分布载荷作用下多铁性圆柱复合材料的断裂分析

针对多铁性圆柱复合材料因其外表面上存在不同类型的轴向分布载荷而出现的界面裂纹问题,建立了断裂力学分析模型。首先利用分离变量法和无穷级数法推导出该模型的Cauchy奇异积分方程组,然后利用Lobatto-Chebyshev配点法离散该方程组为代数方程组,进而得到裂纹尖端应力强度因子(Stress Intensity Factor,SIF)的数值解。通过对数值结果的分析得到:在不同类型的分布载荷作用下,压电层厚度以及分布载荷大小是影响裂纹尖端SIF的主要因素。该研究结果可为此类复合材料在实际工程应用中的防断裂优化设计提供理论参考。     

层状磁电弹半柱中同轴界面上的裂纹相互作用规律

针对“磁电弹-正交基体-磁电弹”3层半柱结构中2个同轴界面同时开裂的问题,建立了其断裂力学理论模型.运用位错模拟法和Green函数法,推导了裂纹问题的奇异积分方程组,并得到了应力强度因子的数值解.基于参数分析,讨论了层厚和裂纹的环向相对位置对应力强度因子的影响规律,阐明了其中的刚性边界效应、自由边界效应、屏蔽效应和干涉效应,揭示了屏蔽与干涉相互竞争所引起的局部区域内应力强度因子的特殊振荡现象.相关结论可为层状磁电弹智能器件的防断裂优化设计提供理论参考.     

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     

线粘弹性材料中三维裂纹问题的加料有限元法

将加料有限元法扩展应用于线粘弹性材料三维断裂问题.为了反映裂纹尖端的奇异性,在裂尖附近的奇异区采用若干八节点六面体加料单元和过渡单元,非奇异区采用常规八节点六面体单元.三种单元分区混合使用形成求解域网格划分.基于Boltzmann叠加原理,推导了粘弹性材料的增量型本构关系,进而获得了增量加料有限元列式,并通过附加自由度计算粘弹性介质中裂纹应变能量释放率.数值算例验证了方法的正确性和有效性.     

压电-正交基体复合半圆柱的界面端部开裂问题研究

建立了半圆柱形压电-正交基体复合材料界面端部开裂问题的力学模型,其中压电层为锆钛酸铅铁电陶瓷,基体为正交异性聚乙烯复合材料。综合利用位错模拟法、格林函数法和奇异积分方程法,对裂纹问题进行了理论分析。通过对应力强度因子进行数值求解和讨论,揭示了几何、物理参数对断裂行为的影响规律。从界面端部止裂的角度出发,找到了压电复合半圆柱的2种优化设计形式:一种是将"较软的内部基体"和"较硬的外部压电层"相结合;另一种是采用正交各向异性介电材料作为基体。另外,数值计算还表明:与剪切模量变化对应力强度因子的影响相比,压电系数和介电系数变化的影响至少要小2个数量级,因此后面二者对结构防断裂优化设计没有显著的实际意义。     

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。     

奇异积分方程在裂纹板条动态断裂分析中的应用(I)

利用积分变换方法,将含Ｇｒｉｆｉｔｈ裂纹的无限长板条问题转化为Ｌａｐｌａｃｅ变换域中一Ｃａｕｃｈｙ型奇异积分方程。通过求解奇异积分方程和对裂纹尖端场的渐近分析,获得了Ｌａｐｌａｃｅ变换域中的动态应力强度因子。     

考虑Reissner效应的功能梯度柱壳裂纹高阶渐近场

针对考虑Reissner效应的功能梯度柱壳裂纹问题,通过分离变量和级数展开法构造广义位移函数,求得了裂纹尖端高阶渐近场。结果表明：该解类似于Williams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;材料非均匀性对高阶项有显著影响。     

非均布应力场中内埋裂纹的应力强度因子

在内埋裂纹线性线弹簧模型的基础上,通过引入二维权函数将裂纹面上的非均布载荷进行均布化等效,求解了中心内埋椭圆形裂纹在沿板厚非均匀分布应力场中的应力强度因子,列出了问题的奇异积分方程,利用Gauss-Chebyshev方法求解了在4种应力场分布情形下的数值结果,并与已有文献的解进行了比较,当a0/c0 ＜0.4、a0/h≤0.3时,两者结果具有较好的一致性,表明了本文方法的合理性和可靠性.     

多铁性层合材料中的界面滑动——层内开裂的局部阻滑/促滑机制

基于多铁性层合材料界面的传统剪切线弹簧模型和库仑摩擦定律,考虑界面法向应力对界面滑动的影响,提出了一种界面阻滑/促滑模型,运用Green函数法推导了多铁性层合材料层内开裂问题的Cauchy奇异积分方程,获得了界面法向应力和裂纹尖端应力强度因子(Stress Intensity Factor,SIF)的数值解。结果表明:在纯剪切加载的情况下,界面上靠近裂纹的局部区域仍可能出现非零的法向应力,且正、负局部法向应力将分别导致局部促滑、阻滑效应。通过研究界面剪切损伤系数以及摩擦因数对SIF的影响,揭示了多铁性层合材料层内开裂的局部阻滑/促滑机制,为层状多铁性智能器件的防断裂优化设计提供理论参考。     

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。     

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.     

预应力CFRP筋T形梁受弯性能试验及变形分析

试验通过对3根T形预应力CFRP筋混凝土梁和1根矩形预应力CFRP筋混凝土梁进行对比,考察了预应力CFRP筋混凝土梁的受弯工作性能,记录了试验梁的开裂荷载、极限荷载和裂缝发展情况。试验结果表明：增加预应力度和总配筋率对提高开裂荷载,限制挠度、裂缝发展起重要作用;相同配筋的T形梁和矩形梁挠度相近,但各阶段荷载不同。对预应力CFRP筋T形梁的变形性能进行了理论分析,推导了短期荷载作用下刚度和挠度的计算公式,并将计算值与试验值进行比较,两者吻合良好。     

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。     

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。     

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。     

System reliability based on diffusion models for fatigue crack growth

Diffusion processes are commonly used to describe the dynamics of complex systems arising in a wide range of application fields. In this paper we propose, on the basis of diffusion processes, two models concerned with the stochastic behavior of fatigue cracks in a system. They are then used to get the distribution of the failure time, the first time the crack size of at least one of the cracks exceeds a given value. Several properties of our proposed models are presented, and the unknown parameters are estimated by the method of maximum likelihood. From these an estimate of failure time distribution is obtained. In this part, contrary to common practice, we do not assume availability of failure data. © 2004 Wiley Periodicals, Inc. Naval Research Logistics, 2005     

某型飞机平尾轴疲劳断裂失效分析

采用台架试验装置对某型飞机平尾轴进行了疲劳试验,通过断口的观察分析、断口部位的金相分析、硬度检测、有限元结构应力分析,确定了平尾轴的失效模式,并对其断裂失效原因进行了分析。结果表明：平尾轴的断裂性质为疲劳断裂,裂纹源均起源于大轴简体内壁加工刀痕形成的沟槽处,变截面圆弧造成的结构应力集中和粗糙加工刀痕形成的附加应力集中是造成大轴疲劳断裂的主要原因。关键词：平尾轴;疲劳断裂;失效分析;应力集中