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基于近场动力学理论的脆性材料裂纹扩展模拟
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作者 黄昱翔 肖南 +2 位作者 黄阜 凌同华 邱祥 《科学技术与工程》 北大核心 2026年第1期30-40,共11页
为深入探究材料失效和损伤演化规律,通过非局部性近场动力学理论数值模拟方法系统研究了不同载荷条件下脆性材料的裂纹萌生、扩展、相互作用机理。结果表明:基于积分-微分方程的键型本构模型能够准确预测复杂断裂现象,二维含圆孔拉伸试... 为深入探究材料失效和损伤演化规律,通过非局部性近场动力学理论数值模拟方法系统研究了不同载荷条件下脆性材料的裂纹萌生、扩展、相互作用机理。结果表明:基于积分-微分方程的键型本构模型能够准确预测复杂断裂现象,二维含圆孔拉伸试验和含偏置裂纹三点弯曲试验的数值模拟验证了其在单裂纹扩展中的精确性与有效性;不同初始倾角(30°、60°、90°)下的预制双裂纹系统表现出角度依赖性的力学耦合机制,随着倾角减小,扩展模式由各自独立发展转变为相互影响,呈现显著的不对称特征;小角度构型下的双裂纹表现出明显的协同破坏特征,最终形成贯通的破裂面。可见近场动力学数值模拟方法不仅能准确预测单裂纹扩展行为,还能有效模拟多裂纹系统中的损伤演化和相互作用机制,为脆性材料中复杂裂纹行为分析和多裂纹结构安全评估提供了新的理论依据。 展开更多
关键词 近场动力学 脆性材料 裂纹扩展 单轴压缩实验 双裂纹相互作用
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力-化耦合断裂相场模型研究进展
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作者 申强 张世一 马立峰 《科学技术与工程》 北大核心 2026年第3期879-900,共22页
化学场所诱导的失效是常见材料失效模式之一。由于其复杂的多物理场耦合失效机理,传统的有限元方法在分析这种复杂的力-化耦合失效时具有一定的局限性。近年来,相场断裂模型在分析裂纹萌生、扩展和分支方面具有独特的优势。相场断裂模... 化学场所诱导的失效是常见材料失效模式之一。由于其复杂的多物理场耦合失效机理,传统的有限元方法在分析这种复杂的力-化耦合失效时具有一定的局限性。近年来,相场断裂模型在分析裂纹萌生、扩展和分支方面具有独特的优势。相场断裂模型基于断裂力学的变分原理,该模型可以有效地处理多场耦合断裂问题。详细介绍了力-化耦合断裂相场模型的理论框架、控制方程及有限元实现,并简述了该模型在锂离子电池颗粒充放电过程中和金属材料氢脆中的应用。最后,阐述了该模型在工程应用中存在的主要问题,并探讨了未来研究方向。 展开更多
关键词 断裂 损伤 相场模型 锂离子电池 氢脆
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基于DD-OSBPD模型的耐火材料热震损伤分析
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作者 张益豪 姜翠香 江小玉 《应用数学和力学》 北大核心 2026年第2期189-202,共14页
提出了一种基于损伤依赖的常规态型近场动力学(damage-dependent ordinary state-based peridynamics,DD-OSBPD)完全热力耦合模型,该模型考虑了因键断裂出现裂纹损伤而产生的新的表面效应,引入键损伤修正因子,对表面修正因子进行二次修... 提出了一种基于损伤依赖的常规态型近场动力学(damage-dependent ordinary state-based peridynamics,DD-OSBPD)完全热力耦合模型,该模型考虑了因键断裂出现裂纹损伤而产生的新的表面效应,引入键损伤修正因子,对表面修正因子进行二次修正,以提高近场动力学(peridynamics,PD)模型在裂纹损伤处的计算精度,并运用OpenMP并行计算技术实现了对该模型的数值计算.分别采用DD-OSBPD热力耦合模型,常规态型近场动力学(ordinary state-based peridynamics,OSBPD)热力耦合模型和有限元方法对受均匀拉伸载荷作用的含中心裂纹板的热力耦合问题进行了模拟计算,对DD-OSBPD热力耦合模型的有效性进行了分析验证.基于DD-OSBPD热力耦合模型,该文对不同淬火温度下陶瓷板的裂纹损伤扩展进行了模拟计算,研究了不同淬火温度对材料抗热冲击性的影响,并与试验结果进行了对比分析,结果表明,数值模拟结果与试验研究结果显示了相同的裂纹扩展规律,且吻合良好,进一步对该模型的正确性进行了验证. 展开更多
关键词 近场动力学 热力耦合 裂纹 损伤依赖 耐火陶瓷
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超高压容器典型裂纹自由表面处应力强度因子的计算方法改进
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作者 汪志福 危书涛 +1 位作者 张元迪 郑健 《应用数学和力学》 北大核心 2026年第2期178-188,共11页
自由表面处应力强度因子是超高压容器典型裂纹扩展及寿命预测过程中的核心计算参数,在分段线性插值方法的基础之上加以改进,提出了一种基于高阶多项式拟合计算的方法.以盲底裂纹为例,采用不同次数的多项式拟合了不同采集数据量下的应力... 自由表面处应力强度因子是超高压容器典型裂纹扩展及寿命预测过程中的核心计算参数,在分段线性插值方法的基础之上加以改进,提出了一种基于高阶多项式拟合计算的方法.以盲底裂纹为例,采用不同次数的多项式拟合了不同采集数据量下的应力数据;按该方法进行了不同裂纹下自由表面处应力强度因子的计算,并围绕多项式次数和采集数据量展开研究,探究了二者对计算结果的影响规律;在不同的裂纹深长比下,对比分析了该方法与文献中推荐的线性插值方法及有限元法的差异.结果表明,计算结果随着多项式次数的增加,表现出逐渐逼近且收敛的趋势,常规三次与高阶多项式拟合的计算结果最小相对误差约为-30%;采集数据量不断增多时,计算结果逐渐向稳定值收敛,对比数据量偏少与偏多场景下的计算结果,其最大相对误差约为11%;该方法与文献中的线性插值方法及有限元法的计算结果均基本一致,吻合度较高,且适用于裂纹动态扩展及寿命预测过程中. 展开更多
关键词 超高压容器 裂纹扩展 高阶多项式拟合 裂纹自由表面处 应力强度因子 计算方法改进
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层厚比对钛/铝层状复合材料裂纹扩展机制影响的分子动力学研究
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作者 朱强 张自昂 +8 位作者 陈铭 张林福 刘康 范国华 李道乾 逯红果 张洁 司玉霄 张鹏 《精密成形工程》 北大核心 2026年第2期81-90,共10页
目的探究层厚比对钛/铝层状复合材料裂纹扩展机制的影响,为理解其优异的强韧性协同效应提供原子尺度的见解。方法采用分子动力学模拟方法,构建了3种不同钛层层厚分数(25%、50%、75%)的钛/铝层状复合材料模型,并对其拉伸行为和裂纹动力... 目的探究层厚比对钛/铝层状复合材料裂纹扩展机制的影响,为理解其优异的强韧性协同效应提供原子尺度的见解。方法采用分子动力学模拟方法,构建了3种不同钛层层厚分数(25%、50%、75%)的钛/铝层状复合材料模型,并对其拉伸行为和裂纹动力学特性进行了系统分析。在模拟中,通过施加单轴拉伸载荷,并利用OVITO软件对原子运动、应力分布、位错演化和裂纹尖端扩展过程进行实时追踪和定量分析。结果随着钛层层厚分数从25%增加到75%,峰值应力提升了38.8%,这主要归因于异质变形诱导强化效应,其中界面位错增强了背应力并抑制了塑性失稳。裂纹扩展模式也随之转变:25%钛层层厚分数的模型主要表现为铝层主导的纳米孔洞形核和扩展,裂纹路径曲折;而75%钛层层厚分数的模型则表现为钛约束下的裂纹钝化,裂纹路径更直,纳米孔洞形核受到抑制,韧性提高。值得注意的是,50%钛层层厚分数的模型通过平衡位错存储与堆垛层错约束,实现了最优的强韧性协同效应。结论本研究的分子动力学模拟结果清晰地阐明了钛层层厚分数对钛/铝层状复合材料力学性能及裂纹扩展机制的影响。原子尺度分析结果表明,层厚比调控着应力重分布、塑性区演化及界面分层行为,这些发现为协调抗裂性与力学性能提供了设计依据。 展开更多
关键词 钛/铝层状复合材料 分子动力学模拟 裂纹扩展 界面效应 位错演化
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超薄高强钢化玻璃的动态和静态破裂应力研究
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作者 王乙法 《力学与实践》 2026年第1期48-54,共7页
为研究消费电子行业超薄高强钢化盖板玻璃的动态和静态破裂应力,采用两组0.4 mm厚度玻璃式样,分别进行钢球冲击和环压环(ring on ring,ROR)实验,且均结合了数值仿真对比分析,实测和仿真的结果吻合度较高。得到了两组玻璃非边缘区域的动... 为研究消费电子行业超薄高强钢化盖板玻璃的动态和静态破裂应力,采用两组0.4 mm厚度玻璃式样,分别进行钢球冲击和环压环(ring on ring,ROR)实验,且均结合了数值仿真对比分析,实测和仿真的结果吻合度较高。得到了两组玻璃非边缘区域的动态和静态破裂应力数据,二者的威布尔分布曲线形状参数β值相似度高,分别为13.95和13.64,前者的B50破裂应力是后者的1.65倍。利用最小二乘法,根据两组实验的破裂应力和应力速率拟合出了相关的破裂参数n值,为19.2,为实际工程仿真中玻璃动态破裂应力阈值的研究提供了实验和仿真模型参考。 展开更多
关键词 超薄高强钢化玻璃 应力速率 动态破裂应力 数值仿真 钢球冲击 环压环
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Computational Analysis of Fracture and Surface Deformation Mechanisms in Pre-Cracked Materials under Various Indentation Conditions
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作者 Thi-Xuyen Bui Yu-Sheng Lu +1 位作者 Yu-Sheng Liao Te-Hua Fang 《Computers, Materials & Continua》 2026年第4期492-516,共25页
The mechanical performance of exceedingly soft materials such as Ag is significantly influenced by various working conditions.Therefore,this study systematically investigates the effects of crack geometry,substrate cr... The mechanical performance of exceedingly soft materials such as Ag is significantly influenced by various working conditions.Therefore,this study systematically investigates the effects of crack geometry,substrate crystal orientation,and indenter shape on crack propagation.The mechanical response of Ag is analyzed using the quasi-continuum(QC)method.A pre-crack with a predefined depth and angle was introduced to initiate fracture behavior.The results show that when the pre-crack height is 50 A,the crack propagates rapidly as the imprint depth increases from0 to 7 A,grows steadily up to 15 A,and then accelerates sharply between 15 and 20 A.For other pre-crack heights,crack propagation occurs at a relatively faster rate.Substrates with[100],[010],and[001]crystal orientations promote crack extension,while the onset of plastic deformation(referred to as the yield point in this study)and the fracture strength both increase with increasing pre-crack height.The yield point,fracture strength,and stress intensity factors are highly sensitive to the pre-crack height.When the pre-crack angle is 90○,the fracture strength reaches its maximum of 0.2%higher than that of the uncracked sample-whereas at 0○,it reaches its minimum,still 53.8%higher than that of the uncracked sample.The sample model is conducted using AutoCAD software.The optimized quasicontinuum(QC)method is used to investigate the effects of different crack geometries,substrate crystal orientations,and indenter shapes on the crack extension of Ag material.Baskes and Dow(FBD)potential is borrowed to describe the interaction forces between Ag-Ag,Ni-Ag,and Ni-Ni. 展开更多
关键词 QC method soft material crack extension indenter shape crystal orientation
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基于DIC的疲劳裂纹张开载荷影响因素研究 被引量:1
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作者 龚宝明 刘昊 +1 位作者 张文强 邓彩艳 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 北大核心 2025年第6期576-582,共7页
疲劳裂纹闭合效应对结构疲劳寿命预测精确度有重要影响,如何确定疲劳裂纹扩展时张开载荷的变化规律是疲劳研究的重要课题之一.针对DH36钢,使用数字图像相关(DIC)技术获得裂纹尖端位移场,通过全场位移拟合法得到了不同裂纹长度的三点弯曲... 疲劳裂纹闭合效应对结构疲劳寿命预测精确度有重要影响,如何确定疲劳裂纹扩展时张开载荷的变化规律是疲劳研究的重要课题之一.针对DH36钢,使用数字图像相关(DIC)技术获得裂纹尖端位移场,通过全场位移拟合法得到了不同裂纹长度的三点弯曲(SENB)试样的裂纹尖端有效张开载荷,分析了影响拟合效果的因素,并获得张开载荷随裂纹长度和表面减薄的变化关系.最终通过裂纹扩展速率试验验证了全场位移拟合法所确定张开载荷的准确性.结果表明:DH36钢的疲劳裂纹张开载荷随裂纹长度的增加而增大,表面减薄试样的张开载荷显著低于未减薄试样. 展开更多
关键词 裂纹闭合 疲劳裂纹张开载荷 数字图像相关 疲劳裂纹扩展速率
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动态荷载作用下裂尖DSIFs分析的广义参数Williams单元
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作者 李朝阳 徐华 邓鹏 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第26期11019-11028,共10页
工程结构裂纹在动态荷载作用下容易迅速扩展,导致结构发生低应力脆断破坏,严重影响结构的安全和正常使用。在广义参数有限元法分析框架下,建立动态荷载作用下裂尖动态应力强度因子(dynamic stress intensity factors,DSIFs)分析的Willi... 工程结构裂纹在动态荷载作用下容易迅速扩展,导致结构发生低应力脆断破坏,严重影响结构的安全和正常使用。在广义参数有限元法分析框架下,建立动态荷载作用下裂尖动态应力强度因子(dynamic stress intensity factors,DSIFs)分析的Williams宏单元(W单元)。假定奇异区径向子单元各节点位移近似满足刚体转动理论,进而推导建立奇异区单元荷载向量近似求解式。利用Newmark积分为无条件稳定隐式算法的优势,求解模型的整体控制方程,并由相应的广义参数求解裂尖DSIFs。结合算例分析了W单元关键参数对裂尖DSIFs的影响,研究表明,当W单元的径向离散比例因子为0.95、径向离散单元数为400、级数项数为12时,W单元具有较高的计算精度。 展开更多
关键词 动态荷载 动态应力强度因子 Williams单元 广义参数 Newmark积分法
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铝合金焊接接头在过载下疲劳裂纹扩展行为和机制研究
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作者 徐连勇 赵雷 +2 位作者 黄金超 孙全伟 梁文洲 《机械强度》 北大核心 2025年第9期62-71,共10页
高速列车转向架不同部位常采用不同强度铝合金材料进行设计,且采用焊接方式连接不同部件。当高速列车行驶在复杂路况时,转向架将承受拉伸过载作用,该拉伸过载会与焊接接头强度差异产生耦合叠加作用。因此,对转向架焊接结构件进行拉伸过... 高速列车转向架不同部位常采用不同强度铝合金材料进行设计,且采用焊接方式连接不同部件。当高速列车行驶在复杂路况时,转向架将承受拉伸过载作用,该拉伸过载会与焊接接头强度差异产生耦合叠加作用。因此,对转向架焊接结构件进行拉伸过载试验,研究拉伸过载作用下不同强度铝合金焊接接头的疲劳裂纹扩展行为和内在机制。采用柔度法测量拉伸过载作用下的裂纹扩展速率;用数字图像相关(Digital Image Correlation, DIC)技术分析了拉伸过载施加前后裂纹尖端塑性区的尺寸变化规律;采用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM)观测了不同铝合金拉伸过载作用区域的断口形貌特征,用裂纹尖端塑性区尺寸变化和对应断口形貌特征解释了拉伸过载作用下的裂纹扩展行为和内在机制。结果表明,单次拉伸过载能降低疲劳裂纹扩展速率,延长疲劳寿命。分析结果表明,拉伸过载过程增大裂纹尖端塑性区,并钝化裂纹尖端,从而使疲劳裂纹扩展速率降低。材料强度越低,相同拉伸过载作用下,裂纹尖端变形越严重,迟滞效应越明显。焊接接头在拉伸过载作用下与母材试验结果保持一致,迟滞效应的强弱只取决于材料本身强度。 展开更多
关键词 拉伸过载 机械强度 疲劳裂纹扩展速率 裂纹尖端 焊接接头
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求解三维固体结构裂纹扩展的有限质点法
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作者 杨超 张鹏飞 +1 位作者 汪伟 罗尧治 《固体力学学报》 北大核心 2025年第1期39-53,共15页
对三维固体裂纹扩展的数值模拟一直是较为复杂的过程,裂纹路径的不可预知性使其计算求解相当繁琐且耗时.有限质点法是以向量力学为基础的一种结构复杂行为分析的新方法,本文将它与粘聚力模型相结合用于三维固体动态断裂问题的分析.该方... 对三维固体裂纹扩展的数值模拟一直是较为复杂的过程,裂纹路径的不可预知性使其计算求解相当繁琐且耗时.有限质点法是以向量力学为基础的一种结构复杂行为分析的新方法,本文将它与粘聚力模型相结合用于三维固体动态断裂问题的分析.该方法将固体域离散为质点群,允许通过自由增减质点实现从连续到非连续变形过程的模拟,处理裂纹扩展问题有独特优势.本文基于外加粘聚力模型构建有限质点法三维固体断裂的判别准则和粘聚元自动嵌入的断裂分析模式,提出一种基于遍历搜索的质点拓扑更新的通用处理方法,利用CUDA开发工具包编制三维固体断裂计算的GPU并行求解程序,并通过若干算例探讨方法和程序的有效性和正确性. 展开更多
关键词 三维固体 有限质点法 粘聚力模型 裂纹扩展 并行计算
原文传递
产品寿命服从指数分布/失效率为常数的条件与统计特性
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作者 谢里阳 江超 《机械强度》 北大核心 2025年第9期50-53,共4页
可靠性工程中,时常采用指数分布来描述产品(零部件或设备)寿命;相应的,产品的失效率为常数(不随产品服役时间变化)。然而,只有某些具有特定性能的产品或在特定的载荷环境中寿命才会服从指数分布,失效率才会是常数。在零部件寿命不服从... 可靠性工程中,时常采用指数分布来描述产品(零部件或设备)寿命;相应的,产品的失效率为常数(不随产品服役时间变化)。然而,只有某些具有特定性能的产品或在特定的载荷环境中寿命才会服从指数分布,失效率才会是常数。在零部件寿命不服从指数分布的情况下,假设寿命服从指数分布会导致可靠性及失效率分析结果严重偏离真实情况;在零部件寿命服从指数分布的场合,随意假设零部件独立失效,会错误地估计设备(由零部件构成的系统)的可靠性。从产品性能和服役载荷环境两个方面分析、推断产品失效率的属性(是否随产品服役时间变化),进而揭示产品寿命服从指数分布的条件,阐释在零部件寿命服从指数分布的条件下,系统中零部件失效的独立性/相关性问题。 展开更多
关键词 寿命分布 失效率 指数分布 零部件失效相关性 系统可靠性
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结构断裂损伤高效分析的隔离扩展有限元法
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作者 李钢 韩春宏 余丁浩 《力学学报》 北大核心 2025年第10期2388-2398,共11页
疲劳与灾害载荷作用下,工程结构内部裂纹的萌生与扩展引起的断裂损伤是威胁其安全性的关键因素.然而,由于断裂损伤问题的非线性特征和微观尺度特征,其分析效率通常较低.本研究结合隔离非线性理论与扩展有限元法(XFEM),提出结构断裂损伤... 疲劳与灾害载荷作用下,工程结构内部裂纹的萌生与扩展引起的断裂损伤是威胁其安全性的关键因素.然而,由于断裂损伤问题的非线性特征和微观尺度特征,其分析效率通常较低.本研究结合隔离非线性理论与扩展有限元法(XFEM),提出结构断裂损伤高效分析的隔离扩展有限元法.本研究首先基于XFEM方法基本原理建立断裂区单元模型,并引入广义协调原理、自由度凝聚、矩阵广义逆等对该方法进行改进,将其中用于模拟断裂损伤的单元间共享附加扩展自由度转换为单元内部自由度,避免传统XFEM方法中结构整体刚度的维数增加,随后,通过将断裂区各单元刚度改写为无损单元刚度的摄动展开形式,进一步考虑断裂损伤的局部化特征,提出了断裂损伤结构的隔离非线性控制方程,该方程避免了结构整体刚度中的元素时变,断裂损伤效应通过对初始无损结构刚度的低秩摄动进行描述,引入Woodbury公式进行控制方程求解,在每个计算步中仅需对代表局部断裂损伤的小规模矩阵进行更新,在保证计算精度的同时显著提升效率.典型算例验证表明,该方法在确保裂纹计算准确性的同时,大幅降低了计算成本. 展开更多
关键词 扩展有限元 广义协调元 隔离非线性 裂纹 局部非线性
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不同应力比对HTS-A钢低温疲劳裂纹扩展速率的影响与预报
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作者 罗广恩 刘家奇 姜金辉 《船舶力学》 北大核心 2025年第11期1746-1756,共11页
为研究不同应力比对低温环境下HTS-A钢疲劳裂纹扩展的影响,本文开展了在应力比(R)为0.1和0.3时HTS-A钢CT试件的低温疲劳裂纹扩展试验。试验结果表明,随着温度的降低,裂纹扩展速率降低,疲劳寿命增加;同时,随着应力比的增大,疲劳裂纹扩展... 为研究不同应力比对低温环境下HTS-A钢疲劳裂纹扩展的影响,本文开展了在应力比(R)为0.1和0.3时HTS-A钢CT试件的低温疲劳裂纹扩展试验。试验结果表明,随着温度的降低,裂纹扩展速率降低,疲劳寿命增加;同时,随着应力比的增大,疲劳裂纹扩展速率也相应地增大,但随着温度的降低,应力比对疲劳裂纹扩展速率的影响越来越小。在试验的基础上,本文提出了考虑温度和应力比影响的改进McEvily模型,该模型能够预报不同低温、不同应力比条件下的HTS-A钢疲劳裂纹扩展速率,并与试验结果进行了对比验证。该预报模型可为低温环境下海洋装备的疲劳寿命评估打下基础。 展开更多
关键词 疲劳裂纹扩展速率 HTS-A钢 应力比 低温 疲劳试验
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免疲劳实验标定内聚力模型:疲劳载荷下界面裂纹扩展速率预估新方法
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作者 熊健 薛鹏程 《固体力学学报》 北大核心 2025年第4期462-472,共11页
疲劳失效是工程结构中最常见的失效形式,其力学机制尚未得到充分阐释.现有疲劳裂纹扩展模型高度依赖疲劳实验数据,缺乏普适性理论框架.本文基于指数型内聚力模型特性,通过定义内聚疲劳极限及其对应的分离位移,构建循环损伤增量触发准则... 疲劳失效是工程结构中最常见的失效形式,其力学机制尚未得到充分阐释.现有疲劳裂纹扩展模型高度依赖疲劳实验数据,缺乏普适性理论框架.本文基于指数型内聚力模型特性,通过定义内聚疲劳极限及其对应的分离位移,构建循环损伤增量触发准则,建立了免疲劳实验标定内聚力模型(Fatigue-Free Calibration Cohesive Zone Model,简称F-free model).借鉴弹塑性材料条件屈服应力概念,确定模型的内聚疲劳极限.理论模型预测结果与复合材料层间分层及夹芯结构面芯脱粘实验数据高度吻合,实验拟合的Paris指数均位于模型预测区间内.对无量纲疲劳极限参数分析表明,模型可揭示疲劳裂纹扩展速率分布范围,Paris指数预测范围为0.99~6.3,为疲劳损伤分析提供新型理论工具. 展开更多
关键词 免疲劳实验标定内聚力模型 疲劳裂纹扩展速率 疲劳极限 Paris定律 层合结构
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科技创新背景下研究性教学在“断裂力学”课程中的实践
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作者 韩文梅 张凯 武晋文 《教育教学论坛》 2025年第22期161-164,共4页
“断裂力学”是中北大学航空宇航学院工程力学专业的专业教育课程,其在培养学生的力学素养过程中处于重要地位。在科技创新的时代背景下,根据国家对高素质人才创新和实践能力的要求,以及“断裂力学”的课程特点,从教师如何进行“研究性... “断裂力学”是中北大学航空宇航学院工程力学专业的专业教育课程,其在培养学生的力学素养过程中处于重要地位。在科技创新的时代背景下,根据国家对高素质人才创新和实践能力的要求,以及“断裂力学”的课程特点,从教师如何进行“研究性的教”和学生如何进行“研究性的学”两方面阐述了在“断裂力学”课程教学中实施研究性教学的路径,将教师的教书过程、科学研究过程和学生的学习过程紧密结合。实践表明,研究性教学是一种符合本科高年级学生身心特点、培养创新型人才的可行教学模式。 展开更多
关键词 断裂力学 研究性教学 创新能力 实践能力
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复合型疲劳裂纹扩展路径试验及模拟研究
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作者 张伟政 黄文彬 +2 位作者 贾金光 余列信 杜昆明 《甘肃科学学报》 2025年第4期79-85,共7页
工程构件在复合型裂纹作用下常发生疲劳断裂等问题。因此,为研究复合型疲劳裂纹的扩展特征并完善相关理论体系,基于试验分析和有限元法探究了载荷比R=-1时Ⅰ-Ⅱ/Ⅰ-Ⅲ复合型疲劳裂纹的扩展路径,揭示了其裂尖Mises应力、裂纹面张开位移... 工程构件在复合型裂纹作用下常发生疲劳断裂等问题。因此,为研究复合型疲劳裂纹的扩展特征并完善相关理论体系,基于试验分析和有限元法探究了载荷比R=-1时Ⅰ-Ⅱ/Ⅰ-Ⅲ复合型疲劳裂纹的扩展路径,揭示了其裂尖Mises应力、裂纹面张开位移的演变规律。结果表明:Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹随着Ⅱ型剪切分量增大,裂尖受到剪切力与张开力耦合作用,裂纹扩展路径偏离预制裂纹方向,其开裂角逐渐增大,但裂纹扩展路径在同一平面内。Ⅰ-Ⅲ复合型裂纹因Ⅲ型撕扭分量的作用,裂纹扩展方向不仅在预制裂纹方向发生偏折,同时在厚度方向上发生偏折,其扩展路径呈现为空间曲线。在拉压交变载荷作用下,Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹Mises应力分布随着Ⅱ型分量的增大逐渐由对称形状转变为非对称的形状;而Ⅰ-Ⅲ复合型裂纹Mises应力均呈对称的“蝴蝶”状分布,但Ⅲ型分量越高,Mises应力在拉载峰值与压载峰值处的差异越大。裂纹面张开位移随Ⅱ(Ⅲ)型分量的增大而增大,说明对于Ⅱ(Ⅲ)型主导的裂纹,由于其裂纹接触分量较低,裂纹闭合效应的影响较小,因此随着Ⅱ(Ⅲ)型分量增大,裂纹面张开越明显。 展开更多
关键词 Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹 Ⅰ-Ⅲ复合型裂纹 裂纹扩展路径 Mises应力 裂纹面张开位移
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冲击荷载下含铜矿岩能量耗散的数值模拟 被引量:1
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作者 左庭 李祥龙 +5 位作者 王建国 胡启文 陶子豪 胡涛 章彬彬 宋家旺 《爆炸与冲击》 北大核心 2025年第5期74-87,共14页
为了研究冲击荷载作用下含铜矿岩的破碎块度与能量耗散关系,借助分离式霍普金森压杆试验装置,分析不同冲击荷载下含铜凝灰岩的力学特性及能量传递规律,结合分形理论构建耗散能与矿岩破碎块度之间的关系;同时,基于有限离散元方法(finite ... 为了研究冲击荷载作用下含铜矿岩的破碎块度与能量耗散关系,借助分离式霍普金森压杆试验装置,分析不同冲击荷载下含铜凝灰岩的力学特性及能量传递规律,结合分形理论构建耗散能与矿岩破碎块度之间的关系;同时,基于有限离散元方法(finite discrete element method,FDEM)模拟矿岩的裂纹扩展行为。结果表明:随着入射能的增加,透射能、耗散能、反射能三者的能量分布规律基本保持一致,即透射能、耗散能、反射能依次减小;根据耗散能的不同,碎石块度分布也呈现出明显的差异性。当耗散能由19.52 J增加至105.72 J时,矿岩的平均块度从27.98 mm降低至16.94 mm,分形维数提升了26.43%,表明耗散能越高,矿岩的宏观破碎程度越剧烈,破碎块度的数目越多,碎块粒径越小,均匀性越好;随着冲击荷载的增大,裂纹起裂时间缩短,拉伸裂纹数量占总裂纹数量的比重提高。FDEM数值计算方法的应用可为深入解析岩石断裂破坏特性提供新的思路。 展开更多
关键词 分离式霍普金森压杆 含铜矿岩 破碎块度 分形维数 能量耗散 有限离散元
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复合型裂纹拘束度及其承压结构失效评定图研究 被引量:2
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作者 缪新婷 刘国旭 +2 位作者 张锦波 彭剑 别锋锋 《机械强度》 北大核心 2025年第1期113-122,共10页
围绕平板试样和管道结构的裂尖拘束度以及失效评定图(Failure Assessment Diagram,FAD)进行研究,旨在探明试样和管道之间的适配性和关联性。基于有限元法获得了中心裂纹板(Central Cracked Plate,CCP)试样以及含裂纹承压管道裂尖的拘束... 围绕平板试样和管道结构的裂尖拘束度以及失效评定图(Failure Assessment Diagram,FAD)进行研究,旨在探明试样和管道之间的适配性和关联性。基于有限元法获得了中心裂纹板(Central Cracked Plate,CCP)试样以及含裂纹承压管道裂尖的拘束度,发现单轴加载作用下的CCP试样裂尖拘束度与轴向拉载荷作用下的厚壁管道较匹配,而双轴载荷作用下的CCP试样与内压作用下的薄壁管道较匹配。此外,获得了CCP试样和管道结构的FAD,发现CCP试样的FAD受厚度的影响较小;指出平行于裂纹方向的应力是使得结构的失效评定曲线(Failure Assessment Curve,FAC)提高的主要因素。最后,发现具有相同拘束度水平、裂尖复合程度以及加载方式的两种结构,CCP试样的FAC高于承压管道的FAC,即采用CCP试样的FAD评定管道结构是不安全的。 展开更多
关键词 复合型裂纹 拘束度 失效评定图 承压结构
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动态劈裂拉伸实验下含双椭圆缺陷花岗岩的动态断裂行为 被引量:3
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作者 徐胜男 彭麟智 +4 位作者 王煦 周星源 王璜 秦浩宸 彭安佳 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第6期2218-2226,共9页
为研究含双椭圆缺陷花岗岩的破坏形态及能量耗散规律,利用分离式霍普金森杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)装置,分别对双椭圆缺陷夹角为0°、45°、90°、135°的花岗岩试件进行了动态劈裂拉伸实验,探讨了双椭圆... 为研究含双椭圆缺陷花岗岩的破坏形态及能量耗散规律,利用分离式霍普金森杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)装置,分别对双椭圆缺陷夹角为0°、45°、90°、135°的花岗岩试件进行了动态劈裂拉伸实验,探讨了双椭圆缺陷夹角、缺陷间距与花岗岩破坏形态及能量之间的关系。结果表明:双椭圆缺陷间距不变时,夹角越大,试件越容易断裂;夹角不变时,间距增大,岩样更容易断裂。试件的耗散能密度随夹角的增大而降低,且下降趋势逐渐趋于平缓。试件的破坏形态对夹角的敏感程度较高,即随着夹角的增大,岩样破碎程度逐渐加剧,碎块对称性消失,楔体效应逐渐明显,塑性增强;当夹角超过90°时,破碎程度又开始减小,岩样又呈对称断裂。 展开更多
关键词 冲击荷载 分离式霍普金森杆 DIC(digital image correlation method) 动态断裂 耗散能
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