能量释放率

摘要： 批量生产中经常发生的锑化铟(InSb)芯片碎裂问题制约着InSb红外焦平面探测器(IRFPAs)成品率的提升.经分析认为:低周期液氮冲击下发生在器件边沿区域的InSb芯片破碎与该区域中迸溅金点的存在有关.为从理论上明晰迸溅金点对InSb芯片局部碎裂的影响,本文建立了包含迸溅金点的InSb IRFPAs结构模型,分析了迸溅金点的存在对应力分布的影响.在此基础上,在应力集中处预置不同长度的初始裂纹用以描述InSb晶片中的位错,以能量释放率为判据,探究InSb芯片碎裂与迸溅金点和位错线长短的关系.结论如下:1)迸溅金点的存在对InSb芯片碎裂的影响是局部的,在迸溅金点与InSb芯片接触区域的两侧会形成两个应力集中点;2)环绕预置裂纹的能量释放率会随着预置裂纹长度的增加而加速增大,当预置裂纹长度接近InSb芯片上表面时,能量释放率近乎指数增加,并在预置裂纹贯穿InSb芯片时达到最大值;3)迸溅金点引起的InSb芯片破碎属于Ⅰ型断裂失效模式,在多周期液氮冲击中,位错线在应力集中效应的驱使下逐步扩展,直至贯穿InSb芯片,最终形成宏观碎裂失效现象.

摘要： 文章基于虚拟裂纹闭合法(virtual crack closure technique,VCCT),提出复合式路面疲劳裂纹扩展寿命理论模型,借助现有有限元软件,开发模拟复合式路面疲劳裂纹扩展过程的子程序,用其计算路面结构在裂纹扩展中的能量释放率,通过相关公式求得复合式路面的疲劳裂纹扩展寿命。研究结果表明,使用VCCT计算代价较小,计算精度较高,利用子程序可高效计算路面结构的能量释放率,最终计算结果接近于实际疲劳寿命。

摘要： 为了精确计算早期核辐射,建立了中子及次级γ在大气中输运的蒙特卡罗计算模型,并利用几何分裂算法与时间分裂算法等减方差技巧提高计算效率,计算得到了距源点不同距离球面上中子与中子次级γ的信息,给出了不同位置不同时间的氮俘获γ能量释放率。开展了氮俘获γ能量释放率的规律性研究,并分析了中子能量对氮俘获γ的影响。结果表明,氮俘获γ能量释放率先随源点的距离增加而增大,在距源点约500 m达到峰值,而后随距离增加指数衰减。氮俘获γ能量释放率在时间上服从指数衰减规律,衰减时间在0.1 s左右。引入表征氮俘获γ辐射强度参数a和特征衰减时间参数τ,拟合得到了不同距离不同时间氮俘获γ能量释放率的快速计算公式。研究表明,氮俘获γ辐射强度、衰减时间及其空间分布均与中子能量密切相关。

摘要： 基于电磁复合材料力学,运用Stroh型公式和复变函数方法,针对压电压磁材料中含正n边形孔边裂纹反平面问题进行了研究。利用Schwarz-Christoffel变换技术,结合Cauchy积分公式和留数定理,导出了磁电全非渗透型边界条件下任意正n边形裂纹尖端场强度因子和能量释放率的解析解。当缺失磁场时,所得解退化为已有结果,以此验证方法的有效性。通过数值算例,对比分析了n=3,n=4和n=5三种特殊情形对应的孔口边长、裂纹长度和受到的力、电和磁载荷对等效场强度因子和无量纲能量释放率的影响规律。研究结果发现,正n边形孔洞的尺寸和裂纹长度均会促进裂纹扩展,且前者的影响更显著一些;正n边形边的数量增加会阻止裂纹的扩展;在磁电全非渗透型边界条件下,机械载荷始终促进裂纹的扩展,电位移载荷可以促进或抑制裂纹的扩展,磁载荷对裂纹的扩展贡献较少。本研究结果适用于任意正n边形孔边裂纹求解问题,为压电压磁材料元器件的优化设计和断裂特性分析提供了新思路。

摘要： 计算齿根具有裂纹的齿轮啮合刚度是求解含裂纹的齿轮传动系统动力学问题的基础.提出一种计及齿根裂纹表面自由能的计算齿轮啮合刚度的能量方法,该法将法向力作用下裂纹齿轮的弹性势能视为无裂纹齿轮的弹性势能与裂纹产生过程中释放的裂纹表面自由能之和.裂纹表面自由能通过裂纹应力强度因子与能量释放率之间的关系获得,齿根裂纹应力强度因子用权函数法求解.计算结果表明:齿根裂纹对齿轮啮合刚度影响很大;随着裂纹长度增加,裂纹齿轮啮合刚度减小,其求解结果与ANSYS软件计算结果一致.

摘要： 利用奇异应力边界多裂纹开裂的几何模型,研究了KⅠ和KⅡ型等值条件下Ⅱ型断裂对Ⅰ型断裂韧性值的干扰效应.基于能量释放率与裂纹分叉理论,引入扰动系数ε建立多裂纹能量释放率模型,对比不同ε对能量型开裂驱动力的影响,同时结合断裂力学中的J积分理论,分析、量化了扰动效应,给出了受II型弱载荷影响的潜在Ⅰ型裂纹扩展的断裂准则,并与有限元结果进行对比.研究表明,等值条件下干扰系数ε在0.317％～0.438％之间,说明在Ⅰ型断裂韧性值测试过程中受到微弱Ⅱ型断裂的影响;随着分析步逐渐增加,干扰系数ε减小,说明断裂韧性值测试过程中干扰效应逐渐减弱;量化了Ⅱ型弱载荷Ⅰ型断裂韧性测试中的干扰效应,有助于更好地分析实验过程中分散的测量数据,为复杂裂纹的边翼分叉和偏折研究提供新思路.

摘要： 基于压电复合材料力学,通过引入合适的数值保角映射函数,运用Stroh公式和复变函数方法,研究了压电复合材料中含正六边形孔边两不对称裂纹的反平面问题.首先由压电复合材料反平面问题的本构方程和力-电平衡方程推导出其控制方程,结合留数定理和Cauchy积分公式,求解出电不可通和电可通边界条件下裂纹尖端场强度因子和能量释放率的解析表达式.数值算例分析了正六边形的孔洞边长、裂纹几何尺寸以及机电载荷对等效场强度因子和能量释放率的影响规律.研究结果表明:正六边形孔洞边长和裂纹长度的增加会导致等效场强度因子的增大;在电不可通和电可通边界条件下,能量释放率随着正六边形的边长、裂纹的长度和机械载荷的增加而增加.在电不可通边界条件下电位移既可以促进又可以抑制裂纹的扩展,而在电可通边界条件下电位移对裂纹扩展没有影响.

摘要： 目的解析研究磁电弹性中正三角形孔边均布3条裂纹问题的断裂性能。方法通过构造保角映射函数,利用复变函数方法,将解析函数边值问题转化为Cauchy积分方程组。结果借助Cauchy积分公式和留数定理分别获得了磁电非渗透边界条件和磁电渗透边界条件下裂纹尖端场强度因子和能量释放率的解析表达式。结论数值算例结果显示了在2种磁电边界条件下,三角形孔洞尺寸和机电磁3种外载荷对材料断裂行为的影响规律。

摘要： 本文提出并验证了用于计算复合材料层合板分层能量释放率的三维裂尖单元分析(3DCTE)方法.在放松裂尖位移约束的条件下,运用经典层合板理论,得到以层合板铺层方式、结构几何和外载荷为参数的能量释放率解析解.研究张开弯矩和面内剪切载荷作用下的分层前缘能量释放率,发现对于较广泛的铺层形式,尤其是各向异性程度高、耦合效应显著的铺层,3DCTE方法均能有效地记及各应变分量对总能量释放率的影响,具有较高的分析精度.

摘要： 以能量的观点来看,混凝土材料从损伤演化到断裂破坏的过程中伴随着能量耗散,能量耗散是一个连续的过程。在损伤力学和断裂力学中,能量耗散是由能量释放率加以描述的,所以能量释放率是损伤和断裂之间联系的纽带。混凝土结构在外荷载作用下首先出现损伤区,在其内部会演化为一个临界状态,之后损伤区内部产生宏观裂纹。以此观点,在临界状态下建立了两个不同过程能量释放的关系等式,从理论上说明损伤与断裂的关系。

摘要： 本文介绍了断裂力学中的两种研究方法及由此推得的两种常用断裂理论：能量释放率理论和应力强度因子理论，并对两种断裂判据的内容及应用进行了简单对比。

摘要： 本文将扩充形函数引入到基于连续体的(continuum-based, CB)壳单元中,以模拟曲面壳体中沿任意方向扩展的裂纹。扩充形函数可以代表独立于网格的间断。计算三维裂纹应力强度因子时,应用“等效域积分”方法,采用最大能量释放率准则作为裂纹扩展判据。该方法能够获得管道中独立于单元网格的任意裂纹扩展路径。由于裂纹与网格独立,使得在裂纹扩展过程中无需对网格进行重新划分。文中给出了管道中不同断裂模式的数值算例。

摘要： 实验研究发现对于柔性电子器件中通常所采用的基本结构薄膜/基体结构而言,尽管薄膜厚度非常小,但是随着薄膜基体厚度比的逐渐增大结构所发生的破坏模式也是随之变化的。考虑这一现象,将结构破坏模式分为四种,分别建立与之对应的力学模型进行求解,得到能量释放率、应力强度因子,进行比较,并在此基础上进行分析,研究了应力强度因子、结构可弯曲性能等随薄膜基体厚度比的变化关系。理论分析结果可以较好解释实验现象,从而用于指导柔性电子器件的结构设计。

摘要： 本文应用扩展有限元法(X-FEM)分析了磁电弹性双材料界面裂纹问题.扩展有限元法以单位分解思想为基础,通过在常规有限元位移模式中引入Heaviside阶跃函数和裂尖渐进位移场函数,来模拟裂纹问题.本文描述了通过等效曲面积分计算断裂参数的方法,分析了积分区域、网格密度、拓扑改进和几何改进对断裂参数计算精度的影响,比较了结构化网格和局部细化网格的计算效率,并通过将扩展有限元法的计算结果与解析解的结果相对比验证了该方法的准确性和可靠性.

摘要： 本文应用扩展有限元法(X-FEM)分析了磁电弹性双材料界面裂纹问题.扩展有限元法以单位分解思想为基础,通过在常规有限元位移模式中引入Heaviside阶跃函数和裂尖渐进位移场函数,来模拟裂纹问题.本文描述了通过等效曲面积分计算断裂参数的方法,分析了积分区域、网格密度、拓扑改进和几何改进对断裂参数计算精度的影响,比较了结构化网格和局部细化网格的计算效率,并通过将扩展有限元法的计算结果与解析解的结果相对比验证了该方法的准确性和可靠性.

摘要： 本文应用扩展有限元法(X-FEM)分析了磁电弹性双材料界面裂纹问题.扩展有限元法以单位分解思想为基础,通过在常规有限元位移模式中引入Heaviside阶跃函数和裂尖渐进位移场函数,来模拟裂纹问题.本文描述了通过等效曲面积分计算断裂参数的方法,分析了积分区域、网格密度、拓扑改进和几何改进对断裂参数计算精度的影响,比较了结构化网格和局部细化网格的计算效率,并通过将扩展有限元法的计算结果与解析解的结果相对比验证了该方法的准确性和可靠性.

摘要： 本文应用扩展有限元法(X-FEM)分析了磁电弹性双材料界面裂纹问题.扩展有限元法以单位分解思想为基础,通过在常规有限元位移模式中引入Heaviside阶跃函数和裂尖渐进位移场函数,来模拟裂纹问题.本文描述了通过等效曲面积分计算断裂参数的方法,分析了积分区域、网格密度、拓扑改进和几何改进对断裂参数计算精度的影响,比较了结构化网格和局部细化网格的计算效率,并通过将扩展有限元法的计算结果与解析解的结果相对比验证了该方法的准确性和可靠性.

摘要： 静电电击会对人体造成不适甚至伤害.通过研究静电电击的电路模型,计算产生的暂态电流,解释静电电击产生的机理.分析表明,两个对地绝缘的导电体之间重新分配电荷会产生暂态电流,是对人体造成不适或损害的主要形式.用静电放电释放的能量来衡量其对人体产生危害性的程度,释放的能量和接触电阻无关,只和对地电容有关,对地电容越大,释放的能量越大.

摘要： 本发明公开了一种界面II型裂纹的临界能量释放率测试方法，其利用制备多组不同预制界面裂纹长度的剪切试件，对各组剪切试件进行剪切实验，以获得剪切试件的载荷～位移曲线，再将各组试件的载荷～位移曲线进行归一化处理，建立载荷～位移曲线方程，确定临界位移或临界载荷，然后依据能量释放率的定义计算界面II型裂纹的能量释放率，确定其临界能量释放率。本发明可提供各种界面II型裂纹的临界能量释放率的有效测试方法，为制定界面II型裂纹的临界能量释放率测试标准/规程、建立界面裂纹问题的断裂准则、对各种复合结构的界面剥离破坏行为进行评价而奠定基础。

摘要： 本发明提供了一种用于复合材料III型断裂能量释放率测试的试验装置，该装置由上下两个扭转夹持装置构成，两个扭转夹持装置对称放置，上方扭转夹持装置包括顶部夹持端和上圆孔方盘，下方扭转夹持装置包括底部夹持端和下圆孔方盘，上下圆孔方盘通过紧固螺栓分别安装在顶部夹持端和底部夹持端上。与现有技术相比，本发明装置构造简单，便于维护，试样形状加工容易，能够方便的配合扭转试验机实现纯III型断裂模式加载试验，试验成本较低，加载精度高。

摘要： 本发明公开了一种界面II型裂纹的临界能量释放率测试方法，其利用制备多组不同预制界面裂纹长度的剪切试件，对各组剪切试件进行剪切实验，以获得剪切试件的载荷～位移曲线，再将各组试件的载荷～位移曲线进行归一化处理，建立载荷～位移曲线方程，确定临界位移或临界载荷，然后依据能量释放率的定义计算界面II型裂纹的能量释放率，确定其临界能量释放率。本发明可提供各种界面II型裂纹的临界能量释放率的有效测试方法，为制定界面II型裂纹的临界能量释放率测试标准/规程、建立界面裂纹问题的断裂准则、对各种复合结构的界面剥离破坏行为进行评价而奠定基础。

摘要： 本发明公开了一种基于能量释放率确定金属材料平面应变断裂韧性的方法；该方法首先通过小厚度试样计算出非平面应变断裂韧性，利用该数值通过有限元软件，计算出该金属材料小厚度试样的临界能量释放率，再通过临界能量释放率利用有限元分析软件迭代计算出大厚度金属材料的平面应变断裂韧性；该方法适用于任何新型的金属材料，没有材料的局限性，因利用有限元的单元思想，使得迭代出的大厚度试样的平面应变断裂韧性结果准确；该方法操作简单、易于掌握，克服了高韧性金属材料平面应变断裂韧性无法检测的技术难题，可供从事金属材料断裂及结构安全评价的研究人员和试验人员参考，值得推广实施。

摘要： 本发明提供一种基于VCCT确定不同裂纹长度的能量释放率的优化方法，包括以下步骤：S1：在ABAQUS中建立复合式路面结构模型；在复合式路面模型上预设裂纹和裂纹参数，然后将所述复合式路面模型进行网格划分，其中，裂纹参数包括裂纹扩展方向、时间增量步和牵引开裂值；S2：从ABAQUS中提取复合式路面结构模型的裂纹扩展面的粘结节点并将所述粘结节点按照裂纹扩展路径重新排列，形成裂纹扩展节点矩阵；S3：根据所述裂纹扩展节点矩阵，在ABAQUS中计算不同裂纹长度对应的能量释放率。本发明实现在ABAQUS的单个模型中对不同裂纹长度对应的能量释放率的计算，具有建模工作量小、计算量小和精度高的有益技术效果。

摘要： 本发明公开了一种胶粘剂临界能量释放率(G1C)双悬臂梁(DCB)标准样试板及其制作方法，该试板的制作方法是：首先将四块规格完全相同的所述垫片分别粘贴到两块大小相同基材的边缘，通过垫片的厚度来控制胶层厚度，然后将薄膜通过双面胶粘贴到其中一块基材的垫片上，再将涂覆有胶粘剂的两块试板对齐合拢，在基材表面施加压力，待胶粘剂完全固化后，即可得到该标准样试板。本发明试板制作方法实现了对DCB试样试板的制样环节的精确控制，包括胶层厚度、薄膜位置等因素，大大提高了制样效率、降低了测试结果的离散率、增强了测试结果的可重复性和准确性。

摘要： 本发明提供了一种用于复合材料III型断裂能量释放率测试的试验装置，该装置由上下两个扭转夹持装置构成，两个扭转夹持装置对称放置，上方扭转夹持装置包括顶部夹持端和上圆孔方盘，下方扭转夹持装置包括底部夹持端和下圆孔方盘，上下圆孔方盘通过紧固螺栓分别安装在顶部夹持端和底部夹持端上。与现有技术相比，本发明装置构造简单，便于维护，试样形状加工容易，能够方便的配合扭转试验机实现纯III型断裂模式加载试验，试验成本较低，加载精度高。

摘要： 本发明公开了一种粘接界面Ⅲ型断裂能量释放率的测试试件，试件包括两块长方形平板，两块长方形平板在最大的面上通过粘接面粘接在一起，其中粘接面为长方形，其中粘接面的三个边界与平板的边界重合，两个长方形平板未粘接部分为初始裂纹。本发明能够有效且稳定的测定粘接界面的Ⅲ型断裂能量释放率，并且可以在一般万能实验机上完成实验。

摘要： 本实用新型公开了一种胶粘剂临界能量释放率双悬臂梁标准样试板，包括两块相同的板层，所述板层包括基材层、胶体层，所述基材层位于所述胶体层之下，且与所述胶体层两侧的垫片通过双面胶粘接，所述基材层与两块所述垫片形成的U型槽中设置有胶体；两块所述板层上下对称粘接，且两块所述板层之间设置有一层薄膜，所述薄膜与两块所述板层上的所述垫片均通过双面胶粘接。本实用新型实现了对DCB标准样试板的制样环节的精确控制，包括胶层厚度、薄膜位置等因素，大大提高了制样效率、降低了测试结果的离散率、增强了测试结果的可重复性和准确性。

摘要： 本实用新型公开了一种粘接界面Ⅲ型断裂能量释放率的测试试件，试件包括两块长方形平板，两块长方形平板在最大的面上通过粘接面粘接在一起，其中粘接面为长方形，其中粘接面的三个边界与平板的边界重合，两个长方形平板未粘接部分为初始裂纹。本实用新型能够有效且稳定的测定粘接界面的Ⅲ型断裂能量释放率，并且可以在一般万能实验机上完成实验。