【摘 要】
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复合材料具有比强度大、比刚度高、抗疲劳性能好以及材料性能可设计等优点,工程用途极其广泛.层状复合材料在层间界面易于出现微观裂纹,裂纹逐渐扩展并导致结构失稳,丧失承载能力.断裂问题成为层状复合材料构件使用安全可靠性的关键因素之一,研究层状复合材料的裂纹扩展问题具有重要的理论价值和工程意义.本文主要研究层状复合材料裂纹由硬层扩展到软层时的进一步扩展趋势.在有限元分析软件ANSYS的基础上利用基于Wil
【机 构】
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中国科学院力学研究所,北京 大庆油田第九采油厂,大庆
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复合材料具有比强度大、比刚度高、抗疲劳性能好以及材料性能可设计等优点,工程用途极其广泛.层状复合材料在层间界面易于出现微观裂纹,裂纹逐渐扩展并导致结构失稳,丧失承载能力.断裂问题成为层状复合材料构件使用安全可靠性的关键因素之一,研究层状复合材料的裂纹扩展问题具有重要的理论价值和工程意义.
本文主要研究层状复合材料裂纹由硬层扩展到软层时的进一步扩展趋势.在有限元分析软件ANSYS的基础上利用基于Williams特征展开的围线积分提取法对复合材料裂纹扩展到软层后的裂纹尖端区域的应力强度因子进行了计算,进一步得到应力应变场后利用最大环向应力理论、KⅡ=0理论、最大能量释放率理论和最小应变能密度理论对裂纹进一步扩展趋势进行了一系列研究.
其他文献
对结构钢等高纯净材料,裂纹经常是从滑移带萌生.在构件的孔、槽等附近的应力集中区,疲劳载荷水平比较高,在疲劳早期就会观察到许多个晶粒尺寸级的小裂纹,这时的损伤模式是以裂纹萌生为主.随着疲劳循环数的增加,小裂纹的萌生、扩展和合并等不同损伤模式都在发展,逐渐形成一条或几条宏观疲劳裂纹.裂纹起始阶段的损伤特点是多种模式的竞争和共存,因此裂纹起始寿命的估算是比较困难的.本文介绍了采用计算机模拟方法再现的裂纹
起落架的四框架是主要的承载构件之一,承受来自起落架的载荷产生剪切变形,并且承受飞机起飞和着陆过程中的振动和冲击,是起落架结构设计强度分析的重点.本文借助有限元分析软件ANSYS,对飞机前起落架四框架经常出现疲劳裂纹和断裂的四框架B型材进行有限元强度分析.分析中着重解决载荷的合理分配等问题,结果表明采用线形载荷分配形式对所分析的四框架型材进行有限元应力分析,能够得到接近型材实际工作时的应力分布情况.
疲劳裂纹扩展中的裂纹闭合是人们广泛关注的问题,其中塑性诱导裂纹闭合是导致裂纹闭合发生的主要机理.本文用弹塑性有限元法模拟含中心裂纹矩形板试件的疲劳裂纹扩展,并确定疲劳裂纹张开、闭合应力水平.通过计算,考察应力比 R、裂纹长度、最大应力强度因子Kmax等对疲劳裂纹张开闭合应力的影响规律.论文阐述了所采用的裂纹扩展模拟方法及确定裂纹张开和闭合应力的原理.采用了等K加载方式,也就是在裂纹扩展中裂尖应力强
建立了自行火炮虚拟样机模型,仿真并获得二维疲劳载荷设计谱.对载荷谱作用下三维表面裂纹,采用双重边界元理论求解裂纹前沿的应力应变场,运用Forman理论、最小应变能密度法和Elber模型,计算裂纹前沿各点的扩展长度、扩展方向和应力强度因子等特征量.根据增量步下裂纹几何形状的改变,对裂纹面进行网格重划分和迭代计算,模拟三维裂纹的扩展,预测裂纹扩展寿命.扭力轴表面裂纹扩展的仿真结果表明该方法合理可行.
利用分离式Hopkinson压杆(SHPB)测量三点弯曲试样材料的动态应力强度因子,应力波载荷的惯性效应和弥散效应对试验结果不可忽略的影响已被许多学者的实验结果证实.将不同SHPB入射杆形状产生的载荷一时间历程曲线作为动态有限元模型的载荷信息,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,基于虚拟裂纹闭合技术(VCCT)计算得到三点弯曲试样的动态应力强度因子变化曲线,曲线上起裂时问对应的值即为材料的动
本文以带有侧斜裂纹的紧凑拉伸试件为试件,实验研究了Ⅰ+Ⅲ复合型裂纹在疲劳载荷作用下的扩展情况,重点研究了裂纹转型和裂纹扩展速率的变化.研究发现,Ⅰ+Ⅲ复合型裂纹是向Ⅰ型裂纹转化,且侧斜角越大,裂纹转型越快.而在转型过程中,裂纹整体向前扩展速度可能会小于单纯的Ⅰ型裂纹扩展.
腐蚀对飞机寿命和安全的影响日益显著,综合考虑腐蚀条件下结构的耐久性和损伤容限,将有助于减轻结构的重量,使结构符合检修一体化要求,提高飞机的机动性和经济性.本文给出了腐蚀条件下飞机结构耐久性/损伤容限综合设计与分析方法,并建立了分析模型.该模型以腐蚀条件下随机耐久性分析为基础,补充了概率损伤容限分析.模型采用了统一的裂纹扩展公式,将耐久性和损伤容限分析有机的结合起来,减少了需要的试验数据.
本文根据广义Crouch基本解和对应的广义不连续位移边界元方法,研究三维电磁固体中的裂纹在非均匀荷载下的强度因子和裂纹腔内的电位移和磁感应强度,以及电磁均可穿透和电磁均不可穿透边界条件对解的影响.以线性分布的力载荷为例,给出正方形裂纹问题的解.运用迭代方法,求解裂纹张开模型这一非线性电磁固体裂纹问题,研究裂纹的张开对解的影响.
在线弹性裂纹研究基础上,将热-粘弹塑性对控制方程和边界条件的非线性影响作为伪载荷处理,使得粘弹塑项以伪体积力和伪面力形式出现,进而将磁电热弹耦合材料三维单裂纹扩展问题转化为解时域超奇异积分方程问题.得到广义应力增量场解析表达式,定义了广义J积分,为奇异积分方程建立了数值解法;进行了考核性计算,验证了本方法收敛性和准确性.
以2024-T3和2524-T3合金薄板为研究对象,采用拉伸和疲劳力学性能测试、金相和透射电子显微分析技术,比较研究了2024-T3和2524-T3合金薄板的组织和性能,重点考察了Fe、Si杂质相和初生相形貌、大小、分布对合金疲劳特性的影响.结果表明,两种合金晶粒内部分布有大量短棒状的微米级的析出相,它是铸锭均匀化过程中析出的,有抑制再结晶和晶粒长大的作用;两种合金中Fe和Si主要以两种形式存在,