裂纹与一类线型扁平夹杂相互干涉的应力强度因子

本文应用奇异积分方程法研究裂纹与一类线型扁平夹杂相互干涉的弹性力学平面问题。将裂纹与夹杂非相交情况推广到在端点以任意角度相交情况。一对位错和一对集中力的格林函数分别被用以形成裂纹和夹杂。通过对所得奇异积分方程组的奇异性分析,确定了裂纹与夹杂在端点以任意角度相交时端点和交点处的应力奇异性指数。最后导出了裂纹与夹杂尖端应力强度因子的计算公式并进行了一些数值计算。结果表明本文的方法对于处理类似的奇异性问题是非常有效的。     

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。     

SiO2非金属夹杂物对镍基粉末高温合金微观力学行为的影响

通过扫描电镜原位拉伸和原位疲劳实验,动态跟踪观察了SiO2类非金属夹杂物对FGH95合金裂纹萌生和扩展的影响规律.结果表明,在原位拉伸过程中,夹杂物处是裂纹萌生的择优位置,且沿与应力轴垂直或约45°向夹杂内部扩展.当主裂纹扩展到基体中之后,呈锯齿状向基体内扩展,但主裂纹所在平面仍与主应力轴垂直,其尖端变形带内有明显的滑移线出现.在原位疲劳过程中,主裂纹在夹杂物与基体界面处萌生,并在尖角应力集中处沿与主应力轴成45°向基体中扩展,随后沿垂直于主应力轴方向扩展至失稳断裂.夹杂物附近基体中的贫γ′相区,断口在两种加载条件下呈不同的断裂特征.     

夹杂物在FGH95中的损伤力学行为研究

通过损伤力学的研究方法模拟平面拉伸应力作用下夹杂物及周围基体中的应力场分布情况,并通过原位拉伸试验对模拟结果进行验证。结果表明,在夹杂为圆形的情况下,当基体处于弹性状态时,极点处将有一定的拉应力集中,裂纹将从该处萌生;当基体处于弹塑性状态时,应力集中位置将转移到赤道面处,裂纹在该处向基体中扩展。在夹杂为方形的情况下,裂纹在极点处萌生,并在尖角应力集中处向基体中扩展。模拟结果与试验结果的对比说明,在模拟过程中将基体分为弹性和弹塑性两个阶段是可行的。     

夹杂对粉末高温合金裂纹扩展寿命的影响

采用有限元方法中的奇异单元,研究了当粉末高温合金FGH 95中存在由夹杂引起的裂纹时,夹杂对裂纹应力强度因子的影响;并在此基础上,利用Paris公式,计算了夹杂对裂纹扩展寿命的影响。研究结果表明:当夹杂处于裂纹的不同位置时,对应力强度因子的影响趋势也不同,且硬夹杂的影响趋势与软夹杂相反;存在软夹杂时,将夹杂当作初始裂纹,不考虑夹杂的影响得出的裂纹扩展寿命结果是安全的,而对于硬夹杂得出的结果偏于危险,对于FGH 95粉末高温合金,夹杂相对于基体材料其弹性模量偏小,为软夹杂,因此将夹杂当作初始裂纹计算裂纹扩展寿命时不考虑夹杂的影响,将得到偏于安全的裂纹扩展寿命计算结果。这一结论为简化粉末冶金涡轮盘的寿命分析提供了依据。      

喷丸残余应力及夹杂影响小裂纹仿真概率模型

提出考虑喷丸残余应力及内部夹杂影响的随机内部小裂纹形核扩展概率模型，实现构件内部疲劳裂纹萌生过程的仿真。针对高温合金X，在开展试验的数据基础上，识别模型所需的残余应力分布参数、“形核相关”夹杂尺寸分布参数、微观结构相关塑性本构参数及小裂纹形核扩展参数。模型成功预测喷丸等直棒两种主要的形核方式：残余拉应力平衡层夹杂形核及无残余应力区夹杂形核。与试验对比，模型预测内部裂纹萌生寿命及其分散精度高，残余拉应力平衡层预测萌生寿命中值误差为2%，-3σ寿命误差为37%，无残余应力区预测萌生寿命中值误差为3%，-3σ寿命误差为3%；此外，模型仿真的内部裂纹形貌为“鱼眼形”，贴合试验件断口形貌。     

夹杂物特征参数对拉伸载荷下超高强度钢裂纹萌生与扩展的影响

采用扫描电镜原位观测的方法,动态跟踪观察拉伸载荷作用下航空发动机轴类超高强度钢MA250中不同形状和尺寸的TiN夹杂导致裂纹萌生与扩展的微观行为,从微观角度分析拉伸载荷作用下夹杂物的几何长轴与外加载荷方向成不同角度时裂纹的萌生方式.同时讨论TiN夹杂中第一条裂纹萌生所需的应力与夹杂物面积的关系.结果表明,夹杂物面积越大,第一条裂纹萌生所需的应力越小.     

粉末冶金镍基高温合金FGH96高温疲劳寿命分散性特征

通过宽载荷水平大子样试验研究了缺陷对粉末冶金镍基高温合金FGH96的疲劳寿命分散性的影响,获得FGH96在宽载荷水平下的疲劳寿命分布特征.通过扫描电镜对疲劳失效断口进行统计分析,揭示缺陷在不同载荷条件下的作用.结果表明:①FGH96中导致疲劳失效的缺陷主要为非金属夹杂;②在高应力水平下（1200,1100MPa）下,导致表面萌生裂纹的夹杂是最差疲劳寿命的主导因素,使得疲劳寿命分散性较大;③在中间应力水平（1000MPa）下,在材料内部萌生裂纹的夹杂并不影响疲劳寿命的分散性;④在低应力水平（900MPa）下,疲劳破坏均萌生于内部,在材料内部夹杂处萌生的裂纹并不影响疲劳寿命的分散性.因此,在高应力水平下的寿命预测需要考虑缺陷信息.      

复合材料界面模态混合度研究

综述了消除复合材料界面裂纹应力奇异性及求解界面模态混合度的主要方法,分析讨论了各个方法的优缺点.通过分析讨论发现:模态混合度表征界面力学性能可以准确地描述界面裂纹尖端处各应变能释放率分量的振荡特性;求解与裂纹扩展长度无关的各应变能释放率分量及模态混合度是研究复合材料界面裂纹问题的难点;采用混合模态界面力学性能试验方法验证基于正则化长度等求解模态混合度方法的有效性,进而准确预测复合材料分层的发生及扩展是今后研究复合材料界面力学问题的发展方向.     

7075-T651铝合金疲劳特性研究

在不同的应力幅值下测试了7075-T651铝合金的疲劳寿命,拟合试验数据得到合金S-N曲线,估算疲劳极限为223MPa。用扫描电镜观察高低应力幅值下的疲劳试样断口,结果表明:合金的加工缺陷或粗大夹杂处往往为裂纹源,裂纹扩展伴随着小平面断裂的发生,高应力幅下疲劳裂纹扩展区出现犁沟和轮胎花样,而低应力幅下的疲劳裂纹扩展区中除有大量疲劳条带外,还出现了疲劳台阶和二次裂纹。合金的疲劳瞬断区则存在着撕裂棱与等轴韧窝。弥散分布的微小析出相对合金的疲劳性能有着积极的影响。     

二维复合广义J积分

本文推导出了含复合型裂纹的变厚度板在承受体力和面力、存在非均匀温度场的情况下的能量差率表达式。并由此定义了复合型广义J积分 J=J₁cosφ+J₂sinφ J₁=lim（1/t）{∫Wtdx₂-∫W（t/x₁）d A-∫S_i（u_i/x₁）tds -∫（W/T） （T/x₁）td A-∫Bi（u_i/x₁）tdA} J₂=lim1/t{-∫Wtdx₁-∫W（t/x₂）dA-∫si（u_i/x₂）tds -∫（W/T）（T/x₂）tdA-∫Bi（u_i/x₂）tdA} 在此定义的基础上,我们证明了广义J积分的与路径无关性,并利用其路径无关性和裂纹尖端的应力场奇异性得到了广义J积分与线弹...     

机械连接件中螺栓孔角裂纹应力强度因子数值计算(英文)

The three-dimensional finite element method is used to solve the problem of the quarter-elliptical comer crack of the bolt-hole in mechanical joints being subjected to remote tension. The square-root stress singularity around the corner crack front is simulated using the collapsed 20-node quarter point singular elements. The contact interaction between the bolt and the hole boundary is considered in the finite element analysis. The stress intensity factors （SIFs） along the crack front are evaluated by using the displacement correlation technique. The effects of the amount of clearance between the hole and the bolt on the SIFs are investigated. The numerical results indicate that the SIF for mode I decrease with the decreases in clearance, and in the cases of clearance being present, the corner crack is in a mix-mode, even if mode I loading is dominant.     

用拉格朗日等参数单元计算应力强度因子

 本文证明了在二次或三次拉格朗日等参数单元中,假使边上点和内节点移动适当的位置即可产生奇异性。在标准的拉格朗日等参单元中,使一边缩并成一点,成为三角形单元,再适当的选择边上点和内节点的位置,可以在单元的角点产生奇异性,因而,可以计算应力强度因子。在奇异元外面,适当移动边上点和内节点可以形成过渡元,可得到较精确的结果。通过几个例子表明,用这种奇异元,只要较少的单元数和节点数就能得到较精确的结果。     

固体发动机药柱的裂纹稳定性分析

为了确定固体发动机药柱内表面裂纹在内压与轴向过载联合作用下的稳定性及最大允许裂纹深度，以翼锥药形的固体发动机为例，在危险截面上沿危险方向预设裂纹，采用有限元方法，于裂纹尖端构建奇异二维裂纹元，模拟裂纹扩展，分别计算随着裂纹扩展对应裂纹深度的应力强度因子，由此判断在内压与轴向过载作用下，裂纹只能以滑开方式失稳，最大允许裂纹深度可由临界应力强设因子确定。     

含裂纹半无限大板受集中力作用的应力强度因子

本文釆用交替法求解了含边缘裂纹或内部裂纹或半无限长裂纹的半无限大板在板面内受集中力作用的应力强度因子。此法以平面弹性力学的两个问题为基础,而此两问题的解是已知的。第一个是裂纹表面受任意载荷的无限大板,第二个是半平面在边界上受任意载荷作用。然后交替地满足边界条件。计算结果已绘成曲线。     

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.      

尖端具有非线性吸附接触的界面裂纹的动态特性研究

 研究一类尖端具有非线性吸附接触型裂纹模型的弹性波散射问题。利用积分变换和积分方程方法推导了确定这类问题基本变量的奇异积分方程组,采用围道积分技术和切比雪夫多项式展开技术得到了待定系数的非线性代数方程组。最后给出了裂纹尖端接触区的大小和接触应力的数值结果,揭示了这种接触型裂纹模型的动力学特征及物理上的合理性。     

半椭圆表面裂纹应力强度因子计算的边界元法

 工程结构常存在表面裂纹或缺陷,例如飞机上的航炮经多次发射,在内膛将产生表面龟裂;航空发动机轮盘和叶片也可能有表面裂纹。由于表面裂纹是三维问题,给问题的解决带来了很大的困难。边界元方法为求解三维问题带来了方便。