在爆炸载荷作用下固支梁或筒形弯曲板的塑性动态断裂

本文运用刚塑性分析方法研究了在爆炸载荷作用下固支梁的全塑性动态断裂过程。在爆炸载荷作用下,固支梁将首先在固支端进入塑性变形,当固支端塑性铰转角达到其临界值,或固支端处初始裂纹尖端张开位移达到其临界值时(如果固支端有初始裂纹的话),固支端将产生开裂和裂纹扩展。本文解给出了在动态断裂过程中固支梁裂纹扩展长度、裂纹扩展速度以及梁的轴向约束力随时间变化的规律,并给出了不同载荷幅值下梁的启裂条件和止裂条件以及最终裂纹扩展长度和最大挠度。该分析解也适用于固支筒形弯曲板的断裂问题。     

45号钢三点弯曲试样断裂韧度K_(IC)测试

带裂纹的构件,裂纹尖湍附近的弹性应力场强度由应力强度因子K来度量。K_(IC)是材料在平面应变条件下Ⅰ型裂纹发生失稳扩展时应力强度因子K_1的临界值,是材料的一种性能,称平面应变断裂韧度。我们按照YB947标准对45号钢进行三点弯曲试验,顺利地完成了断裂韧度K_(IC)的测试。     

梁在拉伸力和弯曲力矩联合作用下的动态塑性断裂

本文采用刚塑性分析方法,研究了韧性材料带裂纹有限长梁在轴向拉伸力和弯曲力矩联合作用下的全塑性断裂过程,其外加轴向拉伸力和弯曲力矩为准静态加载,并在梁的断裂过程中保持不变,为定常载荷。在外力作用下,梁的断裂截面首先进入塑性变形,当裂纹尖端张开位移 CTOD 达到其材料临界值时,裂纹将启裂扩展。本文考虑了应变率对断裂过程的影响,给出了梁在断裂过程中其裂纹扩展长度,裂纹扩展速度以及断裂截面上的轴向抗力和弯曲抗力随时间的变化规律,并比较了在不同轴向拉伸力作用下梁的动态塑性断裂过程的变化,说明了轴向作用力对梁的断裂过程的影响。     

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。     

夹芯复合材料T型接头侧弯损伤机理及强度特性分析

针对复合材料夹芯板材构件的侧弯承载和坚固连接要求,设计了弧形过渡区增强型T型胶接接头。建立了夹芯复合材料T型接头数值模型,模拟了其在侧弯载荷作用下的损伤产生、扩展及失效过程,并对夹芯复合材料T型接头试件进行了静态侧弯试验。结果表明:接头发生初始损伤的线载荷强度为44~47N/mm,损伤发生后接头的刚度值发生折减(降低约28%~32%),此时接头的承载能力仍在上升;试件界面完全剥离载荷强度较初始损伤线载荷强度略有增加(线载荷强度范围为54~62N/mm)。数值计算与试验结果吻合,表明弧形过渡区是夹芯复合材料T型接头最薄弱的部位,易发生破坏;初始损伤将首先出现在弧形过渡区复合材料表层,随着层间裂纹的扩展,过渡区复合材料与芯材的复合界面处出现剥离破坏并向自由端端部界面扩展,这是导致夹芯复合材料T型胶接接头失效的最主要原因。     

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.     

双向受载裂纹板的碳纤维复合材料补片的胶接修补分析

建立了碳纤维复合材料补片胶接修补双向受载裂纹板的3D有限元模型,分析了补片的单面胶接修补效果,探讨了补片材料、铺层顺序、补片长度及载荷比等对裂纹应力强度因子的影响规律。结果表明:复合材料补片的存在使裂纹板垂直裂纹方向载荷和平行裂纹板方向载荷发生耦合作用,从而影响补片修补效果。平行裂纹方向的压应力可降低裂纹尖端的应力集中因子,而拉应力可提高裂纹尖端的应力集中因子。     

双材料界面裂纹的加料有限元方法

为解决求解双材料界面裂纹应力强度因子等断裂参量的困难,在常规单元位移模式中引入界面裂纹尖端位移场,构建加料界面裂纹单元和过渡单元的位移模式,推出了加料有限元方程。采用不同的加料单元和过渡单元配置方案,建立了方形板中心界面裂纹和矩形板单边斜界面裂纹的加料有限元模型,求解有限元方程直接得到应力强度因子,与解析解的结果对比,表明该方法具有较高的精度,可方便地推广应用于界面裂纹的计算分析中。     

装甲钢板表面裂纹的金属磁记忆检测表征

采用预制裂纹-疲劳试验-金属磁记忆检测-信号比较分析的标定方法,研究了具有不同预制裂纹深度、不同疲劳载荷幅、不同载荷循环周次的高压五装甲钢板裂纹的金属磁记忆检测表征方法.结果表明,漏磁场法向分量的变化率与裂纹深度成正比.载荷幅越大,载荷循环周次越多,漏磁场法向分量的变化率越大,为采用金属磁记忆检测技术大量检测裂纹深度提供了一种标定方法.     

宇航压力容器的概率断裂分析

本文根据概率断裂理论,分析了某宇航压力容器的可靠性。某典型的贮存试验容器,生产后在焊缝处出现许多裂纹。按概率断裂理论,这个容器的可靠度由下式计算:这里R,R_f分别是可靠度和破坏概率,f(α),φ(α_c)分别是裂纹尺寸和临界裂纹尺寸的概率密度函数。通过对165个断裂韧性子样数据的分析表明:断裂韧性K_c服从正态分布,而裂纹尺寸以第二类指数分布拟合较合适,分析中断裂评定按K准则。可靠度的计算采用了Monte Carlo法。计算结果表明:模拟次数N=5000次,即可得到令人满意的精度。最后,对计算结果做了讨论。     

Study of high-speed-impact-induced conoidal fracture of Ti alloy layer in composite armor plate composed of Ti-and Al-alloy layers

In order to understand the mechanism of conoidal fracture damage caused by a high-speed fragment-simulating projectile in titanium alloy layer of a composite armor plate composed of titanium- and aluminum-alloy layers, the ballistic interaction process was successfully simulated based on the Tuler-Butcher and GISSMO coupling failure model. The simulated conoidal fracture morphology was in good agreement with the three-dimensional industrial-computed-tomography image. Further, three main damage zones (zones I, II, and III) were identified besides the crater area, which are located respectively near the crater area, at the back of the target plate, and directly below the crater area. Under the high-speed-impact conditions, in zone II, cracks began to form at the end of the period of crack formation in zone I, but crack formation in zone III started before the end of crack formation in zone II. Further, the damage mechanism differed for different stress states. The microcracks in zone I were formed both by void connection and shear deformation. In the formation of zone I, the stress triaxiality ranged from-2.0 to-1.0, and the shear failure mechanism played a dominant role. The microcracks in zone II showed the combined features of shear deformation and void connection, and during the for-mation process, the stress triaxiality was between 0 and 0.5 with a mixed failure mode. Further, the microcracks in zone III showed obvious characteristics of void connection caused by local melting. During the zone III formation, the triaxiality was 1.0-1.9, and the ductile fracture mechanism was dominant, which also reflects the phenomenon of spallation.     

韧性材料梁在爆炸载荷作用下的全塑性动态断裂

本文运用刚塑性分析方法,研究了带裂纹韧性材料梁在爆炸载荷作用下的塑性动态断裂过程,建立了简支梁的运动和断裂过程的控制方程。本文考虑了应变率对梁的运动和断裂过程的影响,以及由于断裂引起的附加轴向力对梁的断裂过程的影响,给出了梁的裂纹启裂和上裂的时刻及其条件,以及裂纹扩展长度、裂改扩展速度、断裂截面上弯曲力矩和附加轴向力随时间的变化规律。     

铝合金焊缝表面裂纹高温断裂韧性测试

介绍一种表面裂纹高温断裂韧性Ｋ１ｅ的测试方法，该技术对试样自动加温控温，自动绘制力ｐ与裂纹咀张开位移Ｖ（ｐ—Ｖ）曲线。测试精度高。     

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。     

金属泡沫复合材料夹芯结构的压痕响应实验

金属泡沫夹芯结构是近年来新出现的一种明显具有结构和功能一体化特点的新型轻质材料,它在临近空间飞行器、航海及汽车等领域有着广阔的应用前景。以以纤维增强复合材料面板、闭孔泡沫铝芯子为特征的复合材料夹芯结构为研究对象,对其在球形压头作用下的压痕响应、损伤模式、变形机制和失效机理进行理论分析和实验研究。研究发现,泡沫铝复合材料夹芯结构的压痕响应是夹芯结构的各个组成部分的响应、相互作用以及压头属性的综合作用结果。泡沫铝复合材料夹芯结构在球压头作用下的损伤模式为基体开裂、纤维断裂、层间分层、泡沫铝的屈服及剪切断裂五种失效模式。     

Adaptive phasefield modelling of crack propagation in orthotropic functionally graded materials

In this work, we extend the recently proposed adaptive phase field method to model fracture in orthotropic functionally graded materials (FGMs). A recovery type error indicator combined with quadtree decomposition is employed for adaptive mesh refinement. The proposed approach is capable of capturing the fracture process with a localized mesh refinement that provides notable gains in computational efficiency. The implementation is validated against experimental data and other nu-merical experiments on orthotropic materials with different material orientations. The results reveal an increase in the stiffness and the maximum force with increasing material orientation angle. The study is then extended to the analysis of orthotropic FGMs. It is observed that, if the gradation in fracture properties is neglected, the material gradient plays a secondary role, with the fracture behaviour being dominated by the orthotropy of the material. However, when the toughness increases along the crack propagation path, a substantial gain in fracture resistance is observed.     

竖直狭缝内泡沫材料火蔓延的数值模拟研究

用FDS软件对泡沫材料在竖直狭缝内的火蔓延进行模拟计算。计算结果表明竖直火蔓延速度在狭缝宽度为6 cm时最大,而4 cm和8 cm情况下大约相同。对不同时刻壁面火焰的高度数据进行线性拟合,得出狭缝内泡沫层燃烧的火焰高度和单位宽度热释放速率关系为幂次的函数关系,其形式和前人的结论公式基本相同。但是,由于狭缝的作用和点火源的形式不同而存在一个单位宽度热释放速率校正的参数b。同时,由于通风受限,相对于开放空间,狭缝空间内火焰的高度随热释放速率的增加增长较慢。     

Mitigation of the blast load effects on a building structure using newly composite structural configurations

In this study, a nonlinear three-dimensional hydrocode numerical simulation was carried out using AUTODYN-3D to investigate the effect of blasting of a high explosive material (TNT) against several configurations of the composite structure. Several numerical models were carried out to study the effect of varying the thickness of the walls and the effect of adding an air layer or aluminum foam layer inside two layers of concrete in mitigating the effect of blast waves on the structure walls. The results showed that increasing the thickness of walls has a good effect on mitigating the effect of blast waves. When a layer of air was added, the effect of blast waves was exaggerated, while when a layer of aluminum foam was added the blast wave effects were mitigated with a reasonable percentage.