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用扩展有限元方法模拟混凝土的复合型开裂过程 被引量：45
1
作者 方修君 金峰 王进廷 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2007年第z1期46-52,共7页
用扩展有限元法对混凝土梁复合型开裂过程进行了数值模拟.裂纹面间的力学行为采用粘聚裂纹模型来描述,通过引入切向保留刚度考虑剪力分量的影响.开裂方向的计算采用了一种简化的最大切向应力准则.对Arrea和Ingraffea的混凝土梁复合开裂... 用扩展有限元法对混凝土梁复合型开裂过程进行了数值模拟.裂纹面间的力学行为采用粘聚裂纹模型来描述,通过引入切向保留刚度考虑剪力分量的影响.开裂方向的计算采用了一种简化的最大切向应力准则.对Arrea和Ingraffea的混凝土梁复合开裂实验进行了数值模拟.计算给出了裂纹萌生、扩展的过程及破坏形态,并获得了与实验结果对比良好的荷载-裂纹开口滑移曲线.结果表明,扩展有限元法通过附加特定的位移模式,使裂纹两侧不连位移场的表达独立于网格划分,是一种能够模拟准脆性材料复合开裂问题的有效方法. 展开更多
关键词 扩展有限元 粘聚裂纹模型 最大切向应力准则 准脆性材料 断裂过程
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考虑T应力的岩石压剪裂纹起裂机理 被引量：16
2
作者 刘红岩 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期1296-1302,共7页
传统断裂理论在研究岩石压剪裂纹起裂机理时,往往仅考虑裂纹尖端应力场Williams展开式中的r1/2奇异应力项,而忽略了非奇异应力项(T应力)的影响,造成理论预测值与试验结果不符。在对压剪应力下裂纹受力特征进行分析的基础上,将T应力引入... 传统断裂理论在研究岩石压剪裂纹起裂机理时,往往仅考虑裂纹尖端应力场Williams展开式中的r1/2奇异应力项,而忽略了非奇异应力项(T应力)的影响,造成理论预测值与试验结果不符。在对压剪应力下裂纹受力特征进行分析的基础上,将T应力引入传统断裂力学的最大周向应力准则,提出了考虑T应力的修正最大周向应力准则。同时考虑压剪应力下的裂纹应力传递特点,在上述准则中又引入裂纹面法向刚度及切向刚度等变形参数。最终建立了能够同时考虑岩石性质和裂纹几何参数(如裂纹倾角、长度等)、强度参数(裂纹面摩擦系数)及变形参数(裂纹面法向及切向刚度)的最大周向应力准则,更好地反映了岩石压剪裂纹起裂机理。算例表明由该方法计算得到的翼裂纹起裂角与试验结果吻合较好,同时通过参数敏感性分析发现裂纹尖端相对临界尺寸对翼裂纹起裂角的影响最大。 展开更多
关键词 T应力 岩石 压剪断裂 翼裂纹起裂角 最大周向应力准则 裂纹面法向及切向刚度
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钢轨表面三维疲劳裂纹扩展数值分析 被引量：3
3
作者 王梦凡 阚前华 +3 位作者 赵吉中 温泽峰 苗鸿臣 康国政 《固体力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期355-367,共13页
在车轮循环滚动接触载荷作用下,钢轨接触表面裂纹问题频发,严重威胁高速列车运行安全,开展钢轨表面三维滚动接触疲劳裂纹扩展分析意义重大.首先,考虑不同初始裂纹角度,建立钢轨轨头含初始裂纹的三维有限元模型,对钢轨表面施加循环滚动... 在车轮循环滚动接触载荷作用下,钢轨接触表面裂纹问题频发,严重威胁高速列车运行安全,开展钢轨表面三维滚动接触疲劳裂纹扩展分析意义重大.首先,考虑不同初始裂纹角度,建立钢轨轨头含初始裂纹的三维有限元模型,对钢轨表面施加循环滚动接触载荷,进行轮轨滚动接触计算;然后,基于相互作用积分法计算裂纹前缘的应力强度因子;最后,采用最大周向应力准则和Paris公式计算当前状态下裂纹扩展方向和扩展速率,进而更新下一时刻的裂纹形状和尺寸.通过对上述过程重复实现,从而预测钢轨表面三维裂纹的扩展路径.加载过程中裂纹前缘应力强度因子计算结果表明,随着初始裂纹角度增加,K_(Ⅰ)的峰值逐渐减小,K_(Ⅱ)的峰值逐渐增大,裂纹前缘各位置的等效应力强度因子逐渐减小;裂纹前缘节点的位置越靠近钢轨表面,等效应力强度因子越大.疲劳裂纹扩展计算结果表明,随着循环次数的增加,不同初始角度下的裂纹都发生了偏折,逐渐朝着钢轨深度方向扩展,且裂纹的初始角度越大,发生扩展时需要的循环次数越多.对比三种初始裂纹角度下裂纹长度随循环次数的演化曲线可以发现,初始裂纹角度越小,裂纹扩展速率越大.所开发的方法也适用于研究钢轨多个裂纹的交互作用和其他位置的裂纹扩展问题,可为在役钢轨的剩余寿命提供技术支持. 展开更多
关键词 疲劳裂纹扩展 滚动接触疲劳 最大周向应力准则 应力强度因子
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Ⅱ型加载条件下页岩断裂行为的预测研究 被引量：2
4
作者 杨秀锟 谢秦 +2 位作者 刘希灵 李生相 曾媛 《实验力学》 CSCD 北大核心 2023年第1期109-118,共10页
实际工程中岩体往往处于Ⅰ型和Ⅱ型加载同时存在的状态,而这种复合加载条件下岩石断裂行为的预测较为复杂,也是迫切需要解决的问题。本文基于Ⅰ型加载条件下测试得到的页岩试样断裂韧度,应用MTS(Maximum Tangential Stress,最大切向应力... 实际工程中岩体往往处于Ⅰ型和Ⅱ型加载同时存在的状态,而这种复合加载条件下岩石断裂行为的预测较为复杂,也是迫切需要解决的问题。本文基于Ⅰ型加载条件下测试得到的页岩试样断裂韧度,应用MTS(Maximum Tangential Stress,最大切向应力)断裂准则对页岩试样在Ⅱ型加载条件下的裂纹起裂角以及断裂韧度进行了预测。为评估预测效果,通过Ⅱ型加载条件下2种尺寸页岩断裂试验,发现Ⅰ型断裂韧度随岩样尺寸变化的趋势不同,Ⅱ型断裂韧度基本没有尺寸效应。通过比较预测结果以及试验结果发现,利用传统的MTS断裂准则预测的理论值与试验测试值相差较大。在预测过程中断裂过程区尺寸的确定也是非常重要的,如果不考虑断裂过程区的尺寸效应同样会造成很大的预测误差。结合MTS准则确定的断裂过程区尺寸,利用GMTS(Generalized Maximum Tangential Stress,广义最大切向应力)断裂准则预测的岩样裂纹起裂角以及断裂韧度都与试验测试值非常接近。 展开更多
关键词 页岩 断裂韧度 最大切向应力断裂准则 断裂过程区
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基于最大周向拉应力准则的水力裂纹起裂特征研究 被引量：6
5
作者 赵凯凯 姜鹏飞 +3 位作者 冯彦军 孙晓冬 程利兴 郑建伟 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2021年第2期10-18,共9页
为研究水力裂纹起裂特征,优化水力压裂设计及施工,采用最大周向拉应力准则作为水力裂纹的开裂判据,推导裂纹起裂角和临界水压的计算方程。分析起裂角和临界水压与预制裂纹倾角、注入水压、应力差和孔隙压力等的关系。研究结果表明:起裂... 为研究水力裂纹起裂特征,优化水力压裂设计及施工,采用最大周向拉应力准则作为水力裂纹的开裂判据,推导裂纹起裂角和临界水压的计算方程。分析起裂角和临界水压与预制裂纹倾角、注入水压、应力差和孔隙压力等的关系。研究结果表明:起裂角随预制裂纹倾角的增加呈先增加后减小的趋势;随着水压增高,裂纹起裂角逐渐减小;起裂角随应力差的增加呈单调递增趋势,随孔隙水压增加呈单调递减趋势。临界水压随裂纹倾角的增加呈单调增加的趋势。整体而言,临界水压随应力差增大而增加;随预制裂纹长度的增加而逐渐降低;随断裂韧度的增加呈单调递增趋势;随孔隙水压增加呈单调递减趋势。理论预测的起裂角及临界水压与水力压裂试验结果较为吻合。研究结论可为水力压裂设计及施工提供借鉴。 展开更多
关键词 定向水力压裂 水力裂纹 起裂角 临界水压 最大周向拉应力准则
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热疲劳斜裂纹应力强度因子有限元分析 被引量：4
6
作者 闫明 张义民 +1 位作者 何雪 李鹤 《东北大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第5期720-723,共4页
用有限元方法和最大周向应力准则计算了热疲劳斜裂纹的应力强度因子和开裂角的周期变化规律.计算表明:在加热过程中,模型内产生压缩热应力,使两裂纹面相互挤压、错开;由于加热过程生成的压缩塑性变形不能自由恢复,在降温过程的后期产生... 用有限元方法和最大周向应力准则计算了热疲劳斜裂纹的应力强度因子和开裂角的周期变化规律.计算表明:在加热过程中,模型内产生压缩热应力,使两裂纹面相互挤压、错开;由于加热过程生成的压缩塑性变形不能自由恢复,在降温过程的后期产生拉应力使裂纹张开;热疲劳斜裂纹在加热过程以及降温过程的前期是纯Ⅱ型,KⅡ在加热过程结束时达到最大值,在降温过程的后期是Ⅰ,Ⅱ复合型,降温过程结束时KⅠ,Ke达到最大值,裂纹在此时最易开裂. 展开更多
关键词 斜裂纹 热疲劳 应力强度因子 Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹 最大周向应力准则
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基于围道积分的润滑接触齿轮微点蚀损伤特征模拟
7
作者 赵洋 肖洋 +3 位作者 孙皓 霍文浩 冯松 廖勇 《吉林大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期799-810,共12页
基于围道积分的方法提出了一种考虑润滑接触对的齿轮齿面微点蚀模拟方法,通过建立其二维有限元数值模型,研究微点蚀裂纹扩展过程中的损伤特征,即应力强度因子变化规律及最终齿面点蚀形貌。润滑接触对模型考虑了齿轮相互接触载荷、接触... 基于围道积分的方法提出了一种考虑润滑接触对的齿轮齿面微点蚀模拟方法,通过建立其二维有限元数值模型,研究微点蚀裂纹扩展过程中的损伤特征,即应力强度因子变化规律及最终齿面点蚀形貌。润滑接触对模型考虑了齿轮相互接触载荷、接触关系以及弹流润滑条件。在ABAQUS中计算得到裂纹尖端处的应力强度因子KI、KII以及扩展角θC,然后根据最大切向应力(MTS)准则计算等效应力强度因子Kσ并作为裂纹扩展的判别条件,进一步地探讨不同润滑状态对微点蚀的形成影响。结果表明:齿轮间充分润滑时,KI和Kσ随着裂纹长度的增加而快速增大,形成的点蚀坑更小;润滑不足时,KI和Kσ随着裂纹长度变化缓慢,形成的点蚀区域更大。研究结果可为后续微点蚀齿轮的接触疲劳寿命分析、在线磨损监测以及啮合刚度计算提供理论支持。 展开更多
关键词 机械设计及理论 微点蚀 围道积分 损伤特征 最大切向应力准则 润滑状态
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航空结构铝合金Ⅰ/Ⅱ复合型断裂的三维弹塑性数值分析
8
作者 王芳丽 佘崇民 郭万林 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第2期255-259,共5页
在LC4CS铝合金三维Ⅰ/Ⅱ复合型断裂实验的基础上,对Ⅰ/Ⅱ复合型加载模型进行了细致的三维弹塑性有限元计算,系统分析了不同复合度Φ和厚度B对裂纹端部应力场和起裂角的影响。结果表明,对于不同Φ和B的试样,周向应力极大值和三维离面约... 在LC4CS铝合金三维Ⅰ/Ⅱ复合型断裂实验的基础上,对Ⅰ/Ⅱ复合型加载模型进行了细致的三维弹塑性有限元计算,系统分析了不同复合度Φ和厚度B对裂纹端部应力场和起裂角的影响。结果表明,对于不同Φ和B的试样,周向应力极大值和三维离面约束因子极小值出现在相同的角度;根据最大周向应力准则,在Ⅰ型载荷占主导(eβq>65.45°)时,三维有限元计算的裂纹起裂角比采用二维MTS准则预测的起裂角更加接近实验结果。实验中8 mm厚度下的复合型断裂具有比采用现有二维断裂准则的预测值更小的起裂角,说明需要发展更加接近实际情况的新的三维复合型断裂准则。 展开更多
关键词 三维Ⅰ/Ⅱ复合型弹塑性断裂 起裂角 最大周向应力准则 三维离面约束因子
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化学溶液和干湿循环作用下砂岩Ⅰ/Ⅱ复合型断裂韧性劣化特性研究
9
作者 刘新荣 缪露莉 +1 位作者 袁文 周伟锋 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期2148-2155,共8页
为研究化学溶液和干湿循环作用下砂岩Ⅰ/Ⅱ复合型断裂韧性的劣化规律,先采用pH为7,9,4的保水溶液,对试件进行干湿循环试验(N=1,3,6,10),随后通过半圆弯曲法测试试件的Ⅰ/Ⅱ复合型断裂韧性。试验结果显示:随着干湿循环次数N的增加,砂岩... 为研究化学溶液和干湿循环作用下砂岩Ⅰ/Ⅱ复合型断裂韧性的劣化规律,先采用pH为7,9,4的保水溶液,对试件进行干湿循环试验(N=1,3,6,10),随后通过半圆弯曲法测试试件的Ⅰ/Ⅱ复合型断裂韧性。试验结果显示:随着干湿循环次数N的增加,砂岩断裂韧性逐渐劣化,且劣化速度逐渐减缓;化学溶液对断裂韧性的影响为:酸性>碱性>中性;Ⅱ型断裂韧度总劣化度小于Ⅰ型断裂韧度。随后,基于试验结果,发现最大切应力准则(MTS准则)在判别以Ⅱ型断裂为主的复合型裂纹时存在较大误差,而广义最大切应力准则(GMTS准则)则能较好的吻合试验结果。最后,基于GMTS判据,分析裂纹尖端参数的劣化特征:T应力的绝对值与临界极半径r_(c)随着断裂韧性总劣化度的增大而减小;试件的干湿状态对r_(c)影响微弱,印证了r_(c)是反映结构性质的参数。 展开更多
关键词 复合型断裂韧性 干湿循环 酸碱环境 广义最大切应力准则(GMTS准则) 劣化
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基于修正最大切向应力准则的含中心直裂纹混凝土圆盘断裂行为研究 被引量：3
10
作者 侯成 王志勇 王志华 《中国科学：技术科学》 EI CSCD 北大核心 2016年第4期377-386,共10页
采用一种含中心直裂纹的混凝土圆盘试件,对其进行准静态径向压缩测试,通过改变中心裂纹倾角和混凝土的配比,得到了不同情况下混凝土试件的裂纹初始扩展角和断裂阻力.基于Ayatollahi等人修正的最大切向应力准则(MMTS),通过联立理论公式... 采用一种含中心直裂纹的混凝土圆盘试件,对其进行准静态径向压缩测试,通过改变中心裂纹倾角和混凝土的配比,得到了不同情况下混凝土试件的裂纹初始扩展角和断裂阻力.基于Ayatollahi等人修正的最大切向应力准则(MMTS),通过联立理论公式求解得到不同配比、不同裂纹形式(II型和I-II混合型)混凝土试件的裂纹初始扩展角和断裂阻力的预测值,并将其与实验值进行了比较分析.其中MMTS准则是同时考虑了裂纹尖端应力场中奇异项和非奇异项(即Williams级数展开项中的T应力、A3和B3阶项,并忽略了更高阶项)的最大切向应力准则,使用超确定有限元法(FEOD)对Williams级数展开项的无量纲参数进行计算,并采用考虑了A3阶项的Schmidt模型计算断裂过程区的大小.研究结果表明,与传统MTS准则、GMTS准则相比,MMTS准则能够更好地预测混凝土试件裂纹初始扩展角和断裂阻力,特别是针对II型载荷占主导地位时的情况. 展开更多
关键词 混凝土 巴西圆盘 修正最大切向应力准则 断裂阻力 裂纹初始扩展角
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