断裂力学裂纹扩展

断裂力学裂纹扩展

做裂纹扩展仿真确实比较难，目前一般都是以弹性断裂力学为基础，二维裂纹扩展容易一些，三维裂纹比较复杂，如果仅是要获得扩展寿命，裂纹长度，可以自己编程做，我是这样做的。如果要想获得不同裂纹前沿的应力应变场和K，模拟结构裂纹随载荷的动态真实变化，可能要借助软件：

（1) Beasy，边界元软件，将三维问题解化为二维问题，比较方便。

（2) Fatigue软件，也还可以，但对复杂结构很难胜任。

（3) FE-fatigue 也不错

（4) FRANC3D。

至于计算，常用的方法有：

（1）Prescribed Method

特点：裂纹只能沿单元边界扩展。

（2）Analytical Geometry Method

特点：将几何和载荷、约束分解为简单的解析形式。

（3）Known Solution Method

特点：查表求已知解。两个重要软件：NASGRO and AFGROW

（4）Meshfree method

美国西北大学做的最好。优点是不需重新划分网格。

（5）Adaptive BEM/FEM

自适应网格边界元/有限元，用的较广。

（6）Lattice method

格子方法

（7）Atomic method

一般使用分子动力学方法。

（8）Constitutive method

在本构方程里引入破坏准则，无需预先引入裂纹。如本人上篇帖子。

（9）Cohesive element

使用cohesive element。

断裂学科研究的新趋向

第十届国际断裂大会（ICF10）的情况介绍

四年一届的国际断裂大会(Int. Conference of Frature, ICF-10)于2001年12月3日～12月6日在美国夏威夷召开。与会的有来自44个国家的代表约610人。中国参加会议的代表并有论文在论文集上发表的计34人（含中国香港10人），其中部分代表因故未能到会。此次会议的举办是成功的，现将会议的简要情况与参加会议的体会及有关建议分别作简单汇报于下。

一、ICF 10大会于2001年12月3日开幕，由ICF 10主席Ritchie教授主持，由ICF 名誉主席Yokobori教授（日）和Evans教授（美）作荣誉报告。他们的报告题目分别为：“用复杂系统科学与工程解决强度与断裂问思路的新尝试”，“力学和材料学的新技术挑战和研究的机遇”。Yokobori教授从复杂系统的角度，用系统学的观点阐释了断裂与强度问题的发展历史，从系统综合的新思路，展望断裂学科的发展。Evans教授回顾了以往由于航天与能源系统的需求，推进了断裂学科的进展。时至今日，生物医学、光电子、半导体等领域的产品对断裂学科的研究与发展提出了新的要求各种工程技术对材料和持久性与可靠性提出了新的课题，与破坏相关现象的研究必须从确定系统的临界状态推进到系统的生存状态，它要求人们研究新的破坏机制并集中注意力于维护系统的持久性。报告列举了两类例子来说明上述的趋向：其一是高承压的薄膜，在热学与力学的循环作用下，发生失稳导致破坏；另一是超轻的多功能结构，它在航天与汽车系统中有强列的需求，它除了应用通常的塑性屈曲分析外，还引入新颖的拓扑和优化的方法，体现了材料与结构设计的一体化及其与力学结合，反映了系统综合发展的新的趋向，迎来了力学与材料科学结合的新机遇。

大会还组织了27个专题分组的邀请报告和29个重点邀请报告。这些报告涉及动态断裂；脆性材料疲劳与高温疲劳；压缩断裂；细观断裂；结构诊断和无损检测与断裂；裂尖区非常规畴变带；环境断裂；纳观尺度效应与断裂；压电材料和聚合物的变形与断裂等。

大会组织的33个分组口头报告。涉及高温断裂、断裂物理、非线性断裂、脆

性断裂、疲劳断裂、断裂力学分析、计算断裂力学、损伤、环境疲劳与断裂、实验断裂力学、损伤力学；冲击与高应变率下的断裂、无损检测、各种材料（陶瓷、聚合物、岩石与混凝土、生物材料、复合材料…）的断裂、破坏（失效）分析、断裂与持久性、热喷涂材料与涂层、等等。与以往几届相比，纳米尺度断裂、分子动力学模拟、微电子机械系统（MEMS）、智能结构、微电子封装、薄膜与界面等相关的断裂问题有了专门的分组，反映了断裂学科适应新发展的需要，研究面更宽了。

大会还组织了130篇论文进行壁报展览，出版了包括650篇论文的摘要文集和会议全部论文的光盘，并将于会后出版经过选择的大会论文集。

会议期间还召开了ICF10的理事会与执行委员会。中国和中国香港分别是理事会成员。理事会通过表决，决定第十一届断裂大会（ICF11）将于2005年3

月20日～25日在意大利都灵召开。通过提名委员会选举并由理事会批准，成立了ICF11（2001－2005）的新的一届执委会。我国清华大学余寿文教授当选为ICF11的副主席。新任主席为澳大利亚悉尼大学的Y.W Mai教授（澳科学院、工程院两院院士）。提名委员会选举并由理事会批准，增补了含我国黄克智院士等的五位国际断裂大会的名誉会员。

二、通过这次四年一届的国际断裂大会，可以看到下列的一些发展趋向：1．适应当前现代科学技术的发展，断裂学科已从原有断裂与工程密切结合的一些工程部门拓宽至信息材料、智能材料与结构、自然（岩石…）和生物材料。力学与材料科学的结合在拓宽的基础上更加深入。材料与结构设计一体化对断裂学科提出了新的要求。从工程应用的角度，充分推动关注系统的持久性和可靠性的研究。

2．随着信息技术渗入各传统工业部门，智能化与微型化要求人们深入研究智能材料与电子材料等在多场（力、热、电、磁、光）耦合作用下，其细、微观以至纳观尺度的断裂行为及其防断设计与断裂控制。计算机与计算技术的发展为断裂

研究提供了强大的计算平台，原子、分子尺度的断裂过程的实验观察有了新的成果。我国的断裂研究在理论建模上见长，是我们的一个优点，但在大规模计算机模拟与高精度与微细尺度的断裂的实验研究方面，与国际上先进国家相比，存在相当大的差距。若不能提供强有力的支持，这一差距仍有扩大的趋势。

3. 近年来，断裂学科研究有了新的进展，此次会议报道的剪切型高速动态裂纹扩展、连续力学与原子尺度的断裂分析的连接、纳观以至原子尺度界面断裂过程的实验观察及电致失效力学等方面，都取得了令人瞩目的进展。其中也包含有中国学者们的贡献。说明我国的断裂研究，在国际上，已经占有了一席之地。

三关于争取2009年春在中国北京承办第十二届国际断裂大会（ICF12）的建议：

2000年12月，在广州召开的第10届全国断裂与疲劳会议期间，与会的7个全国性学会（中国力学学会、中国航空与宇航学会、中国机械工程学会、中国复合材料学会、中国金属学会、中国腐蚀与防护学会、中国材料研究会）的代表及全体出席第9届全国断裂与疲劳会议的代表在会议纪要中吁请申请在中国召开国际断裂大会。在此次新选举产生的ICF11执委会上，中国执行委员提出在北京召开ICF12的设想，向全体执委作了简要的口头申请通报。基于以下原因，中国拟申请承办ICF12：

（1）中国有七个学会近2000人的专业科研与工程技术人员从事断裂与疲劳的研究，多年以来的研究工作，对断裂学科的发展已经作出了许多贡献；（2）近20年中国经济迅速发展，特别在2001年加入世界贸易组织（WTO）后，伴随着经济全球化的新趋势，给断裂的研究与应用提供了推动力，也将进一步促进国际的学术交流；（3）北京申办2008年奥运会成功，从软件和硬件两方面均为2009年春季承办ICF12提供了良好的条件；（4）按欧、美、亚太分区轮值的原则，ICF12应在亚太地区召开，中国是具有竞争力的承办者；（5）从上世纪70年代以来，上述各相关的全国性学会轮流主持每2至3年召开一次全国性的断裂与疲

劳的全国性学术大会，至2001年已连续举行了10届。我国断裂与疲劳的研究，多年来已经形成了有组织的科学研究与开展学术交流的好的传统，国家自然科学基金委员会及相关的工业部门也提供了持续的经费与政策的支持；（6）北京是世界历史文化名城，集中了中国断裂研究的主要单位。上述的说明，得到了与会执委的赞赏与理解。ICF11执委会纪要中要求中国代表于2004年底向ICF11执委会和理事会提交申办正式报告，并由ICF11理事会的各国代表团于2005年3月21日表决。

为此，七个学会有关代表将于2003年商讨申办意见,并将按手续上报审核。在预先商量之后，请香港（中国）的理事也参与商讨关于主办ICF12大会事宜。向国家有关部门作书面汇报并提出申办申请，在得到

批准后逐步付诸实施。

余寿文（清华大学工程力学系）

第十一届国际断裂力学大会（ICF11）简介与断裂研究的前瞻

余寿文1 冯西桥1 杨亚政2

1 清华大学工程力学系破坏力学教育部重点实验室，北京100084

2中国力学学会，北京100080

第十一届国际断裂力学大会（ICF11）于2005年3月20~25日在意大利都灵（Turin）召开。本文对这次大会的内容加以简单介绍，并对本次会议所反映的断裂研究与应用的发展趋势进行简要评述.

大会的开幕式与闭幕式各有两个特邀报告。开幕式报告的主题是关于与多尺度断裂相关的分形与相似律的研究，闭幕式报告是关于金属导线的电致失效、损伤与断裂的多尺度计算方法，彰示了以往与现在断裂研究的几个重要问题。。此外，还有8篇大会邀请报告计。ICF11共发表了来自52个国家的1016篇论文，这些论文涉及36个不同的断裂研究领域。

两个开幕式报告为：（1）B. B. Mandelbrot做了题为“断裂表面粗糙度的分形分

析与综合以及复杂性与无序的重整”的报告。

Mandelbrot 是分行几何的创始人，Fractal一词以及分维等概念都是他创造的。他首先回顾了分形理论发展的历史，揭示了反映断裂面粗糙度的新的内禀度量，论述了粗糙度分形几何的描述方法并解释了某些与断裂相关的新的研究方向，彰示了分形理论在多尺度描述中的重要性。（2）G. I. Barenblatt是断裂力学研究中Dugdale-Barenblatt模型的提出者之一，对尺度律理论也做出了很大贡献，他报告的题目是“疲劳与断裂的尺度现象”。他首先从达芬奇和伽利略等意大利著名学者的工作开始，回顾了结构强度与湍流的研究历史。他简要讨论了断裂问题中一些经典的尺度现象，并由此出发说明尺度律往往依赖于所做的一些基本假设，因此，对这些假设的适用性应该进行仔细校核，否则将得出不同形式的尺度律，甚至会丧失问题所固有的尺度律。他发表了标度律的一般分类方法，介绍了现代相似性分析中的一些基本概念，如中间渐近、完全相似和不完全相似。列举了疲劳与断裂中存在的不完全相似，对这类问题，标度律不能从单靠量纲分析来获得，其“异常量纲”幂次的确定需要更复杂的分析，由此指出了Paris疲劳扩展速率公式中的幂指数不是材料常数。

两个闭幕式报告为：（1）H. Abe的报告题目是“金属导线的电致迁移破坏”。随着微电子器件的微小化，金属导线越来越细，电流密度和器件本身的温度越来越高，电致失效问题越来越突出。Abe的研究组对金属导线中电子风引起的各种电致迁移和失效机制进行了系统的研究，提出了一种电迁移损伤的控制参数——原子流散度（divergence of atomic flux, DAF），利用这一概念可以比较准确地预测金属导线的寿命和破坏位置。（2）R. de Borst报告了关于损伤与断裂问题的现代的区域离散化方法。指出有限元、有限差分等标准的区域离散化方法主要适用于连续体，而不大适用于扩展或演化类型的间断问题。他详细评述了最近发展起来的一些处理间断问题的离散化方法，包括无网格法、间断伽辽金法、以及考虑单元分离的有限元法等，这些方法比传统的有限元法、界面单元法等能够更方便、更准确地模拟扩展间断问题。他通过裂纹扩展的一些数值算例对上述方法进行了比较，说明了这些离散化方法的应用前景，尤其强调了在非均匀介质材料的应用。

其他的大会邀请报告的内容简述如下：

1.国际断裂大会的荣誉主席T. Yokobori（日）的报告题目为“廿世纪后半叶国际断裂大会对断裂研究的贡献”。他回顾了断裂大会（ICF）成立40年以来对断裂研究的重要贡献，指出在21世纪可预期从复杂系统科学的角度来解决强度与断裂的问题；

2.G. Maier等（意）报告了“断裂力学中的反分析”。他首先介绍了基于实验的计算机模拟并通过数值模拟与实验测量差别的最小化来确定待定参数的反分析方法。他以结构工程和微技术领域中的几个典型实例阐述了反分析方法在断裂力学中的应用：其一是准脆性材料的三点弯实验，用电子散斑方法测量了位移场，然后将Ⅰ型粘着区裂纹模型和对称的伽辽金方法相结合，通过反分析确定材料的四个断裂参数；其二是将楔形劈裂试验和卡尔曼滤波方法相结合，确定大坝混凝土材料的随机断裂参数；其三是大坝混凝土材料的物理化学老化参数的反分析，进

行了两个平行孔的充压实验和在位观测，并通过计算比较了梯度算法和人工神经网络方法；其四是通过微压痕实验的反分析进行各向异性材料和薄膜涂层的参数表征。他强调了在断裂力学的工程应用方面，实验、模拟和反分析方法的综合运用的重要性。

3.W. Gerberich等（美）邀请报告的题目为“断裂长度尺度的纳米测量”。首先，从历史发展的角度阐述了断裂力学的应用领域的拓宽，介绍了在微电子、磁记忆、MEMS器件等纳米结构所引发的一系列全新的尺度律问题，包括最小尺度上材料的流动应力、断裂应力和弹性模量。介绍了1970年以来发展起来的测量纳米尺度上材料参数的三种先进工具——透射电镜（TEM）、扫描探针显微镜（SPM）和声发射（AE），通过大量例子说明了这些方法在变形、断裂、摩擦、磨损等方面的应用，并展示了关于铜薄膜和纳米盒、硅纳米球和纳米塔、金刚石薄膜和纳米层状结构的研究结果。

4.高华健（德）报告了“断裂力学概念在生物系统纳米结构中的应用”。颇具新意地报道了其研究组在骨类生物材料和昆虫粘着方面的最新研究结果。他用断裂力学的概念说明了纳米尺度对于这些结构实现其优异性质所起的关键作用，骨类材料中矿物质的纳米尺寸使其具有容许缺陷存在而不影响材料整体性能的特性，而壁虎腿上的纳米凸起导致了极强的粘着强度。他还介绍了相关的理论模型和数值模拟工作。

5.A. Pineau（法）报告了“25年来断裂局部方法的进展：理论与应用”。他综述了用于结构材料断裂韧性预测的断裂局部方法（local approach of fracture, LAF），介绍了韧性破坏和脆性解理断裂的微观机制分析的断裂局部方法，认为对于脆性断裂，材料行为不受损伤影响；而对于韧性断裂，应该将损伤演化与本构方程相耦合。他用断裂局部方法研究了钢的韧脆转变现象，讨论了二相粒子、晶界等因素对钢断裂的影响。此外，他还用这种方法研究了其他一些问题，如加载速率和预应力、焊缝残余应力、焊缝与界面的失配、暖预应力、辐照脆化等对断裂的影响。

6.Y. Murakami（日）报告了“氢对于燃料电池系统中的金属疲劳性质的影响”。他讨论了燃料电池系统的氢环境下金属对疲劳寿命问题，重点研究了马氏体不锈钢和铬钼合金，指出氢对疲劳强度与疲劳寿命有着重要的影响。

7.G. Williams（英）报告了“断裂分析的基础——总体能量法”。他认为总体能量平衡和能量释放率是描述裂纹扩展的最有效方法。以均匀拉伸的板条、受弯梁等为例，对静态和动态裂纹扩展的能量方法进行了评述，并说明了瞬态动力效应。他以剥离问题、用刀片切割软物体（如豆腐）等问题为例进一步说明了能量方法的应用，包括塑性变形等引起的能量耗散。他还强调将能量方法与局部破坏分析方法进行结合，将有更广阔的应用。

8.A. J. Rosakis（美）的“实验室地震”报告了在地震研究方面的有趣而重要的研究成果，主要包括地震动力学与动态剪切破坏这两个正在研究中的地震学课题。Rice（2001）曾指出，摩擦律的选取对于所预测的过程具有十分重要的影响，因

此需要对计算的可靠性进行仔细校验。Rosakis及其合作者在实验室中进行了模拟动态剪切断裂过程的模型实验，以观察新的物理现象，并为理论分析和计算结果提供校验的基础。用高速照相机、光弹性方法和红外成像方法进行记录，用两个光弹板材料（Homalite）模拟层错，用预压缩方法模拟地质载荷，用爆丝方法激发动态开裂。用上述方法研究了破坏特征（破坏速度、破坏模态等）对远场双轴载荷、层错与压缩方向的倾角、层错界面的摩擦性质等因素的依赖关系。报道了相同材料之间的界面和异质材料之间的界面的实验结果，通过异质材料的界面实验，可以模拟波速失配条件。他还报道了在存在界面摩擦情形下对于自发非相关的超剪切破坏、从亚瑞利波速转变到超剪切波速的断裂过程的观察结果。其研究结果说明在一定条件下，超剪切断裂在大地震中是可以实现的。在实验室中部分观察到地震的超剪切断裂是断裂实验朝向解释自然界地震现象的重要进展，引起与会者的浓厚兴趣。

大会有16个平行的分会场，总共分228个分组报告单元。共安排了38个分组邀请报告，我国杨卫院士做了题为“高能原子簇冲击及其引致损伤的多尺度分析”

的邀请报告。

大会内容共分为45个专题，分别为：航空与航天，分析模型，生物力学，陶瓷，复合材料，计算力学，混凝土与岩石，腐蚀，损伤力学，坝，脱粘，耐久性，电子材料，失效分析，疲劳，功能梯度材料，地球物理与地质构造，玻璃，高温与蠕变，历史性与纪念性建筑，氢脆，冲击与动力学，反问题，微机电系统（MEMS），金属材料，细观或介观尺度，复合型，纳观或微观尺度，无损检测与监测，非线性断裂力学，油气生产与分布，物理问题，铁路，增强混凝土，可靠性，尺度律与尺寸效应，智能结构与材料，表面处理，薄膜，焊接，木材。各个专题的论文数量迥异，多的有40~70篇，分成好几个分组报告与讨论，少的只有3篇，与其它分组合并组成分会场。从这些专题可以看到：既有传统的断裂研究的专题，也有近年来发展良好而且今后将有较大增长的与信息、生物、新材料相交缘的断裂研究问题，也有与从原子到纳－微－细－宏观各个尺度的断裂专题和尺度律与尺寸效应的研究。

从本次大会的邀请报告，分组论题与大会新任主席Ravi Chandar的闭幕式发言中，可以综观断裂研究的新的特点：

(1)断裂研究与纳米材料和器件、信息、生物等工程领域紧密联系，并呈现多尺度建模与跨尺度联接的力学—物理学—材料学紧密交缘的特点；

(2)断裂研究作为客观世界复杂性研究的一部分，呈现集成化、系统化的特点。它与工程科学、安全保障、保险与法律、设计—检测与识别—安全保障一体化相结合，逐步形成损伤—断裂的系统科学；

(3)发展中国家的断裂研究与应用的紧密结合，使断裂的科学更广泛地为经济发展与人类安全服务，成为国际断裂大会密切关注的问题；

(4) 在关注常规结构与材料的断裂研究—安全保证学科发展的同时，断裂研究正

朝着扩展研究疆域的新阶段进步，人们还密切关注可持续发展所呼唤的化学—物理—力学的断裂交缘研究，除了开展对与仿生与生物材料的断裂研究外，研究者还能在实验室中模拟“人工地震”的断裂过程，即对工程—生物—自然等各类材料与结构开展新的拓展式的断裂研究活动；

大会论文集共收录中国代表的论文49篇。建议今后凡我国未能出席会议但已收入文集（或安排在大会口头或壁报）发表论文的代表，应尽早通知大会秘书处。会议出版了论文摘要与论文全文的光盘。

大会还颁发了每四年一度的国际断裂大会荣誉会员的证书，本届共颁7人：Bank-Sills（以色列），R. Dodds（美），F. Erdogan（美），A. S. Kobayashi（美），B. R. Lawn（美），J. G. Williams（英），余寿文（S. W. Yu, 中）.

会议选举了第12界国际断裂大会（ICF12，2005-2005）的主席Ravi Chandar（美），副主席：B. Karihaloo （英），A. Carpinteri（意）和R. Goldstein（俄）。我国Shou-Wen Yu（余寿文）当选为新一届执行委员，秘书长与司库仍分别由T. Yokobori（日）和D. Taplin（英）担任。

会议通过ICF理事国代表投票表决，决定第十二届国际断裂大会（ICF12）于2008年7月在加拿大渥太华（Ottawa）召开，并将于2005年由理事国代表通过电子投票表决是否同意ICF12常务理事会关于ICF13（2012年5月）在中国北京举行的建议。

论坛讨论：https://www.wendangku.net/doc/db15287465.html,/dispbbs.asp?boardid=11&id=449

断裂力学习题

断裂力学习题 一、问答题 1、什么是裂纹？ 2、试述线弹性断裂力学的平面问题的解题思路。 3、断裂力学的任务是什么？ 4、试述可用于处理线弹性条件下裂纹体的断裂力学问题两种方法： 5、试述I型裂纹双向拉伸问题中的边界条件，如何根据该边界条件确定一复变函数，并由此构成应力函数，最后写出问题的解。 6、什么是应力场强度因子K1？什么是材料的断裂韧度K1C？对比单向拉伸条件下的应力σ及断裂强度极限σb，，说明K1与K1C的区别与联系？ 7、在什么条件下应力强度因子K的计算可以用叠加原理 8、试说明为什么裂纹顶端的塑性区尺寸平面应变状态比平面应力状态小？ 9、试说明应力松驰对裂纹顶端塑性区尺寸有何影响。 10、K准则可以解决哪些问题？ 11、何谓应力强度因子断裂准则？线弹性断裂力学的断裂准则与材料力学的强度条件有何不同？ 12、确定K的常用方法有哪些？ 13、什么叫裂纹扩展能量释放率？什么叫裂纹扩展阻力？ 14、从裂纹扩展过程中的能量变化关系说明裂纹处于不稳定平衡的条件是什么？ 15、什么是格里菲斯裂纹？试述格氏理论。 16、奥罗万是如何对格里菲斯理论进行修正的？ 17、裂纹对材料强度有何影响？ 18、裂纹按其力学特征可分为哪几类？试分别述其受力特征 19、什么叫塑性功率？ 20什么是G准则？ 21、线弹性断裂力学的适用范围。 22、“小范围屈服”指的是什么情况？线弹性断裂力学的理论公式能否应用？如何应用？ 23、什么是Airry应力函数？什么是韦斯特加德（Westergaard）应力函数？写出Westergaard应力函数的形式，并证明其满足双调和方程。

24、裂纹按其几何特征可分为哪几类？ 25、判断下图所示几种力情况下，裂纹扩展的类型 26、D-B 模型的适用条件是什么？ 27、什么叫裂纹的亚临界扩展？什么叫门槛值？ 28、什么叫腐蚀？什么叫应力腐蚀？什么叫腐蚀临界应力强度因子K ⅠSCC ？ 29、什么叫应力疲劳？什么叫应变腐蚀？两者的裂纹扩展速率表达式是否相同？为什么？ 30、什么叫腐蚀疲劳？ 31、试述金属材料疲劳破坏的特点 32、现有的防脆断设计方法可分为哪几种？ 33、什么是疲劳裂纹门槛值，哪些因素影响其值的大小?它有什么实用价值? 34、应力腐蚀裂纹扩展的特征？ 第二类椭圆积分Φ0的值 受扭薄壁圆筒

材料疲劳裂纹扩展设计研究综述

材料疲劳裂纹扩展研究综述 摘要:疲劳裂纹扩展行为是现代材料研究中重要的内容之一。论述了组织结构、环境温度、腐蚀条件以及载荷应力比、频率变化对材料疲劳裂纹扩展行为的影响。总结出疲劳裂纹扩展研究的常用方法和理论模型，并讨论了“塑性钝化模型”和“裂纹闭合效应”与实际观察结果存在的矛盾温度、载荷频率和应力比是影响材料疲劳裂纹扩展行为的主要因素。发展相关理论和方法，正确认识影响机理，科学预测疲劳裂纹扩展行为一直是人们追求的目标。指出了常用理论的不足，对新的研究方法进行了论述。 关键词: 温度; 载荷频率; 应力比; 理论; 方法; 疲劳裂纹扩展 1 前言 19世纪40年代随着断裂力学的兴起，人们对于材料疲劳寿命的研究重点逐渐由不考虑裂纹的传统疲劳转向了主要考察裂纹扩展的断裂疲劳。尽量准确地估算构件的剩余疲劳寿命是人们研究材料疲劳扩展行为的一个重要目的。然而，材料的疲劳裂纹扩展研究涉及了力学、材料、机械设计与加工工艺等诸多学科，材料、载荷条件、使用环境等诸多因素都对疲劳破坏有着显著的影响，这给研究工作带来了极大困难。正因为此，虽然对于疲劳的研究取得了大量有意义的研究成果，但仍有很多问题存在着争议，很多学者还在不断的研究和探讨，力求得到更加准确的解决疲劳裂纹扩展问题的方法和理论。 经过几十年的发展，人们已经认识到断裂力学是研究结构和构件疲劳裂纹扩展有力而现实的工具。现代断裂力学理论的成就和工程实际的迫切需要，促进了疲劳断裂研究的迅速发展。如Rice的疲劳裂纹扩展力学分析(1967年) ，Elber的裂纹闭合理论(1971年) ，Wheeler 等的超载迟滞模

型(1970年) ，Hudak等关于裂纹扩展速率标准的测试方法，Sadananda和Vasudevan ( 1998年)的两参数理论等都取得了一定成果。本文将对其研究中存在问题、常用方法和理论模型、以及温度、载荷频率和应力比对疲劳裂纹扩展影响的研究成果和新近发展起来的相关理论进行介绍。 2 疲劳裂纹扩展研究现存问题 如今，人们在分析材料裂纹扩展问题时最常用到的是“塑性钝化模型”和裂纹尖端因“反向塑性区”等原因导致的“裂纹闭合效应”理论。而它们是否正确，却一直在人们的验证和争论之中。 根据现有的研究结果，有学者提出，若按照“塑性钝化模型”理论，强度高的材料应具有较低的裂纹扩展速率，但实验结果却不能证实这一预测。另外，该“模型”认为的“裂纹尖端的钝化是在拉应力达到最大值时完成的”这一观点在理论上不妥，也与实测结果不符。观察结果表明，裂纹尖端钝化是一个渐进的过程，钝化半径与外载荷大小成正比。 而疲劳裂纹在扩展过程中的“裂纹闭合效应”在什么情况下存在，能否对材料的裂纹扩展速率产生重要影响，考虑“裂纹闭合”的实验室数据能否用于工程中等问题也一直在人们的争论之中。由于“裂纹闭合效应”理论推出的结论是:“对载荷比的依赖性不是材料的内在行为，而是源于裂纹表面提前闭合后应力强度因子幅(△K) 的变化”，所以早在1984年S.Suresh等人就指出[1]，“裂纹闭合”不是一个力学参数，它受构件形状、载荷、环境和裂纹长度等因素的影响。因此，除非在实际使用过程中测量构件的裂纹闭合情况，否则在实验室里做出来的试验结果不能用来预测构件中的裂纹扩展速率。1970年，Ritchie研究钢中裂纹扩展的近门槛值时发现:在真空环境下，应力比R对门槛值几乎没有影响，首度质疑了裂纹闭合的存在性和所起的作用。在前人研究的基础上，美国海军实验室的

砼表面裂缝原因分析

砼表面裂缝原因分析 The manuscript was revised on the evening of 2021

砼表面裂缝原因分析 一、混凝土裂缝类型及成因 实际上，钢筋混凝土结构裂缝的成因复杂而繁多，甚至多种因素互相影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种原因，其中最常见的是混凝土早期裂缝，混凝土早期裂缝有以下几种：1、塑性沉降裂缝此类裂缝产生的主要原因是由于混凝土骨料沉降时受到阻碍（如钢筋、模板）而产生的。这种裂缝大多出现在混凝土浇注后小时至3小时之间，混凝土尚处在塑性状态，混凝土表面消失水光时立即产生，沿着梁及板上面钢筋的走向出现，主要是混凝土塌落度大、沉陷过高所致。另外在施工过程中如果模板绑扎的不好、模板沉陷、移动时也会出现此类裂缝。 1、塑性收缩裂缝 此类裂缝产生的主要原因是混凝土浇筑后，在塑性状态时表面水分蒸发过快造成的。这类裂缝形状不规则、长短宽窄不一、呈龟裂状，深度一般不超过50mm.多在表面出现，产生的原因主要是混凝土浇注后3—4小时左右表面没有被覆盖，特别是平板结构在炎热或大风天气混凝土表面水分蒸发过快，或者是基础、模板吸水过快，以及混凝土本身的水化热高等原因造成混凝土产生急剧收缩，此时混凝土强度趋近于零，不能抵抗这种变形应力而导致开裂。 2、温度的变化与湿度的变化 裂缝：混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到基础或老混凝上的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝。许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不周、时干时湿，表面干缩形变受到内部混凝土的约束，也往往导致裂缝。 3、原材料质量引起的裂缝

损伤与断裂力学论文

损伤力学研究的是材料内部缺陷的产生和发展引起的宏观力学效应以及缺陷最终导致材料破坏的过程和规律。1958年Kachanov在研究蠕变断裂时引入了损伤力学的概念，提出了“连续性因子”和有效应力。1963年Rabotonov在Kachanov基础上引入了“损伤变量”的概念，奠定了损伤力学的基础。在其后的二三十年中，各国学者对损伤力学的基本概念、研究方法、损伤变量的定义等做了大量的开创性工作，极大推动了损伤力学理论的进展。1976年Dougill将损伤力学从金属材料中引入到岩石材料，之后岩石损伤力学迅速发展，已成为当今岩石研究领域的热门课题之一。 岩石损伤力学的研究关键是定义材料的损伤变量及正确地给出演变规律的本构方程。能否得到合理的损伤演变方程和含损伤的本构方程关键是对损伤变量的定义是否合理，建立一个损伤模型的基本要求是能在实验中直接或间接确定与损伤演变规律有关的材料参数。 对损伤变量的定义，从损伤力学提出就开始进行广泛的研究，可从微观和宏观这两个方面选择。微观方面，可以选择裂纹数目、长度、面积和体积等；宏观方面，可以选择弹性模量、屈服应力、拉伸强度、密度等。 国内学者唐春安从岩体材料内部所含裂纹缺陷分布的随机性出发，利用岩石微元强度服从正态分布或Weibull分布的特征，用发生破坏的微元数在微元总数中所占的比例来定义损伤变量。 谢和平等将分形几何理论应用于岩石损伤研究中，将岩石损伤程度的增加看作是分形维数的增加，从损伤与断裂之间的联系方面定量的描述了损伤，从而创建了分形几何与岩石力学理论体系，提出了分形损伤力学理论。 从微观角度出发对损伤变量进行定义，不仅物理意义明确，而且能够比较真实地反映材料性能逐渐劣化，但是从微观角度定义的损伤变量难以量测。 Lamaitre基于弹性模量变化用无损杨氏模量和损伤杨氏模量定义损伤变量，谢和平和鞠杨等讨论了该损伤变量定义的适用条件，进行了修正。使基于宏观弹性模量定义的损伤变量在实际应用中比较方便，但这种定义方法需要事先知道材料的初始弹性模量，而且在实际的工程中很多材料都有具有初始损伤的。 谢和平、鞠杨等认为单元强度丧失实则为其粘聚力的丧失，即单元在经历一定的能量耗散后，其内部的损伤达到了最大值，与此同时微结构中的粘聚力完全丧失。国内外学者进行了大量通过能量分析的方法来描述岩体的破坏行为的研究。 另外还有学者使用CT技术在岩石损伤检测中的应用，并给出了一种基于

常见的墙体裂缝种类 原因 处理方法

常见的墙体裂缝种类原因处理方法 产生裂缝的原因： 一。按照裂缝位置分： 1、房屋外墙的裂缝：①在墙体中呈现斜向裂缝，且裂缝走向凹陷处。②在建筑下部比较明显，由下向上发展，呈“八”字，倒“八”字﹑水平、竖缝。 2、承重墙上的裂缝：①裂缝贯穿整个墙面且穿到背后，呈倾斜性。②在不同楼层墙体的同一位置均出现有方向、有规则的裂缝。 3、楼板(地面和顶板)的裂缝：①呈对穿性的裂缝(与房屋横梁平行的裂缝)。按有关验收规范，裂缝允许在(0.3mm)范围内，但裂缝对结构的耐久性有不利影响。②受力裂缝：这种裂缝表现为墙角呈45°的裂缝或与横梁垂直的裂缝。裂缝往往不对穿，形状外宽内窄。 4、结构梁底部的墙体(窗间墙)，产生局部竖直裂缝。 5、阳台、雨蓬等悬挑结构板的裂缝：这种裂缝通常是整个贯穿。大家都应该知道如果阳台和其他悬空的结构板出现裂缝，后果是很严重的。 以上是比较严重的裂缝情况，不过这种裂缝不多见。 二。按照装饰层-结构层分： 1、表面乳胶漆裂缝壁纸裂缝：表面装饰层没有干透就遭遇温度、湿度变化，乳胶漆壁纸会出现裂缝。 2、腻子找平层裂缝：基层有浮灰油污，找平层没有干透就遭遇温度、湿度变化，腻子会出现裂缝。 3、水泥砂浆抹灰层裂缝：如果抹灰层和墙体基体黏合不紧密则会导致抹灰层空鼓、掉粉，造成墙体开裂； 4、接缝处裂缝：钢筋混凝土剪力墙与陶粒砖（空心砖）接缝处；钢筋混凝土梁与陶粒砖（空心砖）接缝处；后堵砌的门口处；石膏板隔墙与原有墙体接缝处；受周边环境或者外力影响，石膏板、预制隔墙板和预制楼板会出现材料收缩或位置变动，这种原因会导致接缝处出现裂缝，一般为垂直缝或者水平缝。 5、结构性裂缝：结构性裂缝是由房屋主体结构引起的基体（水泥浇筑墙体）开裂、上部荷载过大引起墙体裂缝、地基下沉（如果地基下沉严重则属于房屋质量问题）、施工洞未处理等造成的。 三。按照产生原因分： 1、温度性裂逢：这种裂逢是墙体中最常见的，这种裂逢常见于不同材料的交接处，如圈梁和砖砌体交接处的水平裂缝。一般材料都有热胀冷缩的性能，房屋结构由于周围温度变化引起变形，不同材料的膨胀系数不一样，导至产生温度性的裂逢。这种裂缝，只影响房屋室内的外观，不会影响房屋的安全性，可适当

混凝土裂缝成因及分类概述

1引言 混凝土是目前用量最大的一种建筑材料,广泛应用于工业与民用建筑、农林与城市建设、水利与海港工程。然而,许多混凝土结构在建设与使用过程中出现了不同程度、不同形式的裂缝。这不仅影响建筑物的外观,更危及建筑物的正常使用和结构的耐久性。因此,裂缝问题倍受人们关注。近年来,随着预拌混凝土的大力推广应用以及结构形式日趋大型化、复杂化,使得这一问题变得更为突出。然而,混凝土结构的裂缝是一个相当普遍的现象,大量工程实践以及近代科学关于混凝土强度的细观研究都表明结构物的裂缝是不可避免的,它是材料的一种特性。因此,科学地对待裂缝问题是在对裂缝进行分类、研究的基础上,采取有效的措施,将裂缝的有害程度控制在允许的范围内。本文将就混凝土结构中常见裂缝的成因、控制措施以及修补方法作一些浅要分析。 2混凝土裂缝的分类 2·1按裂缝的成因划分 根据混凝土裂缝产生的原因,可分为结构性裂缝与非结构性裂缝两大类。 (1)结构性裂缝由各种外荷载引起的裂缝,也称荷载裂缝。它包括由外荷载的直接应力引起的裂缝和在外荷载作用下结构次应力引起的裂缝。 (2)非结构性裂缝由各种变形变化引起的裂缝。它包括温差,干缩湿胀和不均匀沉降等因素引起的裂缝。这类裂缝是在结构的变形受到限制时引起的内应力造成的。从国内外的研究资料以及大量的工程实践看,非结构性裂缝在工程中占了绝大多数,约为80%,其中以收缩裂缝为主导[1~5]。 2·2按裂缝产生的时间划分 (1)施工期间出现的裂缝[2,4]包括塑性收缩裂缝、沉降收缩裂缝、干燥收缩裂缝、自身收缩裂缝、温度裂缝、施工操作不当出现的裂缝、早期冻胀作用引起的裂缝以及一些不规则裂缝。 (2)使用期间出现的裂缝[4]包括钢筋锈蚀膨胀产生的裂缝、盐碱类介质及酸性侵蚀气液引起的裂缝、冻融循环造成的裂缝、碱骨料反应引起的裂缝以及循环动荷载作用下损伤累积引起的裂缝等。 2·3按裂缝的形状划分 裂缝按形状可分为[4]:①纵向裂缝,平行于构件底面,顺筋分布,主要由钢筋锈蚀作用引起:②横向裂缝,垂直于构件底面,主要由荷载作用、温差作用引起;③剪切裂缝,由于竖向荷载或震动位移引起;④斜向裂缝、八字形或倒八字形裂缝,常见于墙体混凝土梁,主要因地基的不均匀沉降以及温差作用引起;⑤X形裂缝,常见于框架梁、柱的端头以及墙面上,由于瞬间的撞击作用或者地震荷载作用引起;⑥各种不规则裂缝,如反复冻融或火灾等引起的裂缝。此外,还有因混凝土拌和或运输时间过长引起的网状裂缝,现浇楼板四角出现的放射状裂缝或板面出现的十字形裂缝等等。 2·4按裂缝的发展状态划分 根据裂缝所处的运动状态及其发展趋势,可分为以下两类: (1)稳定裂缝这种裂缝不影响持久应用,包括两类。一类是在运动过程中可以自愈合的裂缝,常见于一些新建的防水工程中,这是由于裂缝处水泥颗粒在渗漏过程中与水进一步化合,析出Ca(OH)2晶体且部分Ca(OH)2又与溶解在水中的CO2发生碳化反应形成CaCO3结晶,两者形成的凝胶物质将胶合裂缝封闭,从而渗漏停止,裂缝达到自愈。另一类是处于稳定运动中的裂缝,如在周期性荷载作用下产生的周期性扩展和闭合的裂缝。

断裂力学答案

（ （ = K I + K I(2) 1.简述断裂力学的发展历程（含3-5 个关键人物和主要贡献）。 答：1）断裂力学的思想是由Griffith 在1920 年提出的。他首先提出将强度与裂纹长度定量 地联系在一起。他对玻璃平板进行了大量的实验研究工作，提出了能量理论思想。（2）断裂 力学作为一门科学，是从1948 年开始的。这一年Irwin 发表了他的第一篇经典文章“Fracture Dynamic（断裂动力学）”，研究了金属的断裂问题。这篇文章标志着断裂力学的诞生。（3） 关于脆性断裂理论的重大突破仍归功于Irwin。他于1957 年提出了应力强度因子的概念，在 此基础上形成了断裂韧性的概念，并建立起测量材料断裂韧性的实验技术。这样，作为断裂 力学的最初分支——线弹性断裂力学就开始建立起来了。（4）1963 年，Wells 提出了裂纹张 开位移（COD）的概念，并用于大范围屈服的情况。研究表明，在小范围屈服情况下COD 法与LEFM 是等效的。（5）1968 年，Rice 等人根据与路径无关的回路积分，提出了J 积分 的概念。J 积分是一个定义明确、理论严密的应力应变参量，它的实验测定也比较简单可靠。 J 积分的提出，标志着弹塑性断裂力学基本框架形成。 2.断裂力学的定义，研究对象和主要任务。 答：1）断裂力学的定义：断裂力学是一门工程学科，它定量地研究承载结构由于所含有的 一条主裂纹发生扩展而产生失效的条件。 （2）研究对象：断裂力学的研究对象是带有裂纹的承载结构。 （3）主要任务：研究裂纹尖端附近应力应变分布，掌握裂纹在载荷作用下的扩展规律；了 解带裂纹构件的承载能力，进而提出抗断设计的方法，保证构件安全工作。 3.什么是平面应力和平面应变状态，二者有什么特点？请举例说明之。 答：（1）平面应力：薄板问题，只有xoy 平面内的三个应力分量σ x、σ y、τ xy； ε z ≠ 0， 属三向应变状态。 （2）平面应变：长坝问题，与oz 轴垂直的各横截面相同，载荷垂直于z 轴且沿z 轴方向无 变化； ε z = 0， σ z ≠ 0，属三向应力状态；材料不易发生塑性变形，更具危险。 4.什么是应力强度因子的叠加原理，并证明之。掌握工程应用的方法。 答：（1）应力强度因子的叠加原理：复杂载荷下的应力强度因子等于各单个载荷的应力强 度因子之和。 (1) 在外载荷T2作用下，裂纹前端应力场为 σ2，则相应的应力强度因子为K I(2) = σ 2 π a 如果外载荷T1和T2联合作用，则裂纹前端应力场为 σ1+ σ2，则相应的应力强度因子为 K I = (σ 1 + σ 2 ) π a = σ 1 π a + σ 2 π a (1) 6.为什么裂纹尖端会发生应力松弛？如何对应力强度因子进行修正？ 答：裂纹尖端附近存在着小范围的塑性区（设塑性区是以裂纹尖端为圆心，半径为r0 的圆 π a 形区域），材料屈服后，多出来的应力将要松驰（即传递给r>r0 的区域），使r0 前方局部地 区的应力升高，又导致这些地方发生屈服。即屈服导致应力松弛。 Irwin 提出了有效裂纹尺寸的概念a eff = a + r y对应力强度因子进行修正，在小范围条件下，

疲劳裂纹扩展

疲劳裂纹扩展

不锈钢304L的疲劳裂纹扩展模拟 Feifei Fan, Sergiy Kalnaus, Yanyao Jiang （美国内华达大学机械工程学院） 摘要：一个基于最近发展的疲劳方法的实验用来预测不锈钢304L的裂纹扩展。这种疲劳方法包括两个步骤：（1）材料的弹塑性有限元分析；（2）多轴疲劳标准在基于有限元分析的可输出的拉伸实验的裂纹萌生与扩展预测中的应用。这种有限元分析具有这样的特点：能够实现在先进循环塑性理论下扑捉材料在常幅加载条件下重要的循环塑性行为。这种疲劳方法是基于这样的理论:当累计疲劳损伤达到一个特定值时材料发生局部失效，而且这种理论同样适用于裂纹的萌生与扩展。所以，一组材料特性参数同时用来做裂纹的萌生与扩展预测，而所有的材料特性参数都是由平滑试样试验产生。这种疲劳方法适用于I型紧凑试样在不同应力比和两步高低加载顺序下等幅加载的裂纹扩展。结果显示，这种疲劳方法能够合理的模拟在试验上观察到的裂纹扩展行为，包括刻痕影响、应力比的影响和加载顺序的影响。另外，这种还方法能够模拟从刻痕到早期的裂纹扩展和疲劳全寿命，而且预测的结果和试验观察的结果吻合得很好。 关键词：累计损伤；疲劳裂纹扩展；疲劳标准 1 .简介 工程承压设备经常承受到循环加载，一般说来，疲劳过程有三个阶段组成：裂纹萌生和早期裂纹扩展、稳定裂纹扩展和最后的疲劳断裂。裂纹扩展速率dN da/通常被表示为重对数图尺在应力强度因素范围上的一个功能。在常幅加载下，不同应力比时稳定的裂纹扩展结果通常服从Paris公式和其修正公式。常幅疲劳加载下不同材料的行为不同。有些材料表现为应力比的影响：在相同应力比时，裂纹扩展速率曲线一致，但是，应力比增大时，裂纹扩展速率也增大。而其他金属材料没有表现出任何应力比的影响，而且在恒幅加载其裂纹扩展速率曲线在重对数图纸上重合。 在变幅加载条件下疲劳裂纹扩展行为作为另一个课题已经研究了若干年了。过载和变幅加载的应用对疲劳裂纹扩展研究产生了重大的影响。对于大多数金属材料而言，上述加载方法的应用导致疲劳裂纹扩展速率减慢。基于线弹性断裂力学的理论，这种过渡行为经常使用应力强度因子和通过引入在稳定裂纹扩展状态下的Paris公式的修

断裂力学答案

（ （ = K I + K I(2) 1.简述断裂力学的发展历程（含 3-5 个关键人物和主要贡献）。 答： 1）断裂力学的思想是由 Griffith 在 1920 年提出的。他首先提出将强度与裂纹长度定量 地联系在一起。他对玻璃平板进行了大量的实验研究工作，提出了能量理论思想。（2）断裂 力学作为一门科学，是从 1948 年开始的。这一年 Irwin 发表了他的第一篇经典文章“Fracture Dynamic （断裂动力学）”，研究了金属的断裂问题。这篇文章标志着断裂力学的诞生。（3） 关于脆性断裂理论的重大突破仍归功于 Irwin 。他于 1957 年提出了应力强度因子的概念，在 此基础上形成了断裂韧性的概念，并建立起测量材料断裂韧性的实验技术。这样，作为断裂 力学的最初分支——线弹性断裂力学就开始建立起来了。（4）1963 年，Wells 提出了裂纹张 开位移（COD ）的概念，并用于大范围屈服的情况。研究表明，在小范围屈服情况下 COD 法与 LEFM 是等效的。（5）1968 年，Rice 等人根据与路径无关的回路积分，提出了 J 积分 的概念。J 积分是一个定义明确、理论严密的应力应变参量，它的实验测定也比较简单可靠。 J 积分的提出，标志着弹塑性断裂力学基本框架形成。 2.断裂力学的定义，研究对象和主要任务。 答： 1）断裂力学的定义：断裂力学是一门工程学科，它定量地研究承载结构由于所含有的 一条主裂纹发生扩展而产生失效的条件。 （2）研究对象：断裂力学的研究对象是带有裂纹的承载结构。 （3）主要任务：研究裂纹尖端附近应力应变分布，掌握裂纹在载荷作用下的扩展规律；了 解带裂纹构件的承载能力，进而提出抗断设计的方法，保证构件安全工作。 3.什么是平面应力和平面应变状态，二者有什么特点？请举例说明之。 答：（1）平面应力：薄板问题，只有 xoy 平面内的三个应力分量σ x 、σ y 、τ xy ； ε z ≠ 0 ， 属三向应变状态。 （2）平面应变：长坝问题，与 oz 轴垂直的各横截面相同，载荷垂直于 z 轴且沿 z 轴方向无 变化； ε z = 0 ， σ z ≠ 0 ，属三向应力状态；材料不易发生塑性变形，更具危险。 4.什么是应力强度因子的叠加原理，并证明之。掌握工程应用的方法。 答：（1）应力强度因子的叠加原理：复杂载荷下的应力强度因子等于各单个载荷的应力强 度因子之和。 (1) 在外载荷 T 2 作用下，裂纹前端应力场为 σ2，则相应的应力强度因子为 K I(2) = σ 2 π a 如果外载荷 T 1 和 T 2 联合作用，则裂纹前端应力场为 σ1+ σ2 ，则相应的应力强度因子为 K I = (σ 1 + σ 2 ) π a = σ 1 π a + σ 2 π a (1) 6.为什么裂纹尖端会发生应力松弛？如何对应力强度因子进行修正？ 答：裂纹尖端附近存在着小范围的塑性区（设塑性区是以裂纹尖端为圆心，半径为 r0 的圆 π a 形区域），材料屈服后，多出来的应力将要松驰（即传递给 r>r0 的区域），使 r0 前方局部地 区的应力升高，又导致这些地方发生屈服。即屈服导致应力松弛。 Irwin 提出了有效裂纹尺寸的概念 a eff = a + r y 对应力强度因子进行修正，在小范围条件下，

用现有疲劳试验数据确定疲劳裂纹扩展率

用现有疲劳试验数据确定疲劳裂纹扩展率 收录：《中国造船》 - 2003年,03期 作者：周驰 关键词：船舶 疲劳寿命的预报在船舶与海洋工程领域中相当重要,但其关键问题是要找到一种较科学的疲劳寿命预报方法.最近,本文第二作者提出了一种海洋结构物疲劳寿 命预报的统一方法.该方法是基于疲劳裂纹扩展理论而发展起来的,在其九个参 数模型的假设之下,能够较好地解释一些其它方法所不能解释的现象.采用该方 法的主要障碍在于需要确定疲劳裂纹扩展率.作者通过对不同的疲劳裂纹扩展率的比较研究,并推广McFvily模型后,提出了一个具有较宽适用范围的九个参数 疲劳裂纹扩展率模型(从门槛域一直到不稳定断裂域).本文的主要目的是解决如何根据一些现有的疲劳试验数据来确定这九个模型参数的问题.文中给出了通过实验数据确定裂纹扩展率模型中各个参数的方法,并进行了模型参数的灵敏度分析.通过对文献中一些试验数据的收集,给出了几种常用金属材料的裂纹扩展率 模型参数. Determination of Fatigue Crack Growth Rate Using Existing Data 正在加载... 确定疲劳裂纹扩展理论门槛值的方法 Methods of Determination of Fatigue Crack Growth Theoretical Threshold 疲劳裂纹扩展 疲劳裂纹扩展理论门槛值ΔKthT的方法,特别对利用疲劳裂纹扩展速率表达式、根据da/dN～ΔK试验数据外推确定ΔKthT的三种方法作了较为详细的介绍,并用四套试验数据进行评估,结果显示,如果所采用的表达式能够正确反映近

隧道裂纹分类、成因、处理

一、隧道裂纹的分类 令狐采学 根据工程实践，我们发现裂纹在隧道工程施工中是比较常见的病害，而且形式多式多样，根据裂纹种类不一，处理方法各有不同，处理难度也不同。它一般可以分为三大类：1、温度裂纹； 2、施工缝裂纹； 3、沉降缝收缩裂纹。 1、温度裂纹：温度裂纹也叫温差裂纹，表面温度裂缝走向无一定规律，大体积混凝土结构的裂缝常纵横交错。深进的和贯穿的温度裂纹，一般于短边方向平行或接近平行，裂缝沿全长分段出现，中间较密。裂缝宽度大小不一，一般在0.5mm以下，沿全长没有多大变化。表面温度裂缝多发生在施工期间，深进的和贯穿的多发生在浇筑后2～3个月或更长时间，裂缝受温度变化影响较明显，冬季较宽，夏季较窄。 2、施工缝裂纹：隧道二衬混凝土一般按照每台车9m或12m 进行分段浇筑，每9m或12m端头有两处施工缝，即新、旧混凝土施工缝。施工缝因受拉力影响，容易造成缝边开裂，称为施工缝裂纹。 3、沉降缝收缩裂纹：因地质结构影响造成构造物不均匀沉降而出现的裂纹称为沉降缝。 二、裂纹成因分析

1、温度裂纹成因分析 表面温度裂纹，多由于温差较大引起的。混凝土结构构件，特别是隧道大体积混凝土基础浇筑后，在硬化期间水泥放出大量的水化热，内部温度不断升高，使混凝土表面和内部温差较大。当温度产生非均匀的降温差时，将导致混凝土表面急剧的温度变化，产生较大的降温收缩，此时表面受内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力，而混凝土早期抗拉强度较低，因而出现裂缝，但这种温差仅在表面出较大，离开表面就很快减弱，因此，裂缝只在接近表面较浅的范围内出现，表层以下的结构仍保持完整。 2、施工缝裂纹成因分析 混凝土分层或分段浇筑时，接头位置处理不好，在新旧混凝土的施工缝之间出现裂缝。在新旧混凝土接触面若未控制好每台车止水带处混凝土面线性，很容易出现不规则性裂纹，所有说在施工二衬每台车混凝土时，需事先加固好封堵面模板，以免在大体积混凝土浇筑时，由于压力较大，造成模板变形，而最终导致施工缝线性不规则，影响整体观感度。 3、沉降缝裂纹成因分析 由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移，使结构物中产生附加应力，超过结构物的抵抗能力，导致整个结构开裂。①地基不均匀沉降。地基地质差别较大，由上部荷载对地基土产生较

损伤与断裂力学读书报告

中国矿业大学 2012 级硕士研究生课程考试试卷 考试科目损伤与断裂力学 考试时间2012. 12 学生姓名张亚楠 学号ZS12030092 所在院系力建学院 任课教师高峰 中国矿业大学研究生院培养管理处印制

《损伤与断裂力学》读书报告 一．断裂力学 1．基本概念及研究内容 断裂力学是为解决机械结构断裂问题而发展起来的力学分支，它将力学、物理学、材料学以及数学、工程科学紧密结合，是一门涉及多学科专业的力学专业课程。 随时间和裂纹长度的增长，构件强度从设计的最高强度逐渐地减少。假设在储备强度A点时，只有服役期间偶而出现一次的最大载荷才能使构件发生断裂；在储备强度B点时，只要正常载荷就会发生断裂。因此，从A点到B点这段期间就是危险期，在危险期中随时可能发生断裂。如果安排探伤检查的话，检查周期就不能超过危险期。如下图所示： 问题是储备强度究竟是个什么样的参量？它与表征裂端区应力变场强度的参量有何关系？如何计算它？如何测量它？它随时间变化的规律如何？受到什么因素的影响？这一系列问题如能找到答案的话，则提出的以上五个工程问题就有可能得到解决。断裂力学这门学科就是来解决这些问题的。 1.1影响断裂力学的两大因素 a．荷载大小b.裂纹长度 考虑含有一条宏观裂纹的构件，随着服役时间后使用次数的增加，裂纹总是愈来愈长。在工作载荷较高时，比较短的裂纹就有可能发生断裂；在工作载荷较低时，比较长的裂纹才会带来危险。这表明表征裂端区应力变场强度的参量与载荷大小和裂纹长短有关，甚至可能与构件的几何形状有关。

1.2脆性断裂与韧性断裂 韧度（toughness ）：是指材料在断裂前的弹塑性变形中吸收能量的能力。它是个能量的概念。 脆性（brittle ）和韧性（ductile ）：一般是相对于韧度低或韧度高而言的，而韧度的高低通常用冲击实验测量。 高韧度材料比较不容易断裂，在断裂前往往有大量的塑性变形。如低强度钢，在断裂前必定伸长并颈缩，是塑性大、韧度高的金属。金、银比低强度钢更容易产生塑性变形，但是因为强度太低，因此吸收能量的能力还是不高的。玻璃和粉笔则是低韧度、低塑性材料，断裂前几乎没有变形。 脆性断裂：如下图所示的一个带环形尖锐切口的低碳钢圆棒，受到轴向拉伸载荷的作用，在拉断时，没有明显的颈缩塑性变形，断裂面比较平坦，而且基本与轴向垂直，这是典型的脆性断裂。粉笔、玻璃以及环氧树脂、超高强度合金等的断裂都属于脆性断裂这一类。 韧性断裂:若断裂前的切口根部发生了塑性变形，剩余截面的面积缩小（既发生颈缩），段口可能呈锯齿状，这种断裂一般是韧性断裂。前边提到的低强度钢的断裂就属于韧性断裂。 像金、银的圆棒试样，破坏前可颈缩至一条线那样细，这种破坏是大塑性破坏，不能称为韧性断裂。 2.能量守恒与断裂判据 2.1传统强度理论 在现代断裂力学建立以前，机械零构件是根据传统的强度理论进行设计的，不论在机械零构件的哪一部分，设计应力的水平一般都不大于材料的屈服应力，即 n ys σσ≤

1桥面裂缝种类及形成原因

1桥面裂缝种类及形成原因 1.1贯穿裂缝 1.1.1纵向裂缝桥台和路基连接的部位或路基混凝土路面，在所填的土质和温度不均匀的作用下，就有可能造成路基支承不均匀的现象产生。这样的桥梁上，倘若路基发生下沉，车辆行驶的压力和板块自重将共同作用在桥梁之上，纵向裂缝就此发生。一旦出现，裂缝将在雨水的侵蚀下，愈演愈烈。 1.1.2横向裂缝 （1）温度裂缝。热胀冷缩是所有材料都具有的固有属性，水泥混凝土也都具备。之所以桥面铺装层会出现热胀冷缩，很大程度上是因为相邻部分或整体性的限制，混凝土的抗折强度要小于抗压强度，因此铺装层一旦有拉伸变形，裂缝在所难免。一般情况下，温度下降就容易造成温度裂缝。 （2）冷缩裂缝。水泥水化过程中，初期时，热量散发的速度偏慢。半小时后，温度后慢慢升高，水泥凝结后的12小时后，温度将上升到80~90℃，内部硅的体积逐渐变大，板面温度会随着湿水养护和夜间温度的降低而发生收缩，混凝土外部收缩，内部却在膨胀，将产生巨大的拉力，拉力一旦超过混凝土所能够承受的抗拉范围，就会产生横向断裂或冷缩裂缝。值得注意的是，在高温降低后，受到已有硬化硷或基层限制的影响，收缩的幅度会因为温度的降低而受到限制，进而产生裂缝，这种裂缝以贯穿路面为主，技术人员一旦发现此问题，应该及时的实施切缝，减少裂缝的发生率。 （3）干缩裂缝。混凝土容易出现硬化，在此过程中，水泥浆体会因为水分不足而产生收缩，收缩应力会在收缩受制的情况下产生，混凝土受到限制时，其抗拉弹性和徐变应变在硬化干燥过程中，与混凝土自身的自由收缩率不一致时就会出现裂缝。混凝土的单位用水量越小，Ef越小。基于此，在桥梁建设工程中，缩小侧限系数K是必须要考虑的范畴，以达到减小或避免裂缝出现的目的。 1.2板角裂缝板角是混凝土路面板较为脆弱的部分，由于侧模的模壁作用，使得对混凝土振捣密实很难进行，板角密实度没有达到要求，强度自然不足，进而在受力上存在不力，车辆行驶在上，板角裂缝就此产生。 1.3表面裂缝混凝土混合料初期失水速度较快，从而造成干缩或碳化收缩，是桥梁表面发生裂缝的主因。混凝土混合料出现分层离析，进而形成表层泌水，混凝土表面的含水量随之增大。当表面水的蒸发速度大于泌水速度时，水的蒸发面会渗入到混合料，并且致使凹面

断裂与损伤力学发展与理论

1.断裂与损伤力学的发展过程以及要解决的问题。 2.材料疲劳损伤机理以及断裂力学基本分析方法。 3.新材料复合材料的损伤以及断裂破坏基础理论。 1、 断裂与损伤力学的发展过程以及要解决的问题 1.1 断裂力学的发展简史及要解决的问题 断裂力学理论最早是在1920年提出。当时Griffith 为了研究玻璃、陶瓷等脆性材料的实际强度比理论强度低的原因，提出了在固体材料中或在材料的运行过程中存在或产生裂纹的设想，其内容是：结构体系内裂纹扩展，体系内总能量降低，降低的能量用于裂纹增加新自由表面的表面能，裂纹扩展的临界条件是裂纹扩展力(即应变能释放率)等于扩展阻力(裂纹扩展，要增加自由表面能而引起的阻力)。很好地解释了玻璃的低应力脆断现象。计算了当裂纹存在时，板状构件中应变能的变化进而得出了一个十分重要的结果：=a c δ常数。 其中，c δ是裂纹扩展的临界应力；a 为裂纹半长度。他成功的解释了玻璃等脆性材料的开裂现象但是应用于金属材料时却并不成功。 1944年泽纳(Zener)和霍洛蒙(Hollmon)又首先把Griffith 理论用于金属材料的脆性断裂。不久欧文(Irwin)指出，Griffith 的能量平衡应该是体系内储存的应变能与表面能、塑性变形所做的功之间的能量平衡，并且还指出，对于延性大的材料，表面能与塑性功相比一般是很小的。同时把G 定义为“能量释放率”或“裂纹驱动力”，即裂纹扩展过程中增加单位长度时系统所提供的能量，或裂纹扩展单位面积系统能量的下降率。 1949年Orowam E 在分析了金属构件的断裂现象后对Griffith 的公式提出了修正，他认为产生裂纹所释放的应变能不仅能转化为表面能，也应转化为裂纹前沿的塑性应变功，而且由于塑性应变功比表面能大得多以至于可以不考虑表面能的影响，其提出的公式为 =a c δ=2/1)/2(λEU 常数 该公式虽然有所进步，但仍未超出经典的Griffith 公式范围，而且同表面能

金属材料疲劳裂纹扩展速率实验

一. 《金属材料疲劳裂纹扩展速率实验》 实验指导书 飞机结构强度实验室 2007年3月

金属材料疲劳裂纹扩展速率实验 1 试验目的 1．了解疲劳裂纹扩展试验的基本原理 2．掌握金属材料疲劳裂纹扩展速率试验测定方法 3．掌握疲劳裂纹扩展试验测定装置的使用方法 4．掌握疲劳裂纹扩展数据处理方法 2 基本原理 结构在交变载荷的作用下，其使用寿命分为裂纹形成寿命和裂纹扩展寿命两部分。裂纹形成寿命为由微观缺陷发展到宏观可检裂纹所对应的寿命，裂纹扩展寿命则是由宏观可检裂纹扩展到临界裂纹而发生破坏这段区间的寿命，裂纹扩展由断裂力学方法确定。 2.1疲劳裂纹扩展速率 裂纹扩展速率dN da ，即交变载荷每循环一次所对应的裂纹扩展量，在疲劳裂纹扩展过程中，dN da 不断变化，每一瞬时的dN da 即为裂纹长度a 随交变载荷循环数N 变化的N a -曲线在该点的斜率。裂纹扩展速率dN da 受裂纹前缘的交变应力场的控制，主要是裂纹尖端的交变应力强度因子的范围K ?和交变载荷的应力比R 。线弹性断裂力学认为，在应力比不变的交变载荷的作用下，dN da 随K ?的变化关系在双对数坐标系上呈图1所示的形状。 Ⅰ Ⅱ Ⅲ log (?K ) ?K c ?K th log(d a /d N ) 图1 d d a N K -?曲线形状 K dN da ?-曲线分成三个阶段：低速扩展段I 、稳定扩展段II 和快速扩展段III ，阶段I 存在的垂直渐进线th K K ?=?称为裂纹扩展门槛值，当th K K ?

沥青路面裂缝的类型-成因以及处理方法

沥青路面裂缝的类型\成因以及处理方法 摘要：裂缝是沥青路面最为常见的破坏型式，从延伸方向分为横向裂缝、纵向裂缝，从形成原因分为施工裂缝、反射裂缝、温度裂缝、疲劳裂缝。裂缝具有延伸性与贯通性，为水的进入提供通道，裂缝的出现与发展是路面大面积严重破损的前奏。 关键词：裂缝；类型；原因；处理方法 Abstract: Crack is the most common type of damage in the asphalt pavement. According to the extension directions, crack involves transverse crack and longitudinal cracks; according to causes, crack can be classified into construction crack, reflection crack, temperature crack and fatigue cracks. Crack, with extensibility and transfixion, provides channel for water leaking, and is the sign of serious breakage of highway pavement with large area. Key words: crack; type; reason; processing methods 中图分类号:U416.217 文献标识码： A 文章编号： 引言：裂缝是沥青混凝土路面最普遍、最主要的早期病害类型之一。初期产生的裂缝对沥青混凝土路面的使用性能无明显影响，但随着表面雨水和雪水的侵入，裂缝下的路面基层含水量加大，甚至饱和，路面强度明显下降，在大量行车载荷反复作用下，半刚性基层遭到结构破坏,承载力大幅度下降，产生冲刷和唧浆现象，使裂缝两侧的沥青面层碎裂，影响沥青路面的使用性能，并加速沥青路面破坏。 1、裂缝类型和表现形式 沥青路面裂缝的类型可分为两大类：一种是由于行车荷载的作用而产生的结构性破坏裂缝，一般称之为荷载型裂缝。另一种是由于沥青面层温度变化而产生的温度裂缝，包括低温收缩裂缝和疲劳裂缝，一般称之为非荷载型裂缝。由于我国现行沥青路面设计规范中规定或推荐沥青路面采用半刚性基层，所以还存在着因为半刚性基层的温缩裂缝或干缩裂缝引起沥青面层产生的反射裂缝或对应裂缝。此类裂缝主要是非荷载型的，在某些情况也可能是由温度和荷载共同完成的。沥青路面的裂缝, 尤其是横向裂缝,已经成为人们十分关注的问题。因为沥青路面在竣工使用后, 不论基层是柔性的、半刚性的, 还是面层沥青是国产的或进口优质沥青, 都会不同程度地出现横向裂缝，横向裂缝是沥青路面的主要缺陷之一。 1.1横向裂缝

ABAQUS中的断裂力学及裂纹分析总结

ABAQUS中的断裂力学及裂纹分析总结（转自simwe） （1） 做裂纹ABAQUS有几种常见方法。最简单的是用debond命令, 定义 *FRACTURE CRITERION, TYPE=XXX, 参数。。。 ** *DEBOND, SLAVE=XXX, MASTER=XXX, time increment=XX 0,1, …… ...... time,0 要想看到开裂特别注意需要在指定的开裂路径上定义一个*Nset，然后在 *INITIAL CONDITIONS, TYPE=CONTACT中定义 master, slave, 及指定的Nset 这种方法用途其实较为有限。 （2） 另一种方法，在interaction模块，special, 定义crack seam, 网格最好细化，用collapse element模拟singularity. 这种方法可以计算J积分，应力强度因子等常用的断裂力学参数. 裂尖及奇异性定义: 在interaction-special,先定义crack, 定义好裂尖及方向, 然后在singularity选择：midside node parameter: 输入0.25, 然后选Collapsed element side, duplicate nodes，8节点单元对应(1/r)+(1/r^1/2)奇异性。 这里midside node parameter选0.25对应裂尖collapse成1/4节点单元。如果midside nodes 不移动到1/4处, 则对应(1/r)奇异性, 适合perfect plasticity的情况. 网格划分: 裂尖网格划分有一些技巧需要注意，partition后先处理最外面的正方形，先在对角线和边上

混凝土裂缝分类及原因

混凝土是一种多孔胶凝人造石材，属刚性体，主要特点抗压强度高、抗拉强度低、延伸率微小、易产生收缩裂缝。混凝土工程裂缝最常见出现问题是由于收缩变形受到约束引发的收缩裂缝和由外部荷载作用引发荷载（受力）裂缝。混凝土的裂缝出现是很难避免的，但是能预防和治理的。出现裂缝后根治理裂缝是本次需要解决的问题。一、混凝土裂缝分类及裂缝出现收集的资料 根据地下工程和防水混凝土的防水要求，对混凝土裂缝而言，可分为有害裂缝和无害裂缝。混凝土的裂缝产生主要是限制条件变形作用引起的，变形作用包括温度变形（水化热、气温、生产热、太阳热）、温度变形（自生收缩、失水干缩、碳化收缩、塑性收缩等）。 1、有害裂缝的基本概念 （1）混凝土结构产生的裂缝对耐久性受到影响； （2）裂缝有渗漏水； （3）裂缝贯穿结构层； （4）混凝土结构的冷缝明显且有渗漏水； （5）裂缝的深度与构造钢筋相连，形成钢筋串水； （6）裂缝的宽度大于0.2mm，且不能自愈； （7）裂缝密度呈网状； （8）裂缝对结构安全性、稳定性有危害程度。 混凝土制作应有预防措施，防止产生有害裂缝的出现。出现有害裂缝后，应认真进行治理，清除有害裂缝，保证混凝土结构的安全性、稳定性、耐久性和无渗漏水。 2、无害裂缝的基本概念 （1）裂缝的出现对结构耐久性、安全性、稳定性无影响； （2）裂缝无渗漏水，且不贯通； （3）裂缝宽度小于0.2mm，且不渗漏水； （4）裂缝可自愈。 3、混凝土裂缝治理应收集的资料 （1）混凝土材料资料：水泥用量，水灰比、砂石比、砂率、外掺料（粉煤灰和外加剂）； （2）混凝土施工资料：施工时环境条件、气象条件、气温条件、浇注混凝土顺序，商品混凝土质量，坍落度损失，降低水化热措施、拆模时间，拆模时间，拆模顺序，混凝土的养护措施； （3）温度控制资料：入模温度（入模温度=原材料温度+混凝土搅拌时的温升+混凝土运输中的温度）、混凝土水化热最高内温、混凝土内温与表温差，混凝土温降梯度； （4）结构设计资料：控制混凝土开裂的具体措施，附加防水层设置，施工缝、变形缝、后浇带等的设置、配筋方式等。 4、混凝土裂缝调查资料 （1）裂缝出现的部位（拱、墙、底）裂缝的方向（垂直、斜交、水平），裂缝的宽度、深度、长度和延伸方向； （2）裂缝开裂时间，有无发展； （3）裂缝渗漏水现状（雨季和旱季）。 5、裂缝评价 （1）裂缝的定性，应从裂缝对结构的危害程度，安全度、渗漏水情况确定；