裂尖
- 交变载荷与温度耦合对γ-TiAl合金疲劳裂纹扩展影响研究＊
时，裂纹开口，当裂尖局部集中应力增加到其原子间最大相互作用力时，即外加载荷高于Griffith加载时，裂纹上、下表面原子的原子键被拉断，且有原子发生结构畸变，裂纹尖端的上、下两端原子被推动远离尖端，预示着裂尖原子状态由有序到无序转变。因原子间的非线性作用，裂尖面原子键陆续断裂，晶格变得不连续，裂纹尖端弛豫后呈钝化状态，裂纹停止扩展。晶格的不连续性呈现出裂纹陷阱效应。当内部裂尖钝化时，裂纹进入裂纹陷阱区域，因裂纹陷阱有裂纹稳定的保持性并阻止其开裂作用，致使其
甘肃科技 2023年9期2023-10-30
- 裂纹闭合临界状态磁特性表征模型
证了塑性致闭会使裂尖应力-应变场分布改变，导致应力强度因子幅值减小，裂纹扩展速率下降；AUTUNES等[8]研究了裂尖张开位移、塑性应变范围等参数与裂纹闭合现象的联系，发现裂纹发生闭合会直接改变裂尖参数，从而影响裂纹扩展速率。还有一些研究发现，裂尖应力-应变场等参数反过来会影响裂纹闭合现象。杨平等[9]对AH32钢板进行低周疲劳实验和仿真，发现在裂纹扩展过程中裂尖累积塑性变形的增加会导致塑性尾迹中残余压应力减小，使闭合效应减弱；胡殿印等[10]研究了反向塑
中国机械工程 2023年4期2023-03-11
- 纳入裂尖位置实时预测的天然气管道裂纹扩展模拟方法
裂纹不断扩展，以裂尖为分界的内压分布变化必然引起边界条件的连续变化，而重新定义每次增量的压力分布是不切实际的[15- 16]，目前并未形成较好的处理方法。针对这些问题，笔者选用在断裂韧性表征方面较为优越的GTN模型，通过归纳大量全尺寸管道爆破试验数据，提出管道裂纹扩展过程中裂尖位置随加载时间分阶段近线性变化的基本假设，根据该假设构建纳入裂尖位置实时预测的迭代加载法；在此基础上建立全尺寸管道有限元模型，结合气体减压模型及所提出的加载法对X80管道裂纹动态扩展
中国石油大学学报（自然科学版） 2022年4期2022-09-05
- 外应力场下NiAl合金微裂纹动态扩展的分子动力学模拟
子得到初始裂纹，裂尖位于模拟胞的中心。n、n、n分别表示、、这3个方向上的原子层数，applied表示加载应力，应力加载方向为方向。4种裂纹模型的晶体取向及其模拟胞的尺寸大小见表1，体系原子总数为99 600～ 138 200。图2为4种裂纹模型在晶体中的取向图，为便于识别，图2中并未标注方向（方向为、方向构成平面的法向），其中1、1代表模型A，2、2代表模型B，3、3代表模型C，4、4代表模型D。1.2 模拟过程MD模拟软件采用开源Lammps软件，选择
精密成形工程 2022年7期2022-07-26
- 裂纹面分布加载裂尖SIFs分析的广义参数Williams单元*
裂纹面受荷时，其裂尖附近应力场和位移场较复杂，难以定量描述，通常仍以SIFs作为裂尖附近应力-应变场强弱程度的度量，并可据此进一步判断结构的安全性.基于此，国内外学者围绕裂纹面加载的裂尖SIFs开展了大量研究工作.刘钧玉等[1-2]、Zhong等[3]和陈白斌等[4]基于比例边界有限元法，分别对裂纹面受拉伸荷载的单边裂纹、多裂纹和界面裂纹的裂尖SIFs进行了分析，该方法相较于普通有限单元法，需引入多个系数矩阵，增加了计算工作量.李亚等[5]采用线场分析方法
应用数学和力学 2022年7期2022-07-20
- 车轮多边形激励下的滚动接触疲劳裂纹瞬态扩展行为研究*
展模型，通过计算裂尖应力场强度因子，评判了裂纹间的相互影响。OLZAK等[5]建立了二维准静态有限元模型，分析了滚动接触过程中单条斜裂纹应力状态分布及裂尖应力场强度因子随时间的变化。GOSHIMA和KEER[6]建立二维滚动接触疲劳斜裂纹的解析模型，利用复变技术求解积分方程，研究了摩擦热对裂尖应力场强度因子的影响。李伟等人[7]利用有限元法模拟了热机耦合下的多裂纹二维模型，考虑了摩擦温升对材料本构的影响，分析了裂纹间相互作用和裂纹数量对裂纹扩展行为的影响。
润滑与密封 2022年5期2022-06-11
- 塑性修正及相互作用对岩石裂尖塑性区影响的研究
方面.一是单裂纹裂尖塑性区的研究.如姚飞[2]应用水力模拟和断裂力学基本理论对水力裂缝端部在延伸过程中的塑性区进行了研究,给出了水力裂缝附近的塑性区范围;楼晓明等[3]基于双剪统一强度理论研究了富水区巷道围岩微裂纹尖端塑性区范围,并给出了其统一解;李玉伟等[4]基于断裂力学理论,考虑水力裂缝扩展过程中裂缝尖端塑性区的影响并对裂缝扩展高度进行了修正;周小平等[5]利用裂纹线场方法求得了裂纹线上的塑性区长度随荷载的变化规律;袁小平等[6]基于Drucker-P
三峡大学学报(自然科学版) 2022年3期2022-05-09
- 钢轨表面剥离掉块路径预测研究
分为微裂纹萌生和裂尖扩展两阶段。对于微裂纹的萌生机制，已有许多文献进行报道[12,13]。因此，本文主要研究微裂纹扩展至可见裂纹阶段。在分析中假定存在初始微裂纹，裂纹扩展同时考虑裂纹扩展速率和扩展方向准则。2.1 K因子计算原理对于钢轨表面微裂纹，其裂尖扩展启动时机、扩展速率及折转方向等均可依据裂尖应力强度因子K进行判定。本文采用一种基于节点位移的外推技术(DCT)[14]计算裂尖K因子。为了描述裂尖应力场的奇异性，围绕裂尖构造一圈包含1/4节点的扇形奇异
计算力学学报 2022年2期2022-04-20
- 切削加工残余应力对GH4169高温合金小裂纹尖端力学特性研究
残余应力对小裂纹裂尖力学参量影响分析图2 材料应力-应变曲线(3)式中：σ为应力；ε为应变；E为弹性模量；K′和n′为材料的应变疲劳参数，K′=1 950，n′=0.15[12]。图3 残余应力-外载荷耦合作用对裂纹尖端J积分强度值影响2.3 加工残余应力对小裂纹裂尖应力应变场影响分析图4 外载荷时残余应力对裂尖应力应变场强度影响图5 外载荷时残余应力对裂尖应力应变场强度影响图6所示为相同载荷、不同裂纹长度、受残余应力-外载耦合作用时裂纹尖端应力应变场强度
机械设计与制造工程 2022年2期2022-03-19
- 基于现场监测的钢桥面板疲劳裂纹气动冲击修复效果评估
击维修和监测.从裂尖应变场和疲劳应力谱等多角度分析，揭示了实桥疲劳裂纹的复合受力特征，评估了复合型裂纹气动冲击的修复效果.1 实桥监测方案1.1 测点选取为了保证选取的测点具有代表性，基于J桥疲劳裂纹位置分布统计数据，选取了位于第144号横隔板，下游第12号U肋的裂纹开展现场监测，见图1.该裂纹位于下游变换车道，属于过焊孔处顶板裂纹，横隔板南北两侧裂纹长度共计283 mm.由于北侧裂纹尖端较为平整，因此作为本研究的测量点位.图1 测点选取位置1.2 应变测
武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2022年1期2022-03-12
- 基于灰色-尖点突变理论的钢筋混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂过程分析
调整其裂缝位置使裂尖处于弯拉复合应力场.直偏裂缝三点弯曲梁的尺寸（L×B×H）为1 000 mm×120 mm×200 mm，跨间尺寸800 mm，预制裂缝偏离跨中160 mm，初始缝高比为80/200＝0.4，试件具体参数见图2.混凝土配合比取m（水泥）∶m（水）∶m（砂）∶m（石子）＝1.000∶0.440∶1.367∶2.907，其中水泥为P·O 42.5普通硅酸盐水泥，采用同批次混凝土浇筑棱柱体试块150 mm×150 mm×300 mm测得轴向抗
建筑材料学报 2022年1期2022-01-25
- 连续材料模型焊接接头裂尖力学场分析
3。为了便于分析裂尖断裂参量与材料力学性能的关系，对焊接接头硬度分布进行拟合，以熔合线为中心拟合公式如式(2)所示：σ0=-16.994x2-2.5x+578(2)式中：x为裂纹位置。材料力学性能符合Ramberg-Osgood关系。通过实验和计算可得焊接接头的屈服应力和硬化指数等具体参数，见表1。表1 材料性能参数1.3 试样和裂纹选取本文研究的试样为GB 4161—84标准紧凑拉伸试样(1T-CT)，其几何尺寸和实验过程符合ASTM399标准[7-8]
机械设计与制造工程 2021年7期2021-08-23
- 不同裂纹扩展阶段对scc裂尖蠕变场的影响
鲁元摘 要：裂尖区域蠕变是核电材料应力腐蚀裂纹扩展的主要驱动因素之一，为研究不同裂纹扩展阶段下SCC裂尖蠕变场的变化规律，采用紧凑拉伸试样建立了SCC裂尖蠕变的有限元模型，以核电常用的奥氏体304不锈钢为研究对象，分析裂尖蠕变以及蠕变对裂尖力学场的影响，同时以裂纹长度的变化表征裂纹扩展的不同阶段，进而研究了不同裂纹扩展阶段下对裂尖蠕变及蠕变率的影响规律，通过ABAQUS数值模拟分析软件计算可得，高蠕变量区域主要集中分布在近裂尖区域，裂纹长度对SCC裂尖
西安科技大学学报（社会科学版） 2021年1期2021-07-08
- 双材料界面裂纹复应力强度因子的正则化边界元法1)
非常成熟.比如对裂尖奇异应力场的求解,已发展了包括“1/4 单元法”、“数值外插法”、“虚拟裂纹闭合法”和“J 积分/相互作用积分”等多种有效的求解方法.然而,与传统单一材料不同,双材料界面裂纹渐近位移和应力场表现出剧烈的振荡特性,即[15-16]其中i 为复数单位,ε 为双材料参数(或振荡因子).导致许多用于表征经典的平方根和负平方根物理场渐近性的传统方法失效[17-18].虽然界面裂纹复应力强度因子(K1+iK2)可采用各种守恒积分(如J 积分)或位移
力学学报 2021年4期2021-05-30
- 含缺陷矿用圆环链裂尖应力应变对材料力学参量的敏感性分析
元模拟过程中，取裂尖应力强度因子K＝30 MPa·m0.5。分析选用矿用φ18×64 C 级圆环链，材质为 23MnNiCrMo54。由于加工硬化特性，其力学模型符合 Ramberg -Osgood 关系[4]，因此，在有限元模拟计算过程中选取R-O关系，其表达式为式中：ε、σ分别为真实应变和真实应力；E为弹性模量，取E＝210 GPa[5]；α为偏移系数，取α＝1；σ0为屈服强度，取σ0＝1 166 MPa；n为硬化指数，取n＝4.5。材料的每个力学参量
矿山机械 2021年3期2021-03-25
- 不同裂纹扩展阶段对SCC裂尖蠕变场的影响
核电常用结构材料裂尖处低温高应力的蠕变对裂尖氧化膜破裂及SCC扩展过程有一定的影响[3-5]，裂尖应变梯度造成扩展裂纹尖端应力的增加，促进蠕变的发生和裂纹的扩展。KASSNER等人对核反应堆中的低温蠕变和辐照蠕变进行了关键评估，得出在相对低的温度和应力条件下，无论是否有辐射，都能在金属材料中测量到蠕变变形[6]。王国珍等人研究了高温蠕变裂纹裂尖拘束效应，结合裂尖拘束考虑，建立了极端服役环境下关键结构件的蠕变扩展裂纹寿命评价方法[7]。GARUD等人对核反应
西安科技大学学报 2021年1期2021-03-02
- 轮胎胎圈橡胶裂纹扩展方向的Jmax法的判定
)。2.2 不同裂尖角模型裂纹扩展方向的Jmax法判定将图1裂尖所在的五面体单元的角称为裂尖单元角,模型的裂尖单元角大小均匀,因此可以利用裂尖单元角的大小来表明模型裂尖处网格的疏密,图2(a)模型方框内的裂尖单元角A1=45°,依次增大模型裂尖处网格密度,对应(b)、(c)模型裂尖单元角分别为A2=30°、A3=22.5°;同样(d)模型方框内的裂尖单元角为B1=32.72°,依次增大模型裂尖处网格密度,对应(e)、(f)模型裂尖单元角分别为B2=24°、
太原学院学报(自然科学版) 2020年4期2020-12-11
- 光滑扩展有限元方法及其特点研究
易不收敛，必须对裂尖网格进行细化加密处理。另外，在裂纹扩展计算中，裂纹必须沿着已有的网格边线进行扩展，每一步的扩展都需要进行网格重构，增加了计算的负担。所以，为了降低对网格的依赖性，引入了放宽网格负担的离散化技术，扩展有限元法XFEM[1-6]应运而生。XFEM基于单元分解法PUM[7,8]，通过在位移场的基础上添加扩充函数来反映裂尖区域的不连续性。XFEM的不连续界面独立于网格，可以沿着任意角度扩展且无需网格加密和重构，有效弥补了常规有限元法在处理断裂力
计算力学学报 2020年5期2020-10-27
- 带裂纹功能梯度材料薄板SIFs分析的广义参数Williams单元
全性，需深入研究裂尖断裂力学参数的变化规律，而应力强度因子(stress intensity factors，SIFs)作为结构断裂分析的重要参数之一，表征了裂尖应力-应变场的强弱程度，对深入研究带裂纹FGM结构的破坏机理及提高结构的安全性具有重要意义.近年来，众多学者围绕带裂纹FGM结构中裂尖SIFs问题进行了大量研究.Guo等[2-3]建立了分段指数模型(PE模型)，通过求解奇异积分方程组，研究了功能梯度分层结构中穿越界面任意方向的裂纹，发现其夹角对混
东北大学学报（自然科学版） 2020年10期2020-10-19
- 焊接结构裂纹扩展分析的无网格和水平集耦合方法
何形状进行描述及裂尖位置进行定位。在无网格法的近似函数中增加了裂尖处的Westergard扩展项和跳跃函数Heaviside[17]，使计算点不受裂纹隔离影响，裂纹扩展时只需更新水平集函数，避免了无网格法计算每一步裂纹扩展时都需要在裂尖位置进行节点加密和人为增加的不连续项，保证了刚度矩阵的带状和稀疏，并且节点划分只在裂尖部分的带状区域，既保证了计算精度又提高了计算效率。最后，本文以焊接节点为环状形式截面且存在初始焊接裂纹为研究对象，编制了基于极坐标的无网格
建筑科学与工程学报 2020年5期2020-10-19
- 静态渐近解在动态断裂问题中的适用性分析
各不相同，边界对裂尖应力应变场的影响也不能一概而论。本文基于分离式Hopkinson拉杆(split-Hopkinson tension bar)实验装置，提出一种改进的紧凑拉伸剪切(compact tension shear specimen loaded,MCTS)试样，用于II型动态断裂测试[17]。本文采用有限元软件ABAQUS对改进的紧凑拉伸剪切试样在I型与II型载荷工况下进行了数值模拟，通过分析试样裂尖应变场与渐近解的差异来讨论静态渐近解在动态
哈尔滨工程大学学报 2020年6期2020-07-27
- 曲线裂纹裂尖SIFs 等效分析的 广义参数Williams 单元确定方法
裂纹在扩展过程中裂尖合力方向可能发生变化，导致扩展角变化，即使初始裂纹为直线型，绝大部分经扩展后的裂纹最终都以曲线的型式存在，因而曲线裂纹更符合实际工程。曲线裂纹具有非线性裂纹边界条件，与直线裂纹的线性裂纹边界条件相比，其求解难度更高。因而，研究曲线裂纹的相关断裂参数及开裂机理意义大、难度高。SIFs 作为表征裂尖附近应力-应变场强弱程度的重要参量，是目前裂纹问题的重点研究对象。近年来，国内外多个课题组对曲线裂纹裂尖SIFs 开展了研究，其分析方法主要归纳
工程力学 2020年6期2020-06-01
- 交叉裂纹各裂尖应力强度因子同时快速求解的Williams单元
统的有限元法计算裂尖SIFs时需在裂尖人为确定奇异区尺寸，然后利用线性外推获得裂尖SIFs，然而多条裂纹交叉使得裂尖SIFs不再相互独立，将受各裂尖奇异区尺寸和间距等因素影响，很难同时快速准确获得各裂尖SIFs。因此，建立能够同时快速准确求解裂尖具有相关性的交叉裂纹各裂尖SIFs的算法，对含交叉裂纹结构安全评价具有重要意义。外荷载作用下交叉裂纹受力较为复杂，目前主要采用数值算法进行模拟。章青等[1]提出了广义扩展有限元法，并基于此方法研究了交叉裂纹裂尖SI
广西大学学报（自然科学版） 2020年1期2020-05-29
- 氧化膜对不同时期应力腐蚀裂尖力学场的影响
1-2]，它是由裂尖局部区域力学、腐蚀环境和材料共同作用下的裂纹缓慢扩展过程[3]。核电结构材料不锈钢的表面形成一层致密的氧化膜，其主要成分为Cr2O3[4-5]，美国GE公司Ford和Andresen提出的氧化膜破裂理论是目前结构材料SCC扩展速率预测中最重要模型之一，被称为F-A模型[6]。该模型指出，SCC扩展过程是在裂尖力学、腐蚀环境和材料共同作用下氧化膜破裂-裂尖电化学阳极反应-氧化膜形成的一个反复过程，该模型能够描述裂纹萌生-小裂纹扩展-裂纹加
焊接 2020年12期2020-03-01
- 基于DIC法的混凝土三点弯曲梁断裂性能试验研究
作而成。并在预制裂尖一侧制作成15°尖角，钢板在混凝土浇筑4 h后拔出，所有试件24 h后拆模，并覆盖湿布在室温养护28 d。1.2 试验装置试验由电子万能试验机对混凝土三点弯曲梁试件进行加载，加载速率为0.05 mm/min，如图1所示。同时，在试件底面和裂尖处布置两个夹式引伸计分别测试裂缝张口位移CMOD和裂尖张口位移CTOD。固定下部引伸计的楔形垫块厚度h0为3 mm，固定裂尖张口位移计的菱形钢块厚10 mm，试验装置如图2所示。通过两台工业相机对预
人民长江 2019年10期2019-11-15
- 半刚性基层沥青路面多裂纹应力强度因子分析
]利用有限元法(裂尖采用奇异单元)分析了交通荷载位置、裂纹长度和裂纹间距等对沥青路面表面裂纹和反射裂纹裂尖SIF的影响。胡雅琴[2]利用边界配置法计算了反射裂纹裂尖SIF，进而揭示了半刚性基层沥青路面反射裂纹的开裂机理。罗辉等[3]利用无网格伽辽金-有限元耦合方法分析了水平荷载、结构参数等对表面裂纹裂尖SIF和疲劳扩展的影响。张震韬等[4]将扩展有限元法引入了表面裂纹裂尖SIF和裂纹扩展分析。Ceylan等[5]开发了能表征空间特性的神经网络模型来模拟计算
福建质量管理 2019年15期2019-08-19
- 高温水中应力腐蚀开裂机理及扩展模型
；详细介绍了基于裂尖形变/氧化耦合机制发展的高温水中SCC裂纹扩展速率理论模型，将其应用于典型体系，得到的结果与实验室和现场数据相吻合。2 核电材料在高温水中的应力腐蚀开裂水冷堆核电站核岛内与高温水接触的构件常使用耐蚀合金或者表面堆覆耐蚀合金，其中奥氏体不锈钢和镍基合金使用广泛。已有压水堆核电站镍基合金[6-8， 16-26]与奥氏体不锈钢构件[9， 10， 27]出现的SCC事例及其相关的研究结果不少报道。压水堆核电站中与一回路水接触的镍基合金构件主要有
中国材料进展 2019年7期2019-08-16
- 金属材料疲劳短裂纹扩展研究综述
断裂观点认为：当裂尖的应力强度因子ΔK(1) 短裂纹的应力强度因子门槛值不同于长裂纹,通常比其低。当应力强度因子值相同时，短裂纹扩展更快且以较高的速率起始。(2) 在等幅载荷作用下，短裂纹起始扩展速率较高，随着裂纹进一步扩展，扩展速率下降。然后根据所加载荷的大小，或形成非扩展裂纹，或随着裂纹长度的增加，其扩展速率上升直到长裂纹范围的独特“V”型扩展规律。(3) 由于短裂纹发生在晶粒尺寸级，所以材料的微观结构，晶界的取向，缺口及裂尖塑性区的影响，使得材料的各
航空工程进展 2019年2期2019-05-07
- 水平井多裂纹同步扩展的偏折分析
用。特别是裂纹的裂尖位置，这里的应力值比其他地方的高出好几个数量级。因此，当今对于裂纹的主流研究是考虑如何防止材料及构配件产生裂缝，或者对开裂的构件采取止裂措施以保证结构的安全性。然而最近几年随着越来越多的页岩气、页岩油和地热能等地下资源获得了广泛的关注[1]，人们开始寻求一种合适可控的方法能在地下岩层中制造出更多的裂缝来提取资源。在油气工程中，为了提高非常规油气井的产能所经常使用的技术是水力压裂技术。它通过在预先布置好的井管内注入压裂液，使压裂液进一步压
北京航空航天大学学报 2019年1期2019-01-30
- 基于显微网格法/数字图像相关技术的疲劳裂纹尖端变形场
载后，含裂纹构件裂尖微区成为各种损伤汇聚与应力应变不协调的焦点，显著影响后续的疲劳裂纹扩展行为[1-2]。因此，精确测量裂尖微区变形场对于研究过载效应以及开展损伤容限设计等具有重要的实际意义[3]。显微网格法作为近二十年发展起来的一种微区应变测试方法[4]，通过记录加载前后网格节点的位置计算变形场，具有测试对象范围广、环境要求低等突出优点，目前已获得了广泛应用。例如：Takeda[5]等人通过人工方法制备显微网格，测量了拉伸载荷下碳纤维材料裂尖横向位移场。
材料科学与工程学报 2018年5期2018-11-02
- 几何拘束对镍基合金裂纹扩展速率影响的有限元分析
即使是同种材料，裂尖拘束效应对构件的CGR也有很大影响。通常将裂纹尺寸、试样或结构几何与加载方式等引起的拘束效应称为几何拘束，几何拘束可进一步分为面外拘束和面内拘束[3]。目前的研究主要针对裂尖拘束效应对材料与结构断裂行为的影响[4]、拘束参数的定量化表征[5-7]、复合拘束效应对高温蠕变裂纹CGR的影响规律和机理[8-10]，关于几何拘束效应对SCC裂纹扩展速率影响的研究还较少，究其原因，是由于应力腐蚀裂纹扩展的影响因素众多，要从试验中单独剥离出几何拘束
腐蚀与防护 2018年9期2018-10-16
- HTPB黏弹性微裂纹偏折扩展损伤本构模型
形等细观损伤视为裂尖失效区的演化变形。进一步，在Abdel-Tawab宏观本构方程的基础上，考虑微裂纹偏折扩展的情形，建立了一个能够反映材料损伤的应变率和温度依赖性，以及各向异性损伤特征的黏弹性本构模型。1 宏观黏弹性损伤本构方程Abdel-Tawab和Weltsman[16]基于不可逆热力学和叠加原理，假定损伤对材料柔量的平衡和瞬态部分具有相同的影响，推导出了如式(1)的本构方程。(1)式(1)表明，可以通过有效应力来考虑损伤的影响，但应用的关键在于确定
航空学报 2018年9期2018-09-29
- 低周疲劳下考虑累积塑性应变的裂纹板裂纹闭合效应研究
素，且裂纹闭合与裂尖塑性变形有着密切联系，探讨考虑裂尖累积塑性应变的演化对低周疲劳下裂纹闭合效应复杂机理的研究以及裂纹扩展规律探讨显得十分有意义.断裂面的相互作用导致了裂纹尖端应力强度下降和疲劳寿命的增加，Elber[1]在断裂力学参数方面讨论了这一概念，对与疲劳裂纹闭合相关的力学现象进行了大量的研究工作.目前提出的闭合机理有塑性区诱发的闭合效应(PICC)、氧化物诱发的闭合效应(OICC)、裂纹表面粗糙度诱发的闭合效应(RICC)等.但大量的研究表明，塑
大连理工大学学报 2018年4期2018-07-23
- 桥梁结构钢裂纹塑性区的研究及应用
研究的主要内容,裂尖局部延性屈服形成裂尖塑性区,塑性区的尺寸(pz)和形状控制着裂尖的结构特性.近年来许多最先进的试验技术,如电子背散射衍射[3-4]、原子力显微镜[5-6]、图像数字识别相关分析[5]、电子显微镜[6]和X射线断层摄影[7-8]等技术用于疲劳塑性区的研究.在裂纹扩展过程中裂尖塑性区尺寸和形状对疲劳裂纹有着极其重要的作用.陈景杰等[9]提出了一种基于裂纹最大张口位移变化量确定裂尖逆向塑性区尺寸的简便方法.赵均海等[10]根据双剪统一强度理论
西南交通大学学报 2018年4期2018-07-12
- 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
定了各向异性材料裂尖应力场的强度。各向异性与各向同性的不同在于裂纹不一定沿其初始方向自相似扩展。国内学者邵卓平[2]在2012年研究了木材的裂尖应力场，预测木材的裂纹将沿着顺纹方向扩展。Gregory等[3]研究了各向异性和双轴向远场载荷对单向离轴复合材料裂纹扩展方向的影响，分别采用正应力比理论、应力多项式理论和应变能密度理论分析了裂纹尖端应力场和裂纹扩展方向，理论上预测裂纹扩展方向与实验结果进行比较，得出正应力比准则能正确预测裂纹扩展方向。张少琴等[4-
西南林业大学学报 2018年3期2018-06-25
- 冷加工对316L不锈钢裂尖力学特性的影响
工程度下，微裂纹裂尖力学状态具有重要的实际意义。为了解冷加工316L不锈钢裂尖力学状态，利用ABAQUS仿真软件，对应力腐蚀裂纹尖端应力应变场进行分析，以期获得冷加工对316L不锈钢应力腐蚀裂纹尖端应力应变场的影响规律。1 有限元建模1.1 几何模型以紧凑拉伸试样(1T-CT)为研究对象，试样几何尺寸和实验过程符合ASTME399-90标准[22]，试样的几何尺寸如图1所示，其中W=50 mm，a=25 mm，c=2 mm.在有限元模拟计算过程中，取应力强
西安科技大学学报 2018年3期2018-05-31
- 安全端焊接残余应力对裂纹尖端力学参量的影响
匀性影响的SCC裂尖应力应变进行了分析，认为材料失配会导致其中裂尖局部应力和塑性应变的变化[17]；另外侯娟等通过实验发现，异种金属焊接接头中焊接界面可能导致裂纹扩展速率和方向的改变[18]，可知力学性能不均匀性对于焊件中的裂纹有很大影响。有限元(FEM)软件作为一种数值模拟实验工具，现已被学术界广为接受[19]。文中利用ABAQUS有限元软件模拟核电反应堆一回路压力容器安全端焊接接头裂纹裂尖力学场，研究压力容器安全端异种金属焊接结构中焊接残余应力对扩展裂
西安科技大学学报 2018年3期2018-05-31
- 含裂隙类岩石注浆加固后破坏试验研究
浆，分析加固前后裂尖位置的应变场，揭示加固后多裂隙试样的破坏机理。研究结果表明：加固前后的裂纹萌生位置相同，未注浆试样的起裂角与原裂纹面垂直，注浆后的试样裂缝由起裂位置竖直向上下贯通整个试样，类似于完整试样的单轴压缩破坏，注浆加固能够将裂尖的应力集中有效抑制，同时增强试样的完整性。未注浆的单裂隙试样裂尖最大主应变在达到临界时出现首条裂缝，随后会发生应力重分布，注浆加固后，主应变增长均匀，破坏是由于裂隙充填物与类岩石材料之间的变形不平衡引起的。未注浆的双裂隙
中南大学学报（自然科学版） 2018年4期2018-05-17
- 单晶γ-TiAl合金疲劳裂纹扩展机制的原子模拟
远离尖端，预示着裂尖原子状态由有序到无序转变，应力感应变化呈现非线性关系，裂尖原子状态如图5(b)所示(以4个单位厚度面截取得到剖面图)，内部裂纹尖端面原子键陆续断裂，晶格出现不连续现象，裂纹尖端驰豫并伴随有钝化，裂纹扩展停滞。该行为被认为是原子间相互作用的非线性结果[16]，如图4(Stage 1放大部分)所示。晶格的不连续性呈现出裂纹陷阱效应[17],当内部裂纹尖端钝化时，其扩展进一步受阻而停滞，此时裂纹进入裂纹陷阱区域，裂纹陷阱能够保持裂纹稳定并阻止
航空材料学报 2018年1期2018-02-05
- 瞬态热载荷下热障涂层系统界面断裂研究
度载荷下界面裂纹裂尖能量释放率，考察了材料和物理参数对涂层界面断裂的影响规律。1 瞬态热载荷下的热障涂层界面断裂1.1 瞬态热载荷下膜基系统界面裂纹扩展问题对于含静态界面裂纹的双弹性层模型，裂尖能量释放率取决于涂层系统中弹性能的变化。假设冷却过程中，涂层与基底间界面的温度与基底温度一致，则在图1所示的坐标系下涂层内温度分布为(1)式中T(y)为涂层内温度；Tsurface、Tsubstrate分别为涂层上表面和基底温度；y为与涂层上表面的距离；h2为涂层厚
固体火箭技术 2017年6期2018-01-11
- 基于构型力断裂准则的裂纹与夹杂干涉问题1)
该准则不需要定义裂尖的断裂进行区rc，即圆形损伤核，因而可以较为准确地预测裂纹起裂；该准则可同时判断起裂条件和预测裂纹扩展方向.基于构型力断裂准则的裂纹扩展模拟算法，其流程如图2所示.首先建立含有裂纹的几何模型，划分网格，对其单元属性和材料属性进行设置.然后设置边界条件，包括力边界条件和位移边界条件.计算求解得出Eshelby构型力在裂纹尖端局部坐标系下的两个分量，根据两个分量确定Eshelby构型力合力矢量的大小，并将其与构型力临界值Gc进行比较，判断裂
力学学报 2017年6期2017-12-18
- 曲轴轴承座裂解槽参数对裂尖应力应变场的影响
承座裂解槽参数对裂尖应力应变场的影响杨丹1， 寇淑清2(1. 吉林农业大学， 吉林 长春 130118； 2. 吉林大学辊锻研究所， 吉林 长春 130022)裂解技术的核心问题是人为构造缺口，在缺口处形成应力集中，产生初始裂纹源，裂纹扩展直至最终断裂。本研究以某轿车曲轴轴承座为研究对象，利用解理断裂正应力判据作为理论依据，运用断裂力学软件Abaqus模拟分析了不同缺口参数下，裂解前裂尖处的应力应变场。通过模拟分析，研究裂解缺口参数对解理断裂判据中各参量值
车用发动机 2017年4期2017-09-03
- 多层氧化膜应力腐蚀开裂裂尖的微观力学特性
化膜应力腐蚀开裂裂尖的微观力学特性高富国,薛 河,王耀宇,张 昭,李永强(西安科技大学 机械工程学院，西安 710054)以氧化膜破裂理论和光电化学法的研究结论为基础，利用有限元分析方法对高温水环境中316不锈钢表面多层氧化膜应力腐蚀开裂(SCC)裂纹尖端微观力学状态进行了分析。结果表明：裂纹尖端区域的高应力应变区主要集中在氧化膜的Fe3O4层中；多层氧化膜中不同材料层的交界处均出现应力应变的突变；多层氧化膜中Cr2O3层和镍富集层的高应力是促使氧化膜强度
腐蚀与防护 2017年8期2017-08-16
- 基于XFEM研究含颗粒夹杂材料的疲劳裂纹行为
形式计算了夹杂对裂尖能量释放率的影响，但他们没有使用裂尖扩充函数，而是通过调整裂尖处的网格来提高精度，其优点是求解不依赖于裂尖应力场的形式，缺点是需要对裂尖处的网格作特殊处理；Natarajan[15]使用扩展有限元法计算了裂尖前方的圆形夹杂对裂尖能量释放率的影响，但没有对受夹杂影响之后的裂纹扩展路径进行分析。虽然很多学者[7-8，14]模拟了裂纹受夹杂影响下的扩展路径分析，但没有考虑裂纹刺入夹杂的情况，而实际上如果夹杂的刚度小于母材，或者夹杂的材料虽然刚
固体火箭技术 2016年4期2016-11-03
- 核电关键结构材料应力腐蚀裂 纹裂尖微观力学特性分析*
材料应力腐蚀裂纹裂尖微观力学特性分析*李永强，薛河(西安科技大学 机械工程学院，陕西 西安 710054)为研究核电关键结构在服役过程中不同裂尖形貌的应力腐蚀开裂裂尖的微观力学状态。根据氧化膜破裂理论，以具有较好的高温耐腐蚀性的核电关键结构材料奥氏体不锈钢304L为实验材料，以影响核电关键结构破坏和失效的主要形式之一的应力腐蚀开裂为研究对象，根据ATEM技术得到微观尺度下的裂纹裂尖形貌和结构特征，利用有限元分析方法对其含氧化膜SCC裂纹尖端微观力学状态进行
西安科技大学学报 2016年3期2016-09-06
- 基于有限元理论的含裂纹结构1/4奇异单元计算分析
速。为了解决由于裂尖应力应变r－1/2的奇异性造成的计算不准确的问题，诞生了断裂分析的特殊单元，该类单元通常自身应变场具备奇异性，其中以传统的1/4节点奇异单元最具代表性，它已发展出二维的8节点四边形奇异单元、6节点三角形奇异单元和三维的12节点四面体单元、20节点六面体单元。GRAY［1］对奇异单元进行了改进，在形函数中加入三次项，该形函数使单元位移在裂尖远场具有线性而在裂尖依旧保持奇异性，改进的奇异单元比普通奇异单元具备更高的精度。然而奇异单元依旧存在
山西建筑 2016年17期2016-07-20
- 单晶γ-TiAl合金中裂纹沿[111]晶向扩展的分子动力学研究*
过程，最终分析了裂尖原子组态变化、微裂纹扩展路径以及应力-应变情况。研究表明，该晶向的微裂纹不是沿直线扩展，而是启裂时裂尖发生偏转，表现出明显的取向效应；微裂纹以裂尖发射滑移位错以及裂尖上形成孪晶的方式进行扩展；受边界的影响，微裂纹扩展到一定阶段会在边界位错堆积处萌生子裂纹，且扩展机制与主裂纹类似；在两个裂纹尖端发射滑移位错的相互作用下，在主裂尖前端再次萌生子裂纹，最终主、子裂纹相连导致断裂；微裂纹扩展过程中的应力分布主要集中于裂尖和扩展过程中形成的孪晶面
功能材料 2016年2期2016-05-17
- 基于扩展有限元的多裂纹扩展分析
计算规模，改进了裂尖单元的判断准则，借助商业软件Tecplot软件实现了裂纹扩展的动态显示功能。使用交互积分法计算混合模式下的应力强度因子，用最大周向拉应力准则判断裂纹扩展方向。探讨了网格密度和积分域尺寸对方法的影响，数值算例表明扩展有限元方法能够模拟任意形状的裂纹，并且能够反映多裂纹扩展的规律。关键词:ABAQUS;裂尖;疲劳裂纹扩展;有限元;流程图;矩阵代数;刚度矩阵;应力强度因子;交互积分;水平集法;扩展有限元法研究疲劳载荷下的裂纹扩展规律对于结构安
西北工业大学学报 2015年2期2016-01-19
- 材料模型对裂纹尖端力学特性的影响
的本构关系模型对裂尖力学场的影响.结果表明：材料模型的变化对裂纹尖端的塑性区大小以及应力应变场影响较大.该研究成果为准确预测核电关键结构的裂纹扩展速率提供理论依据.关键词：材料模型； 裂纹； 304不锈钢； 塑性区； 应力应变场0引言核电作为一种可持续供应的清洁能源，是我国能源的重要组成部分，核电发展最重要的前提始终是核电运行的安全性和经济性，核电站关键结构材料在高温高压水和辐照环境下长期服役的可靠性和稳定性是影响核电站的安全性和经济性的重要因素.我国目前
陕西科技大学学报 2015年5期2015-12-29
- 断裂参数的数值计算方法分析
在有限元分析中，裂尖前面的单元里积分点上的应力值以及其对应的积分点坐标值是很容易就可以直接读出的。虽然无法用数值方法直接计算裂尖处的应力强度因子，可是裂尖前端那些非奇异的应力值却是可知的。对于每一个ri（距离裂纹尖端的极半径）大于零都有一个非奇的应力值σyi和对应的KIi：KIi=σyi，然后可以构造数据对（ri,KI）i，用最小二乘法拟合数据点。在这里假定了两者之间线性关系为：上式中的N 是外推法所采用的数据对象，其截距的物理意义就是所要计算的应力强度因
安徽建筑 2015年4期2015-11-26
- 基于能量释放率的Ⅱ型裂纹开裂分析
-积分的关系。当裂尖奇异应力场的应力集中达到一定程度时，即达到临界条件时，该应力场所在的边界将开裂，通过边界移动的能量释放率的分析定量地给出了边界分叉开裂能量释放率数学表征及边界开裂的极限临界载荷。断裂韧性；Ji-积分； 裂纹分叉； 应力强度因子； 临界载荷裂纹折裂和分叉问题的研究起源于裂纹高速动态扩展，后来发现扩展速度较低时也有裂纹分叉的现象，也有实验表明裂纹的准静态扩展也有分叉问题。裂纹扩展过程非常复杂，预测裂纹扩展方向仍然存在很大的挑战性，部分是由于
石油化工高等学校学报 2015年5期2015-11-24
- 无限域横观各向同性岩体介质中折线裂纹边界元方法
要任务是精确计算裂尖处的应力强度因子。对于岩体材料，不论裂纹赋存于岩体内部还是局部表面，其本质上是三维的，其解析解难以得到，需要借助于数值方法。三维裂纹问题一直倍受学术界和工程界的关注和重视，人们利用有限元方法[1]、边界元方法[2]、基金资助：法[3]等研究了裂纹面光滑的三维裂纹问题的应力强度因子。岩体材料在力学特性上往往呈现为各向异性。由于岩体材料的各向异性，往往造成裂纹在扩展过程中裂纹面背离原来的平面，即裂纹面往往不是沿直线扩展，从而导致扩展后的裂纹
岩土力学 2015年3期2015-02-13
- 冲击载荷作用下岩石动态断裂试验研究
结果分析3.1 裂尖尖端的扩展过程通过对高速相机采集的岩石动态断裂试验散斑图像进行分析，研究冲击载荷作用下岩石试件裂纹扩展速度和距离的变化规律。图6给出了预制裂纹长度为10、15、20 mm的试件裂纹扩展距离与裂纹扩展速度的演化曲线，图中横坐标表示时间，左侧纵坐标表示裂纹扩展速度，右侧纵坐标表示裂纹扩展距离。由图可知，裂纹扩展距离曲线近似线性，而裂纹扩展速度则体现为波动增加的趋势，分析认为，由于落锤与岩石试件接触过程中产生波的入射和反射，因而施加在岩石试件
岩土力学 2015年4期2015-02-13
- 钢桁架桥斜拉杆螺栓裂纹尖端三维应力场研究
独进行了更密的含裂尖奇异单元的精细划分.2 裂纹尖端三维应力分布对上文所建模型取不同裂纹长度施加同样的工作荷载进行静力计算，得到裂纹扩展过程中裂尖三维应力分布.图3 为裂纹长度（不含螺栓孔径）a分别为7和49mm 时的最大主拉应力S1的应力云图，图右侧为螺栓孔边缘.图中显示裂纹扩展区存在较明显的应力集中现象；开裂面周围一定范围内应力释放，已经不再承担杆件所受的主拉应力，而转为受压状态，此部分区域已产生截面抗力失效.随着裂纹长度的增加，应力集中范围扩大，裂纹
武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2014年4期2014-12-02
- 镍基合金超声疲劳裂纹扩展寿命预测研究
，采用位移法求解裂尖应力强度因子，最终建立裂纹扩展模型。近年来，Schönbauer等[4］针对多种材料的裂纹扩展机理进行了深入分析。实际上，由于超声疲劳试验中振动频率高、变形速度大，使得试样裂纹尖端处内摩擦导致的生热加剧，显著的裂尖温升现象始终伴随超声疲劳裂纹扩展过程，该温度分布不同于常规疲劳试验的外载均匀加热，而是呈现以裂尖为中心的梯度分布，在裂尖处会引起很大的应力集中。超声高频加载条件下，高频载荷与显著的温度变化，都会影响疲劳试样的裂纹扩展机制。目前
材料工程 2014年3期2014-12-01
- 基于XFEM的主次裂纹间应力强度因子相互作用
［9］提出的新型裂尖改进函数，计算分析次裂纹的位置及长度对主裂纹应力强度因子的影响。改进的裂尖改进函数在保留了裂纹尖端场的应力奇异性和裂纹上、下表面位移不连续性的基础上，减少了裂尖改进单元的附加自由度。1 Reduced XFEM的位移模式简介式中:x——考察点的坐标;I——求解域中所有结点的集合;——被裂纹完全贯穿的单元结点集合;——裂尖改进结点集合;Ni(x)——结点i处的常规有限元插值形函数;(x)——单位分解函数，其形式可以与Ni(x)相同，也可以
河海大学学报（自然科学版） 2014年4期2014-10-11
- 高载作用下的疲劳裂纹闭合与残余应力作用
,拉伸超载导致的裂尖塑性区钝化是导致超载后若干个循环内裂纹闭合水平增强的原因。数值模拟已经成为PICC研究的重要手段[14-16]。Ishihara等[11]就用有限元法分析了不同应力比下单次拉伸超载的影响,指出超载影响的区域内,塑性闭合水平上升,有效应力强度因子下降,从而使得裂纹扩展速率降低。但其模拟的裂纹扩展长度较短,且材料为线性强化,较为简化。本文基于PICC原理,运用弹塑性有限元法模拟疲劳裂纹扩展,在裂纹扩展过程中施加不同的超载载荷,考察裂纹张开、
西北工业大学学报 2014年4期2014-03-25
- CTOA测试中的约束分析
试件类型、厚度对裂尖轨迹的影响，以及试件厚度、裂纹扩展量和约束表征参数对裂尖约束的影响。研究结果表明：试件类型对于裂尖轨迹影响较小，试件厚度对裂尖轨迹影响显著；约束沿厚度方向和裂纹扩展方向变化明显，全局约束因子αg和应力三轴度Am等效，该结论对CTOA测试及理论分析有较大的理论价值和指导作用。断裂力学；裂尖约束；Gurson孔洞模型；裂尖轨迹；CTOA0 引 言CTOA测试中不同试件的裂尖约束不同，例如承受弯曲载荷的SENB（single edge not
中国测试 2014年4期2014-01-31
- Ⅰ-Ⅱ混合型应力强度因子分析的三角形 Williams单元★
用常规有限元获得裂尖应力强度因子，但该方法需加密裂尖区离散网格，即需大量的自由度，才能使应力强度因子达到一定的精度［1］，为了减少计算工作量，Levy，Tracey，Hellen 和 Akin 等［2］分别提出了几类代表性的奇异元。由于这些奇异元存在缺乏刚性位移与常规元不易协调等不足之处，后来 Henshell［3］和 Barsoum［4］分别独立提出了 1/4 边中结点奇异等参元克服了这一缺陷，这种单元网格可以划分的相当粗，就能满足工程精度要求，但计算结
山西建筑 2013年17期2013-07-30
- 基于粘聚区模型的推进剂开裂数值仿真
裂纹在扩展过程中裂尖材料产生损伤，其力学性能下降，当裂纹消耗能量等于裂纹扩展能时，裂尖材料失效扩展.裂尖材料的损伤避免了裂尖应力的奇异性.国外自20世纪90年代开始在粘聚区模型方面开展了大量的研究工作，国内相关学者近几年也开始展开相应的研究工作[1，2].本文使用粘聚区模型建立复合固体推进剂裂纹开裂过程的物理和数学模型，并结合ABAQUS用户自定义单元开发技术实现对复合固体推进剂裂纹扩展过程的数值仿真，以期为推进剂装药结构完整性及安全性分析提供理论支持.1
弹道学报 2012年1期2012-12-25