裂纹尖端

摘要： 针对超声衍射时差法(TOFD)存在检测精度较差、区域检测可靠性不够和信号信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)低等问题,提出了一种基于光纤皮秒激光器和高速旋转镜的相控阵激光超声裂纹检测方法。利用有限元方法模拟热弹机制,建立二维瞬态激光超声力-固耦合模型产生横波与纵波在缺陷处发生的衍射现象,分析了裂纹尖端不同奇异点、声波不同中心频率和相控阵激励源不同位置对声波衍射的影响,通过衍射信号的信噪比和位移幅值两个计算指标来分析变化规律,并进行了试验验证。结果表明:数值模拟与试验结果有较好的一致性,相控阵激光源较传统单束激光源对衍射信号幅值和信噪比有明显的增强作用,纵波衍射信号信噪比较理想;衍射信号幅值随裂纹尖端奇异点增加和声波中心频率减小而增大;信噪比随尖端奇异点增加而增大,随声波中心频率一定范围增加无明显变化,随激光源距离的增加呈现先增加后减小的趋势;缺陷定量分析时计算出的裂纹长度与实际裂纹的误差均不超过6.8%。

摘要： 利用扩展有限单元法在求解不连续问题上的独有优势,在裂纹面以水压力方式模拟水力劈裂荷载,以解决裂纹扩展时涉及裂纹面非线性和移动边界问题。针对某待建混凝土重力坝,通过ABAQUS软件建立黏聚力裂纹扩展模型模拟水力劈裂,采用上游超载静水压力模拟高水压作用,研究不同裂纹长度、角度及裂纹面水压力对裂纹扩展的影响。结果表明:在相同初始裂纹夹角和水压作用下,裂纹起裂方向与预置裂纹方向夹角值基本一致;预置裂纹与水平向夹角为45°时,裂纹扩展深度最浅;随着裂纹面水压力数值增大,坝踵预置裂纹逐渐向坝基底部扩展;随着坝体折断面预置裂纹长度的增加,预置裂纹尖端周围应力值逐步增大,坝顶和主裂纹最大张开位移也随之增大,最终形成一条主裂纹并不断地向下游坝基面进行扩展,结构承载能力逐渐降低。

摘要： 为了获得氢在钛合金裂纹尖端的扩散行为,提出了一种力学与氢扩散的耦合模型。在COMSOL软件中建立了含单边椭圆裂纹的氢扩散模型,并分析了钛合金类型、载荷和裂纹长度对裂纹尖端氢扩散的影响。结果表明:在容易发生氢脆的环境中,α型钛合金的服役时间远大于β型钛合金;施加载荷对氢扩散有促进作用;裂纹长度与氢浓度成正比,与扩散区域的面积成反比。

摘要： 比例边界有限元法是一种具有半解析性质的数值计算方法,径向位移和应力具有解析的性质,因而不需要特殊处理裂纹尖端,针对半无限大弹性板问题可以根据定义对应力强度因子和高阶项等奇异参数直接进行计算。本文联立超单元分析法,基于比例边界有限元法计算不同荷载作用下半无限大弹性板裂纹尖端奇异应力场,对比例边界有限元法的基本计算方程进行了推导,在裂纹尖端处提取了应力强度因子、T应力以及高阶项等奇异参数。将文献中计算结果和本文提取结果进行对比后表明,比例边界有限元法在计算裂纹尖端奇异应力场时是有效的,并且具有较高的精度。此外,T应力和高阶奇异参数可以作为进一步研究裂纹断裂特性的依据。

摘要： 制备了单边缺口拉伸(SENT)试样,在0.5 mol/L H2SO4+3 g/L NH4SCN溶液中,以10 mA/cm2的电流密度充氢4 h,采用拉伸试验和三点弯曲试验考察了氢脆对X80管线钢断裂韧性的影响.结果显示:充氢SENT试样的断裂韧性和承载力显著低于母材SENT试样的,使用三点弯曲试验测定的断裂韧性结果较为保守;充氢SENT试样的裂纹比较尖锐,呈现非稳态扩展特征,其塑性变形主要集中于裂纹尖端的局部区域;氢的存在会降低裂纹起裂和扩展所需的能量,促进韧性撕裂过程向脆性断裂转化.

摘要： 裂尖力学状态是影响结构材料应力腐蚀开裂(SCC)扩展速率的主要因素之一,针对氧化膜应力对不同时期裂纹尖端产生的力学规律,建立了sCC寿命周期有限元模型,得出氧化膜在不同裂纹扩展阶段裂尖力学场的变化.结果表明,在表面划痕开裂阶段,氧化膜对裂尖Mises应力及拉伸应力的影响最大,对裂尖的作用范围的影响则较小;随着开裂长度的增加,氧化膜对裂尖Mises应力、拉伸应力及应力强度因子K的影响越小.

摘要： Fracturing pump as a key equipment of fracturing technology used in the oil and gas production,the crack failure at intersecting line has become a main factor that hinder its working life.The theoretical analysis and numerical calculation are applied to research the stress field of crack tip.The results show that the higher order term t11and t33respectively corresponding to the stress σ11and σ33have distinct influences on the stress filed,while the higher order term of opening stress does not.The K-t11-t33theoretical model can describe the stress field better compared with the single parameter model.The higher order term t33of out-plane stress is related to t11and out-plane strain ε33,but it is mainly decided by ε33.The change trend of ε33along the crack front is researched, the results show that ε33is bigger as the place is closer to chamber surface.At the middle place of the crack front, where is far away from the free surface,the ε33is close to zero.In this case,the stress field of crack tip is similar with plane strain state.By studying the stress filed of crack tip,a better description model of crack tip of fracturing pump is built,which is the base of research on fracture criterion and fatigue life prediction.%压裂泵头体作为压裂技术的硬件支撑,相贯线处的开裂失效严重制约了其工作寿命.采用理论分析和数值分析的方法,对泵头体相贯线的裂尖应力场进行了研究.结果表明,裂尖应力分量σ11和σ33的高阶t11、t33项对相贯线处裂尖应力场的影响显著;张开应力σ22的高阶项对裂尖应力场影响不显著,相比于单参数模型,K-t11-t33模型可以更好描述相贯线处的裂尖应力场.离面应力σ33的高阶项t33与t11和离面应变ε33有关,但主要由ε33决定.通过研究裂纹前缘不同位置的应变ε33,结果表明,越靠近两个内腔表面,其应变量越大;越远离两个内腔表面,应变量ε33越小,裂尖应力状越接近平面应变状态.通过研究相贯内腔的裂尖应力场,建立其裂尖应力场的理论模型,可以为相贯内腔结构的临界断裂条件和寿命预估奠定基础.

摘要： 针对金属结构疲劳裂纹扩展速率的模型进行了相关研究,提出了一种新的裂纹扩展速率模型.该模型在进行裂纹扩展速率分析时,仅需要考虑名义应力及临界断裂应力,相较于传统的应力强度因子分析方法,该方法更加简单有效.通过应用已有材料Al2024-T351及Al7075-T6的试验数据对该方法进行了曲线拟合,并与现有方法所得到的裂纹扩展曲线进行了对比.结果表明新方法与传统方法获得的裂纹扩展曲线走势大致相同,并且对裂纹发生扩展行为的低速率及高速率区域能够提供更好的描述,证明了新模型具有较强的实用性.

摘要： 裂紋尖端的激光修复可有效抑制裂紋扩展,然而修复过程中产生的残余应力将影响含裂紋零部件疲劳寿命的提高.本文针对激光修复过程中的热力学问题,开发了激光作用下裂纹尖端热力耦合分析有限元模型.通过该模型可获得激光修复区温度场和应力应变场等关键参数.同时,采用Python对ABAQUS有限元分析软件进行二次开发,建立了激光修复裂纹尖端的热力耦合仿真分析平台.使用该平台可以模拟不同试件尺寸、不同材料模型、不同激光参数下裂紋尖端的激光修复过程并预测残余应力,在有限时间内重复实现高精度详细的参数化仿真分析.分析结果有助于发现修复过程中存在的缺陷,提出合理的改进措施,优化激光修复方案.

摘要： 采用有限元方法研究了强度失配对焊缝裂纹尖端张开位移的影响,.结果表明强度失配对焊缝裂纹尖端张开位移的影响程度取决于失配系数、裂纹长度和母材应力应变曲线类型的综合作用,通过合理选择强韧性组合可以对焊接接头的断裂行为进行调控.

摘要： 核电站压力管道在服役过程易萌生裂纹,而压力管道多采用高韧性材料.在外载荷作用下,高韧性材料裂纹尖端应力高度集中并产生塑性变形,使得裂纹尖端附近应力应变重新分布,引起裂纹尖端的钝化.文中基于弹塑性材料本构关系,采用1/4奇异单元离散裂纹前沿,在位移载荷控制下,仿真分析紧凑拉伸(CT)试样的钝化过程.在不同的位移加载下,研究了CT试样钝化过程中硬化区大小以及断裂参数的变化规律,为高韧性材料钝化线方程的修正提供技术支持,为优化高韧性核工艺管道材料断裂韧性试验方法提供分析工具,同时为试验参数的设置以及后期数据处理提供借鉴.

摘要： 针对精密下料中应力强度因子求解难的问题,研究了裂纹尖端发生塑性形变时声发射信号的振铃计数与应力强度因子之间的关系.用线弹性断裂力学对裂纹尖端发生小范围塑性变形时的体积进行建模分析,计算出在小范围塑性形变时应力强度因子与振铃计数的1/4m次方成正比.对预制不同长度裂纹的低碳钢试样进行了三点弯曲声发射监测试验,并通过试验数据对模型进行了修正.结果表明,在小范围塑性形变时,该模型求得的应力强度因子值与应力强度手册计算值之间的误差不超过8％,且重复性较好.该方法为工程实际应用中对含复杂裂纹且所需载荷不容易确定的裂纹强度检测与评估提供了一种新的研究思路.

摘要： 裂纹萌生和扩展是滚动轴承疲劳失效的主要原因,而应力强度因子则是裂纹体分析中的关键参数.本文基于线弹性断裂力学理论对裂纹尖端应力场进行建模,构建了基于ABAQUS的滚道亚表面裂纹有限元模型,采用有限元法求解了滚道亚表面裂纹尖端的应力强度因子.

摘要： 当今各类工业对高速旋转的部件的强度及寿命要求越来越高,因此对高速旋转的结构在有裂纹下的工作状态的分析,是很有必要的.本文利用ANSYS软件建立模型,计算固有裂纹的转子在不同转速下裂纹尖端的应力强度因子,进而了解转速对转子裂纹尖端应力的影响,在工作过程中避免裂纹尖端应力过大,损坏设备,影响工业生产的正常进行.

摘要： 应力强度因子(SIF)是描述裂纹尖端受力情况最常用的断裂力学参量,本文采用数字图像相关法(DIC)对中心穿透裂纹铝合金试件进行光学测量,通过考虑裂尖塑性区并对裂纹尖端位置进行修正,提高了DIC方法测量SIF的精度.数字图像相关法可以用来对铝合金裂尖位移场进行定量观测，并可靠地计算其裂尖应力强度因子。然而计算精度依赖于对裂尖位置的准确判断，对大多数金属材料，裂尖小范围塑性区影响的修正不可忽视。

摘要： 基于切口尖端附近区域位移场渐近展开,提出了分析与界面相交的复合材料板切口应力奇异性新方法.将位移场的渐近展开式的典型项代入弹性板的基本方程,得到关于与界面相交的复合材料板切口应力奇异性指数的一组非线性常微分方程的特征值问题,再采用变量代换法,将非线性特征问题转化为线性特征问题,用插值矩阵法求解获得了各向异性结合材料中与界面以任意角相交的裂纹尖端的应力奇异性指数随裂纹角的变化规律,并将计算结果与现有结果对照吻合良好,表明了本文方法的有效性.

摘要： 基于最新发展的无网格流形MSIM方法,采用虚拟裂纹闭合法来进行裂纹尖端应力强度因子计算和裂纹扩展过程的模拟分析.MSIM方法利用单位分解法和有限覆盖技术来构造插值函数,插值函数的建立不受域内不连续面影响,从而克服了传统的无网格方法在处理不连续问题时所遇到困难的一种新的无网格方法;MSIM方法的插值函数具有高阶完备性、一致性,且可以在需要的节点处具备delta属性,能够方便准确地施加各种边界条件,非常适合于模拟和求解复杂应力状态下裂纹扩展问题.本文基于MSIM方法,利用在裂纹尖端及其附近设置局部辅助有限单元区域,首先求得裂纹尖端处的2个特征参数,进而求得相应的应力强度因子的方式,提出了计算应力强度因子的无网格流形MSIM虚拟裂纹闭合法,弥补了诸如J积分法在计算应力强度因子时的不足,同时也进一步拓展了虚拟裂纹闭合法的应用范围.数值算例结果表明了基于MSIM方法的虚拟裂纹闭合法能够有效、正确的计算裂纹尖端的应力强度因子和追踪复杂应力状态下裂纹扩展路径.

摘要： 对TiN薄膜/304SS体系以2×10-2s-1的拉伸速度加载到ε=5％.未镀膜的样品和基体未发生开裂的基体表面产生了大量的滑移台阶,而基体发生开裂的样品表面没有滑移台阶;观察截面发现裂纹扩展到基体中的距离大约为1μm;对薄膜采用简单的去膜处理,发现薄膜开裂下面的基体有大量的开裂现象,如图1所示.膜的作用表现为二方面:一是作为障碍物,给靠近膜-基界面处的位错相斥的映像力,从而抑制靠近界面处基体中位错的的发射,如公式1所示.从而造成在靠近界面处基体中的低位错密度甚至无位错区域.

摘要： 本发明是一种动态监测裂纹尖端应力强度因子的方法，选择有机力致发光材料，制备溶液；在金属试样表面均匀涂敷有机力致发光材料溶液，加热成膜；利用涂覆力致发光材料的拉伸试样标定荧光强度，建立荧光强度与应力的关系曲线；利用涂覆力致发光材料的单边缺口试样进行拉伸实验，采集不同加载力下的裂纹尖端的荧光图像；对荧光图像进行处理，定量获取荧光区域的边界和强度；利用边界上的荧光强度与应力的关系曲线以及根据偏应力准则求解出应力强度因子和T应力；与材料本身的应力强度因子极限Kc进行比较，对在役使用的含缺陷工程结构进行安全评估。本发明可以推广至复杂机械结构或加载条件，对机械结构设计、健康检测具有重要的参考价值。

摘要： 本发明涉及裂纹尖端测量技术领域，特别是涉及一种裂纹尖端塑性区监测装置及方法，包括：应力施加件，用于给裂纹试件施加应力。熔接光纤组，用于固定在裂纹试件上，并使裂纹试件的裂纹延展方向经过熔接光纤的熔接处。光信号发生件，与熔接光纤组的信号输入端连接，用于产生光信号。光率计组，与熔接光纤组的信号输出端连接，用于监测熔接光纤组内每个熔接光纤传输的光信号功率。解调显示器，与光率计组连接，用于显示根据光率计组监测的光信号功率，并根据光信号功率判断对应连接的熔接光纤是否发生损伤，从而判断裂纹尖端塑性区延展到达的位置，进而确定裂纹尖端塑性区的长度，过程简单，由于光信号具有较高的灵敏度，因此监测精度较高。

摘要： 本发明公开了一种可重复测量裂纹尖端应力强度因子的装置及其方法，装置包括基座和按压固定装置，所述基座包括应力强度因子应变片、橡胶垫板、碳纤维板、橡胶保护层和磁铁，所述应力强度因子应变片包括敏感栅、基底和引线，所述碳纤维板和所述橡胶垫板以及所述橡胶保护层上均开有孔洞，所述碳纤维板上开有凹槽，凹槽内布置有磁铁。本发明通过按压固定装置对应力强度因子应变片进行固定，无需对应变片进行粘贴，方便携带，保护得当，可重复使用，快速测量不同测点裂纹尖端的应力强度因子，应用前景广泛。

摘要： 本发明公开了一种提取非均匀材料混合型弥散裂纹尖端参量的数值方法，所述方法包括如下步骤：一：确定具有积分区域无关性的非均匀材料混合型弥散裂纹J积分表达式以及相应的有限元离散格式；二：建立含有混合型弥散裂纹的有限元模型并划分有限元网格；三：采用牛顿‑拉普森方法求解断裂相场模型非线性控制方程；四：根据非均匀材料混合型弥散裂纹J积分的有限元离散格式，基于有限元计算结果求解混合型弥散裂纹尖端参量—混合型应力强度因子KI和KII。本发明实现了对非均匀材料混合型弥散裂纹尖端参量的准确求解，弥补了传统断裂相场法无法准确刻画混合型弥散裂纹尖端受力状态的不足。

摘要： 本发明请求保护一种基于深度学习的材料裂纹尖端多尺度应变场测量跟踪方法，包括步骤：在材料表面喷涂随机喷涂散斑，对材料施加外力作用使其发生形变并产生裂纹，使用不同焦距的相机组合来采集材料形变的多尺度信息。构造多尺度材料形变图像序列作为数据集。结合卷积、转置卷积、卷积LSTM神经网络，测量材料全局三维应变场的神经网络模型。利用训练集数据训练材料三维应变场测量神经网络模型。利用训练后的材料三维应变场测量神经网络模型，输入相机采集到的多尺度图像，实时测量材料的三维应变场，并通过应变场计算材料的裂纹区域，然后移动双目长焦相机来实时跟踪裂纹尖端。本发明可移动的长焦双目相机对裂纹区域进行跟踪。

摘要： 本发明公开了含错边管道对接环焊缝裂纹尖端应力强度因子的计算方法，步骤1、几何模型建立及材料属性设置步骤；步骤2、裂纹及边界载荷设置步骤；步骤3、单元网格划分及输出值设置步骤；步骤4、任务提交求解并进行后期有限元的验证；通过本发明能提供了计算含错边管道对接环焊缝裂纹尖端应力强度因子的简便方法，为工程中实时获得裂纹尖端应力强度因子提供方法，能为计算应力强度因子值提供一种新的思路。

摘要： 本发明提供了一种金属断裂韧性裂纹尖端张开位移的检测方法，包括以下步骤：对待评估金属进行切割预处理，得到待测金属；对所述待测金属进行一次三点弯曲试验直至所述待测金属处于载荷最大值，得到一次待测金属；向所述一次待测金属的裂缝处进行一次固化液灌注处理，得到一次固化模；根据一次固化模确定一次表面裂纹尖端张开位移以及一次内部裂纹尖端张开位移。本发明的方法能够准确的测试出待评估金属的一次表面裂纹尖端张开位移和一次内部裂纹尖端张开位移，进而能够准确的评估待评估使用该金属制备得到的管道的断裂韧性，对工程应用有重要的指导意义。

摘要： 本发明属于应力腐蚀检测技术领域，具体涉及一种应力腐蚀裂纹尖端开裂原位监测装置，该检测装置采用数字图像相关、声发射以及电化学技术。包括应力腐蚀加载系统、数字图像相关（DIC）测试系统、电化学测试系统、声发射测试系统；应力腐蚀加载系统包括拉压试验机、试样固定夹具、夹持底座和腐蚀液池；数字图像相关测试系统包括高速相机、图像采集系统；电化学测试系统包括加载试样、自制铱电极、参比电极、辅助电极和电化学工作站；声发射测试系统包括声发射探头、放大器和声发射卡。本发明解决了应力腐蚀裂纹萌生与扩展过程中单一监测方法的弊端，通过对应力腐蚀裂纹尖端萌生、裂纹扩展过程监测，对应力腐蚀现象进行深入研究。

摘要： 本发明涉及一种确定管道止裂韧性裂纹尖端张开角(CTOA)的方法，包括：将利用BWRS气体状态方程计算气体压力‑减压波速度曲线及利用基于CTOA的裂纹扩展速度预测模型构建天然气管道的压力‑裂纹扩展速度曲线放置于同一坐标系中，通过改变CTOA值，使气体压力‑减压波速度曲线与压力‑裂纹扩展速度曲线相切，将气体压力‑减压波速度曲线与压力‑裂纹扩展速度曲线的切点CTOA作为天然气管道的止裂韧性。相对于现有技术，本发明以CTOA作为止裂韧性指标，对于管道抵抗断裂的能力表征的更准确，对于不同钢级和管道尺寸适用性更高。

摘要： 本发明涉及裂纹尖端测量技术领域，特别是涉及一种裂纹尖端塑性区监测装置及方法，包括：应力施加件，用于给裂纹试件施加应力。熔接光纤组，用于固定在裂纹试件上，并使裂纹试件的裂纹延展方向经过熔接光纤的熔接处。光信号发生件，与熔接光纤组的信号输入端连接，用于产生光信号。光率计组，与熔接光纤组的信号输出端连接，用于监测熔接光纤组内每个熔接光纤传输的光信号功率。解调显示器，与光率计组连接，用于显示根据光率计组监测的光信号功率，并根据光信号功率判断对应连接的熔接光纤是否发生损伤，从而判断裂纹尖端塑性区延展到达的位置，进而确定裂纹尖端塑性区的长度，过程简单，由于光信号具有较高的灵敏度，因此监测精度较高。