幂硬化材料平面应力裂纹稳定扩展的有限元模拟

对幂硬化材料中平面应力Ⅰ型裂纹的稳定扩展进行了有限元模拟。计算中采用了逐步释放裂尖节点力法和子结构方法并配合裂尖附近高密度的网格划分,获得了有关裂尖应力变形场、塑性区尺寸、裂纹开口位移、裂纹扩展阻力等大量资料。计算结果还证实了部分已有的裂尖场渐近解。     

动态扩展裂纹的热-弹塑性耦合分析

以弹塑性扩展裂纹的裂尖参数为研究对象,对快速扩展的裂纹问题进行了细致的分析。首先建立了经验的应变率以及热 -弹塑性耦合的材料本构关系,完善了增量路径无关积分参数 T*的数值计算。通过与 J积分的比较,给出了两种积分参数在不同扩展速度、是否考虑热和应变率影响等情况下的变化规律,说明了T*积分用于快速扩展裂纹的合理性和优越性。在裂尖场的讨论中,重点分析了裂尖应力、应变、应力三轴度和塑性区的演化发展过程,发现了快速扩展裂纹塑性区发展非单调的有趣现象,并且获得了应力三轴度可以作为裂纹扩展过程控制参数的基本结论。     

低周载荷对高周裂纹裂尖塑性区的影响

为探明高低周复合疲劳裂纹扩展中高低周载荷交互作用机理,采用弹塑性有限元模型模拟了含中心裂纹试件在高低周载荷交互作用下裂尖塑性区的变化.结果表明:低周载荷的卸载作用导致高周载荷对应的裂尖反向塑性区明显减小,裂纹闭合水平也因此降低,进而加速裂纹扩展,致使高低周复合疲劳裂纹扩展寿命降低.在此基础上,对比研究了低周载荷应力比、高周载荷应力比、高低周载荷循环比对裂尖反向塑性区的影响.结果表明:随着低周载荷应力比降低、高周载荷应力比增加,循环比的减少,均导致低周载荷的卸载作用增加.      

裂尖残余压应力与超载截止比

 <正> 不同应力比下裂纹超载截止比γ_s是随机谱载下裂纹扩展寿命估算中常用的一组重要参数。目前的一些经验公式用于计算应力比R<0,尤其R<-1时的γ_s显得不合理。为此,本文提出残余压应力消失条件,并用之于γ_s的计算,使得R<0时γ_s的计算更趋合理。 1.问题分析 从力学角度分析,超载迟滞乃至超载截止现象发生的原因均在于裂纹面上与裂尖前方存在残余压应力。裂纹扩展进程中,正的峰值应力是残余压应力产生的根源,负的谷值应力则能减弱以至消除之。残余压应力完全消失时则有,γ_s=+∞,也即不发生超载截止。     

对Willenborg以及Maarse迟滞模型的改进及其在Ti-6Al-4V合金中的应用

疲劳裂纹扩展中超载迟滞效应的计算精度与迟滞模型本身所选用的塑性区公式密切相关,为此,本文提出了塑性区修正公式,用它来代替Willenborg模型和Maarse模型中的原塑性区公式。并将原Maarse模型中按△K_(eff)处理得出的材料常数C~*和n~*,改用恒幅下的材料常数C和n来计算。通过对Ti-6Al-4V钛板超载迟滞效应的计算,表明经本文改进后的模型,不仅比原模型的计算精度有了显著的提高,而且使用更为简便。     

考虑超载迟滞效应的一个新模型

 根据有效残余压应力的概念,并考虑基本循环中残余压应力的松弛.导出了计算超载后裂纹扩展速率的公式其中为未受超载影响的裂纹扩展速率;应力松弛系数 用本文的方法对铝合金LYl2,2024,7075,钛合金Ti-6Al-4V以及铆接加劲板等试件在不同载荷情况下超载迟滞期进行了计算。如令系数n=4,发现计算结果与实验结果符合得相当好。     

板条粘补止裂技术的理论分析

对采用板条局部加强含裂纹构件止裂技术从理论上进行了深入的分析研究。着重考察了板条在跨过裂纹以任意非对称方式进行局部加强时,其中所含有的应力奇异性问题。最后获得了可用来评估板条止裂效率的裂尖应力强度因子,以及板条端部和板条与构件粘结界点处的应力强度因子。     

试验参数对高强钢疲劳小裂纹门槛值测试的影响

针对 9310钢研究了试验参数对疲劳小裂纹门槛值测试结果的影响。结果表明 ,对于 9310高强钢采用恒Kmax 升Kmin方法进行小裂纹门槛值试验时 ,规范化的应力强度因子梯度CK 和Δα值的选取对门槛值的影响很小。当Kmax在线弹性范围内选取时 ,由于裂尖过程区的断裂机制未发生变化 ,Kmax的选取对门槛值测试结果也基本没有影响     

铝合金薄板中裂纹的电磁热效应局部跨越止裂

 讨论了电磁热裂纹止裂时脉冲放电瞬间的电流、温度和热应力的耦合关系。通过自制的 ZL-1型强脉冲放电止裂装置进行了模拟实验研究;理论分析中采用了复变函数的研究方法给出了跨越止裂后裂纹尖端附近的温度值和热应力值;通过热 -电耦合和热 -机械耦合 2个过程对脉冲放电瞬间的电流 -温度 -热应力的演变进行了数值模拟,数值模拟的结果与理论分析和实验研究有较好的吻合。三方面的研究结果均表明 :通过电磁热效应局部跨越止裂可以使铝合金薄板中裂纹在裂纹尖端处很小的范围内熔化形成微小焊口,减小了裂纹尖端的应力集中,并在裂尖处形成压应力区,从而遏制了裂纹的扩展。该方法可应用于飞机机翼疲劳裂纹的止裂中。     

试验参数对高强钢疲劳小型纹门槛值测试的影响

针对9310钢研究了试验参数对疲劳小裂纹门槛值测试结果的影响，结果表明，对于9310高强钢采用恒Kmax/升Kmin方法进行小裂纹门槛值试验时，规范化的应力强度因子梯度Ck和Δα值的选取对门槛值的影响很小，当Kmax在线弹性范围内选取时，由于裂尖过程区的断裂机制未发生变化，Kmax的选取对门槛值测试结果也基本没有影响。     

疲劳裂纹尖端残余应力场的深度-传感压痕测试与有限元分析

 飞机和发动机等重要装备承力结构在服役过程中通常承受变幅疲劳载荷作用。直接测量和分析由于过载塑性变形而导致的裂纹尖端附近残余应力场,对于较好地理解变幅加载下疲劳裂纹扩展行为,从而改善和发展疲劳寿命预测模型具有重要价值。本文基于微细尺度的深度-传感压痕(DSI)残余应力测量技术,研究了材料疲劳裂纹尖端附近残余应力场的实用测试技术,获得了铝合金中心裂纹拉伸试样在恒幅及单峰疲劳过载作用下裂纹尖端附近的残余应力场分布。同时,还采用弹塑性有限元方法模拟分析了相同疲劳载荷下裂纹尖端附近相应的残余应力场分布。相互验证表明:两种方法获得了基本吻合的结果。     

用再结晶法研究超载对疲劳裂纹扩展的效应

 本文用再结晶法测定了等幅循环载荷中施加超载后在裂纹尖端发生的高应变区内的塑性应变,求得了此区域的各参数与J积分、裂纹尖端张开位移CTOD及超载对疲劳裂纹扩展的延缓效应。实验结果表明,用再结晶法研究超载对裂纹扩展的延缓效应是一种很有效的方法。     

Comparative study between crack closure model and Willenborg model for fatigue prediction under overload effects

A comparative study is performed between a crack closure model and the Willenborg model, which can calculate the fatigue crack growth rate under the overload effects. The modified virtual crack annealing (VCA) model is briefly reviewed, which is based on the equivalent plastic zone concept. In this method, the retardation phenomenon is explained by the crack closure level variation, which is derived from the interactions between forward and reverse plastic zones ahead of the crack tip. As a comparison, the Forman equation in conjunction with the Willenborg model is also reviewed. The retardation phenomenon is described by directly modifying the stress intensity factor. It is known that the large plastic zone created by the overload can decelerate the fatigue crack growth rate until the crack grows beyond this region. A relationship between the plastic zone and the modified stress intensity factor is developed, which is a mathematical fitting equation instead of physical-based formulation. The experimental data in aluminum alloys are used to val-idate these two models. Overall, good agreement is observed between the model predictions and the testing data. It is noted that the approach based on modified VCA model can give more accurate prediction curves than the Willenborg model.     

轴对称构件疲劳寿命预测的损伤力学-附加载荷-有限元法

 提出了一种实用有效的弹塑性损伤应力 -应变本构方程与损伤演化方程。针对中高周疲劳问题,发展了轴对称疲劳寿命预测的损伤力学 -附加载荷 -有限元法计算格式。通过引入塑性附加载荷,考虑了构件应力集中区域塑性变形对构件疲劳寿命的影响。预估了30 Cr Mn Si Ni2A材料含沟槽轴对称试件的疲劳裂纹形成寿命,并分析了疲劳裂纹的扩展情况。疲劳寿命理论预测结果与实验结果吻合良好。     

用应力杂交法计算Reissner型板复合型弯曲应力强度因子

本文在Reissner型平板裂纹尖端应力应变场一般解~[2,3]的基础上,采用应力杂交法构造高阶奇异元。由于采用了奇异元并解决了单元协调问题,使得Ⅱ型、Ⅲ型应力强度因子均获得较好的计算精度。本文计算了有限尺寸板复合型弯曲应力强度因子,并对Reissner型板若干力学特性进行了讨论分析。     

FATIGUE CRACK CLOSURE MEASUREMENT OF 2024-T3 SHEET SPECIMEN

ＦＡＴＩＧＵＥＣＲＡＣＫＣＬＯＳＵＲＥＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＯＦ２０２４－Ｔ３ＳＨＥＥＴＳＰＥＣＩＭＥＮＷｕＹｉｓｈｅｎｇ（ＩｎｓｔｉｌｕｔｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ，１００...     

基于三维裂纹尖端应力场的应力强度因子计算方法

提出一种基于无限大体裂纹尖端弹性应力场理论解的前几项多项式函数,对实际裂纹体弹性应力场有限元解进行拟合来计算应力强度因子的方法.该方法在计算应力强度因子时不需要预先假设裂纹尖端的应力应变状态,应力强度因子计算结果更符合三维裂纹体裂纹尖端实际的应力应变状态.首先基于二维无限大板中心穿透裂纹应力场理论解验证了方法的有效性,探讨了拟合确定应力强度因子需要的多项式应力函数的项数.然后分别以二维大板中心穿透裂纹、三维大体内埋圆裂纹和三维有限厚板中心穿透裂纹的应力强度因子计算为例,通过与无限大板和无限大体应力强度因子理论解以及基于位移外推法和1/4节点张开位移法的应力强度因子有限元解的对比分析,验证了该方法的有效性和合理性.研究表明该方法能够合理反映三维裂纹体裂纹尖端的实际应力应变状态,计算得到的应力强度因子数值更合理.      

Analysis of crack opening stresses for center- and edge-crack tension specimens

Accurate determination of crack opening stress is of central importance to fatigue crack growth analysis and life prediction based on the crack-closure model. This paper studies the crack opening behavior for center- and edge-crack tension specimens. It is found that the crack opening stress is affected by the crack tip element. By taking the crack tip element into account, a modified crack opening stress equation is given for the center-crack tension specimen. Crack surface displace- ment equations for an edge crack in a semi-infinite plate under remote uniform tension and partially distributed pressure are derived by using the weight function method. Based on these displacements, a crack opening stress equation for an edge crack in a semi-infinite plate under uniform tension has been developed. The study shows that the crack opening stress is geometry-dependent, and the weight function method provides an effective and reliable tool to deal with such geometry depen- dence.     

双向受载裂纹板的胶接修补效果分析

运用有限元方法,分析了双向受载裂纹板胶接复合材料补片后,裂纹尖端的应力强度因子、补片内的最大拉伸应力和胶层内的最大剪切应力。没有补片时,平行于裂纹方向的拉压应力对裂纹尖端的应力强度因子没有影响。而裂纹板经复合材料补片胶接修补后,平行于裂纹方向的拉压应力对裂纹尖端的应力强度因子具有耦合效应,并且这种耦合效应的大小与补片的铺层含量有很大的关系。