具有较高的精度,为定量分析微裂纹信号打下了基础。     

两种粘弹塑性材料中Ⅲ型界面裂纹的断裂特性分析

将Dugdale Barenblatt模型推广应用于两种粘弹塑性材料之间裂纹问题的分析 ,对沿切向具有跳跃边界条件的边值问题的控制方程进行富里叶变换 ,然后用逐段定积分变换方法 ,将该边值问题转化为奇异积分方程组。解方程后计算了裂纹尖端塑性区尺寸及裂纹尖端张开位移COD ,给出了应变能释放率算式。结果表明 ,裂纹尖端塑性区尺寸和COD均决定于两种材料的最小屈服极限τs,COD随时间的增长而作先快后慢的增长     

金属泡沫断裂韧性的试验研究

金属泡沫在其实际应用中,断裂性能和断裂韧性对于承载的多孔金属泡沫有着重要的意义。基于美国试验材料学会相关标准,采用三点弯曲试样测定了铝泡沫的I型断裂韧性。研究表明,金属泡沫的断裂为脆性断裂,在裂纹尖端附近,孔壁最薄弱的区域最容易发生变形;随着进一步加载,一些孔壁发生断裂,微裂纹在断裂尖端附近出现。随着载荷的增加,主裂纹在缺口根部形成或由微裂纹合并而成,并开始在多孔结构内传播。裂纹沿着结构最薄弱处传播,并产生次生裂纹和裂纹桥。裂纹总的扩展方式还是I型断裂。根据试验P-V曲线特点,取最大载荷点对应的力与位移求解出铝泡沫的裂纹尖端临界张开位移的平均值为0.051 mm。     

超声激励条件下微裂纹生热的有限元分析及试验研究

为解决现行装甲装备裂纹检测手段效率低、输出结果不直观等问题,将超声红外热波检测技术引入装甲装备零部件缺陷鉴定环节。针对装甲板等平板类结构的厚度特点,建立了厚度9～13121m的含微裂纹铝合金平板试件有限元分析模型,通过不同厚度试件微裂纹生热及裂纹面相对运动频谱的对比,揭示了微裂纹生热机理及其与试件厚度之间的关系。最后,通过试验验证了采用有限元分析的可行性。     

基于纤维方向的C/SiC复合材料端面磨削实验研究

采用小直径金刚石砂轮对气相渗硅反应烧结工艺(Gaseous Si Infiltration,GSI)方法制备的C/Si C复合材料进行了端面磨削实验研究,探究了不同纤维方向的磨削性能,讨论了磨削用量对磨削力和磨削表面粗糙度的影响规律,采用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)对磨削表面形貌进行观测,分析了磨削损伤和磨削加工机理。结果表明:C/Si C复合材料不同纤维方向磨削性能不同,正常纤维方向磨削力最大,粗糙度最小;纵向纤维方向磨削力最小,粗糙度最大。材料以脆性断裂形式去除,磨削面损伤主要为纤维断裂、分层,Si C基体微裂纹,界面层失粘。通过理论分析推测碳纤维层主要作用是减弱微裂纹扩展程度和改变微裂纹扩展方向。     

微结构连续损伤理论

本文从微结构理论出发,用相对变形描述微结构之间的微空隙和微裂纹引起的材料损伤的影响,得到用损伤张量描述的各向异性损伤的微结构连续损伤力学理论。该微结构损伤模型可化简为目前公认的几种主要损伤模型:如J.P. Cordebojs和F. Sidoroff的弹性各向异性损伤模型,D. Krajcino-vic和G.U.Fonseka的脆性材料平面裂纹损伤模型,J. Lemaitre的各向同性损伤理论及Kachanov的以面积减少为变量的损伤模型等。作者运用这一理论对混凝土材料的单向拉、压基本受载情形进行了数值分析,并与D. Krajcinovic的损伤模型计算结果及实验结果作了比较,所得结果与实验值比较吻合,特别是在失稳后阶段给出了较好描述,初步表明了本理论的有效性和实用性。     

物理弱间断线上Ⅲ型斜交裂纹高阶渐近场

针对功能梯度材料层/均匀材料基体的物理弱间断线上斜交裂纹,通过分离变量和级数展开法构造位移函数,求得了裂纹尖端高阶渐近场。其界面裂纹尖端高阶渐近应力场具有与均匀材料相同的r-1/2的奇异性。由高阶项的表达式可知：材料非均匀性对应力场有显著影响。数学上,该解为此类问题的特征函数,能够描述此类材料各种含裂纹结构的整个应力场和位移场,当非均匀参数为零时,它可以退化到均匀材料反平面裂纹问题经典的W il-liam s解。     

类V型微裂纹检测系统原理

报导了基于漏磁法,采用高信噪比的霍尔磁传感器及放大器,配以高精度的自动传动与光电定位装置,以及自行设计的信号采集与分析处理软件所构成的类V型微裂纹检测系统及其原理。该系统能对宽度在50μm及以下的微裂纹进行检测。     

复合材料单面胶接修复含中心裂纹铝合金板的疲劳特性分析

利用ANSYS有限元分析软件,建立了复合材料单面胶接修复铝合金裂纹板的裂纹长度参数化的有限元模型,分析了修复结构的裂纹尖端应力强度因子及其变化幅值的规律;与试验测试结果相结合,得到了描述修复结构疲劳特性的Paris公式材料常数;碳纤维、玻璃纤维复合材料胶接修复铝合金裂纹板的材料常数C、m分别为6.76×10-10、2.27和7.89×10-10、2.33。     

建筑结构火灾裂缝图像处理技术

利用近年正在高速发展的数字图像技术,对建筑结构火灾后的裂缝进行识别检测自动化研究,即使用数码相机对建筑结构进行摄影观测,并开发相应的程序对所获取的检测数字图像进行处理。研究结果表明,该方法能自动识别建筑结构的裂缝,且检测结果准确,操作方便,可对火灾后开裂的建筑结构安全性评估提供依据。     

长期贮存的固体发动机药柱脱粘界面裂纹分析

为了分析长期贮存的固体导弹发动机药柱脱粘层界面裂纹在燃气内压和轴向过载联合作用下的扩展情况,建立了发动机药柱在包覆层与推进剂之间脱粘的三维有限元计算模型,并于脱粘界面的裂纹尖端设置三维奇异裂纹元,模拟脱粘界面裂纹扩展。在包覆层与推进剂之间设置不同深度脱粘,计算了在燃气内压和轴向过载联合作用下不同贮存期、不同深度的界面裂纹尖端的应力强度因子,得到了界面裂纹应力强度因子随贮存时间、脱粘深度的变化规律,对长期贮存的固体发动机脱粘界面裂纹的扩展进行了分析。     

半椭圆形表面裂纹疲劳寿命的一种工程算法

本文根据张开型半椭圆表面裂纹趋于“平衡’,的规律,划分了工程中常见的半椭圆形表面裂纹的种类。通过计算得出曲线。根据初始裂纹的类型,从图中查得疲劳寿命,从而简化了工程实用计算。     

压电材料中的共线非等长多裂纹问题

建立了横观各向同性压电材料中的共线非等长多裂纹模型。将裂纹模拟为连续分布的广义位错,推导了单点广义位错的格林函数,并基于此得到了共线非等长多裂纹的奇异积分方程组,最后由数值计算给出了裂纹尖端的能量释放率。对奇异积分方程组的退化分析和对称条件下的数值结果的讨论,验证了本文结果的正确性。研究表明:当共线裂纹间距小于裂纹长度时,裂纹尖端场存在显著的干涉效应;裂纹越长,干涉效应越显著;电载荷系数越大,能量释放率也越大;相对于外侧尖端而言,共线裂纹内侧尖端对电载荷系数更为敏感。     

带裂缝钢筋混凝土梁振动特性变刚度模型分析

按常规等刚度、匀质线性材料来考虑开裂后的钢筋混凝土梁，必然带来较大的误差，与实际情况存在较大差距。基于条带法提出了建立带裂缝钢筋混凝土梁的变刚度模型分析方法，对考虑开裂和材料非线性的钢筋混凝土简支梁的振动特性进行了理论计算和试验研究。结果表明：提出的方法从理论上可以得到既有钢筋混凝土简支梁的振动特性、裂缝开展情况等参数，理论计算结果与试验结果吻合较好，且精度较高，具有良好的可行性和工程适用性。     

航空发动机燃滑油附件后盖裂纹原因分析与预防对策

针对某型航空发动机燃-滑油附件后盖同部位成批次出现裂纹的问题,提出了裂纹故障引导转移的避障策略。通过研究裂纹产生的主要原因,分析后盖不同部位所产生的裂纹可能对航空发动机造成的危害程度,调整改变原支撑结构,在后盖非关键部位形成新的应力集中点,降低关键部位应力集中区的应力幅值,迫使故障从不可修复的关键部位转移到可修复的非关键部位。经计算机仿真,确定了裂纹引导缺口的最佳参数;同时,仿真结果表明,裂纹故障引导转移策略合理可行。     

Blast resistance evaluation of urban utility tunnel reinforced with BFRP bars

To improve corrosion-resistance of shallow-buried concrete urban utility tunnels(UUTs),basalt fiber reinforced polymer(BFRP)bars are applied to reinforce UUTs.As the UUT must have excellent survival capability under accidental explosions,a shallow-buried BFRP bars reinforced UUT(BBRU)was designed and constructed.Repetitive blast experiments were carried out on this BBRU.Dynamic responses,damage evolutions and failure styles of the BBRU under repetitive explosions were revealed.The tunnel roof is the most vulnerable component and longitudinal cracks develop along the tunnel.When the scaled distance is larger than 1.10 m/kg1/3,no cracks are observed in the experiments.When the BBRU is severely damaged,there are five cracks forming and developing along the roof.The roof is simplified as a clamped-supported one-way slab,proved by the observation that the maximum strain of the transverse bar is much larger than that of the longitudinal bar.Dynamic responses of the roof slab are predicted by dynamic Euler beam theory,which can consistently predict the roof displacement under large-scaled-distance explosion.Compared with the UUT reinforced with steel bars,the BBRU has advantages in blast resistance with smaller deflections and more evenly-distributed cracks when the scaled distance is smaller than 1.260 m/kg1/3 and the steel bars enter plastic state.Longer elastic defamation of the BFRP bars endows the UUT more excellent blast resistance under small-scaled-distance explosions.     

钢筋钢纤维混凝土既有裂缝梁中钢纤维阻裂作用有限元分析

通过建立钢筋钢纤维混凝土既有裂缝梁和钢筋混凝土既有裂缝梁的有限元分析模型,借助ANSYS分析了两种梁在荷载作用下的裂缝尖端处应力、裂缝宽度增幅和挠度并作出对比。分析结果表明钢纤维对裂缝开展有很好的阻止作用,而且能明显缓和裂缝尖端处应力,减小梁的挠度。     

具有镀铬层的铁磁材料和零件的裂纹检测

阐述了具有镀铬层铁磁性零件的裂纹漏磁检测机理,探讨了基于循环搜索逼近的裂纹定量检测的基本方法。实测结果证明漏磁法检测具有镀铬层工件的缺陷是可靠的。     

对接厚板表面裂纹的残余应力强度因子

利用线弹簧模型求解对接厚板表面裂纹的残余应力强度因子。基于Reissner板理论和连续分布位错思想,将对接厚板表面裂纹问题归结为一组Cauchy型奇异积分方程,并采用Gauss-Chebyshev方法给出了奇异积分方程的数值结果,并与有限元解进行比较,计算结果表明:用线弹簧模型解决含残余应力表面裂纹问题不仅是合理可行的,而且是一种简单方便的方法,便于工程实际应用。