正交铺设陶瓷基复合材料基体裂纹演化研究(英文)

采用能量平衡法对正交铺设陶瓷基复合材料在单轴拉伸载荷作用下的基体裂纹演化进行了研究。在拉伸载荷的作用下,正交铺设陶瓷基复合材料有5种开裂模式。开裂模式3包括横向开裂、基体开裂和纤维/基体界面脱粘;开裂模式5只包括基体开裂和纤维/基体界面脱粘。本文得到了两条横向裂纹之间出现开裂模式3和5的初始基体开裂应力;并得到了开裂模式3多裂纹演化的初始基体开裂应力。讨论了铺层厚度、纤维体积含量、纤维/基体界面剪应力和界面脱粘能对基体开裂应力和基体裂纹演化的影响。结果表明,对于SiC/CAS材料而言,两条横向裂纹之间首先出现开裂模式3。     

纤维失效对陶瓷基复合材料准静态加卸载迟滞回线的影响(英文)

采用双参数威布尔模型描述纤维强度分布,结合总体载荷承担准则确定基体裂纹平面处断裂纤维和完好纤维承担载荷。基于卸载/重新加载时纤维相对基体滑移损伤机理,确定了纤维轴向应力分布。采用断裂力学方法确定了界面脱粘长度、卸载界面反向滑移长度和重新加载新界面滑移长度,对比了不同峰值应力下考虑和未考虑纤维失效影响的迟滞回线,分析了纤维特征强度和纤维威布尔模量对纤维失效、迟滞回线形状和面积的影响,预测的迟滞回线与试验数据相吻合。     

石英光纤与树脂界面剪切强度实验研究

为了克服无法精确控制光纤埋入长度和埋入方向等缺点,重新设计了光纤单丝拔出实验.有限元计算结果表明,新旧方法下,光纤各部分剪切应力的分布规律相同,且各相应应力数值误差不超过5%.根据原理设计了纤维穿透基体的光纤拔出实验模具,并进行了普通单模光纤以及碳涂敷单模光纤与基体材料间界面剪切强度实验研究.光纤单丝拔出实验现象表明,光纤涂敷层与内部包覆层间界面平均剪切强度较低,因该强度值与光纤周围的基体材料上承受的沿光纤轴向的正应力相关,若将光纤埋入到复合材料中去,轴向载荷不宜过大,否则会出现光纤涂敷层和包覆层之间界面剪切剥离,产生裂纹,从而降低整体结构的力学性能.     

基于ABAQUS的渐开线齿轮齿根裂纹扩展仿真

齿轮在传动过程中经常发生断裂,严重影响了齿轮的使用。本文研究了齿轮齿根裂纹扩展特性,为齿轮安全设计打下基础。通过Pro/E参数化建模建立一对啮合渐开线齿轮,加载一定载荷后通过分析得到最大应力区域、假定裂纹源头和初始裂纹方向;在应力强度因子的计算过程中,从线弹性断裂力学角度出发,应用ABAQUS软件计算得到裂纹尖端应力强度因子;根据最大周向应力法,计算了裂纹失稳后的扩展角,并在ABAQUS中分步模拟了裂纹的扩展趋势;当kI值发生突变后,裂纹迅速扩展以致轮齿断裂。     

结构两平面穿透裂纹交互影响研究

有限元重合网格法是研究断裂力学问题,特别是多裂纹问题的有效数值方法。本文基于有限元重合网格法,计算分析了受拉伸载荷作用的有限宽平板中两平面穿透裂纹在不同位置和方向的应力场分布,并计算出不同情况下裂纹尖端的交互因子以探索多裂纹的相互作用对应力强度因子的影响规律。研究结果表明裂纹间的相互作用在不同位置和方向条件下会对裂纹尖端应力场产生强化或屏蔽效应。本文的结果和结论可以为多裂纹损伤容限分析提供参考依据。     

新电位移边界条件下的压电介质断裂问题

应用边界元法，并结合一种特殊的复变函数基本解，研究了压电介质的断裂问题。由于该基本解完全遵循本构方程没有对电位移边界作假设，所以结论同非穿透性裂纹假设的结果有较大差异。通过计算表明，外加力载荷不但会引起裂纹尖端应力奇异性，也会引起电场奇异性，同样，外加电压也会引起裂纹尖端应力奇异性。     

MSD对老旧飞机搭接结构完整性的影响

利用FRANC2D/L对含MSD某型飞机机翼蒙皮搭接接头进行了有限元分析,得到了不同分布钉载下MSD裂纹应力强度因子(SIF)随裂纹扩展历程变化的计算曲线,和已有的文献比较表明,本文数值结果精确,方法可靠。计算结果表明,孔壁受载方式对SIF影响不大,但对MSD裂纹扩展方向有明显的影响;相对于均匀分布和集中力,二次分布的钉载更接近于实际的孔壁受载方式,且在计算时,应考虑其它排钉孔的受载。最后探讨了基于力学的评估含MSD搭接结构完整性的方法。     

对称削层复合材料结构的有限元分析

通过对复合材料削层结构的有限元计算分析，得到整个结构特别是过渡段附近的真实应变和应力分布。通过分析发现削层结构的应变和应力分布呈现出不均匀现象，尤其在上下界面附近和覆盖层内，出现应力集中现象，这些危险点的存在，严重影响整个结构的性能。此外，还研究了过渡段长短对结构应力分布的影响。     

钛合金高压气瓶表面裂纹断裂试验及断裂应力预计

本文扼要地介绍气瓶基体金属疲劳表面裂纹断裂试验的结果,并与几种常用工程计算方法的计算值进行比较。对韧带未完全屈服的断裂情况,我们导出了一个适合计算表面裂纹断裂应力的公式,在此基础上还推荐了一种预计表面裂纹断裂应力的简便方法。     

平板锥形膜盒应力强度因子计算

基于梁理论和薄板理论分别建立了平板锥形焊接膜盒的理论计算模型,推导了膜片焊菇处裂纹尖端的应力强度因子在轴向外载和压力下的计算公式。为评估理论计算公式的准确性,基于ABAQUS的围线积分方法计算了裂纹尖端的应力强度因子。结果表明薄板模型的应力强度因子计算结果与有限元解吻合更好,误差在10%以内。     

V型缺口根部裂纹应力强度因子的有限元分析

各种宏微观缺口会导致局部的应力/应变集中,疲劳裂纹往往萌生于缺口根部,缺口根部与裂纹前沿的三维应力场相互作用使得缺口根部裂纹前沿的应力场非常复杂,很难得到精确的解析解.文中利用三维有限元方法系统研究了V型缺口根部裂纹前沿的三维应力场,分析了缺口约束对裂纹前沿应力状态的影响,建立了考虑缺口约束影响的应力强度因子经验解,对实际应用具有指导意义.     

氢致Ⅰ型裂纹扩展的位错塞积群模型

本文利用位错理论和夹杂理论研究了Ⅰ型裂纹前方的位错塞积群和氢气团以及它们之间的交互作用，求得了塞积群的位借密度、应力集中系数和裂纹扩展速率。所得结果表明，氢气团促进裂纹尖端位猪源开动，即促进滞后塑性变形，提高塞积群的应力集中系数，引起材料脆化，促进微裂纹核形成。     

含多部位损伤搭接结构应力强度因子三维有限元分析

应力强度因子(Stress intensity factor,SIF)分析是含多部位损伤(Multiple site damage,MSD)结构剩余强度和裂纹扩展寿命预测的基础和关键。考虑接触与摩擦,建立了含MSD搭接结构的三维有限元模型,研究了不同裂纹长度、铆钉类型以及损伤模式下裂纹尖端SIF分布情况和变化规律。结果表明,搭接件孔边裂纹Ⅰ型SIF起主导作用,Ⅱ型和Ⅲ型SIF可忽略不计。由于次弯曲、铆钉变形和板厚度等因素,SIF在外表面最小,接触面一侧较大,最大值多位于蒙皮内部。MSD会使裂纹间的干涉作用增强,SIF增大,且裂纹间距离越近干涉作用越强。裂纹长度相同时,埋头铆钉的孔边裂纹SIF积分均值大于平头铆钉,且接触面的SIF埋头铆钉大于平头铆钉,外表面则相反。     

基于电饱和模型的裂纹端部应力场分析

在非线性电弹性理论构架内,采用电饱和条带模型和复变函数方法,探讨了远场均匀载荷作用下无限大压电介质中裂尖附近的应力场,主要关注裂尖附近的应力场。所得解表明,裂尖附近任意一点处的各规格化应力分量均仅由这一点的角度决定,而与该点到坐标原点的距离无关。最后,基于PZT-5H的数值结果对其裂尖附近各面内的应力分量进行了分析,与相关研究结果比较,本文方法得到的解是有效的。     

气液两相分层流剪切应力的不确定度分析

基于水平气液两相分层流的压力梯度、波状液层和气壁剪切应力实验数据,对两流体剪切应力进行不确定度计算,分析各不确定度分量对液壁和气液界面剪切应力结果的影响.由剪切应力可以直接计算分层流动量平衡方程的本构参数,对本构参数的关联作了合理的解释.气液界面剪切应力受液层高度和压力梯度的准确性影响较大,而液壁剪切应力却相反,和气液界面剪切应力最大程度相关.通过和实验数据对比发现,液壁摩擦因子无法像气壁摩擦因子那样可以用单相管流的指数型关系式来描述,而是应该结合气液界面摩擦因子建立一个基于两相各流体特征参数的有效关联式.     

飞机结构腐蚀搭接件应力应变分析

通过对一架退役飞机分解检查，发现搭接件外表面光滑，而搭接面腐蚀很严重。利用三维有限元法定性地分析腐蚀产物膨胀作用的“垫枕效应”，得到了蒙皮板的应力应变的分布情况，确定了疲劳裂纹可能的形成位置，讨论了孔蚀对搭接件蒙皮应力应变分布的影响。     

冲击载荷作用下动态应力强度因子的研究

应用有限元法研究了带有表面裂纹的厚壁筒在冲击载荷作用下动态应力强度因子的计算问题，给出了合理的计算方法，分析了影响动态应力强度因子的有关因素