玻璃材料破坏过程的数值模拟与分析

作者: 李维红著

出版社: 北京师范大学出版社

出版时间: 2011-01

版次: 1

ISBN: 9787303118069

定价: 20.00

装帧: 平装

开本: 16开

纸张: 胶版纸

页数: 120页

字数: 122千字

正文语种: 简体中文

丛书: 学术前沿研究

分类: 工程技术

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《玻璃材料破坏过程的数值模拟与分析》利用断裂力学的研究方法，借助于统计学和现有的数值计算方法，以实验结果为基础来建立数值模型，进行了玻璃材料双向应力状态下断裂失效过程的数值模拟。研究目的即是要搞清玻璃材料在双向应力下的断裂和裂纹扩展究竟受不受平行于裂纹的应力影响。如受到平行于裂纹的应力影响，应变能释放率G、应力强度因子K、J积分和裂纹张开位移δ四个断裂参数在单轴应力下的等效关系在双轴应力下是否还成立?如不成立，那么，玻璃类脆性材料在双轴应力状态下的裂纹扩展由什么参数决定?双向和单向应力下断裂参数有何区别?玻璃材料在双轴应力状态下应遵循何种断裂准则?……研究目的在于检验和探索玻璃材料在双轴应力下的破坏过程，为结构的失效分析提供依据。
全书共分6章，内容包括对玻璃材料在双向应力和单向应力下裂纹驱动力参数的关系和差异进行了数值模拟及理论研究，得出在双向载荷下，传统的K-G-J-δ等效关系不再成立的结论。证明了其中的两个参数G和δ与双向应力有关，而另外两个参数K和J与双向应力无关；裂纹张开位移δ更适宜作为处于双向应力状态下材料断裂的评价标准。完成了玻璃材料在单向及双向平面应力状态下的阻力特性研究，并与相关的实验结果取得了较好的一致，表明了数值计算的可靠性。直接观察和演示了玻璃材料的失效全过程及裂纹的启裂、失稳扩展全过程，解决了玻璃材料在双向应力下的断裂和裂纹扩展究竟受不受平行于裂纹的应力影响，及如何影响等问题；进一步研究了在双向应力比λ不同时，玻璃材料断裂力学参数应力强度因子Kic及裂纹张开位移δ的变化规律，进一步证明了双向应力对玻璃断裂及裂纹扩展的影响，也进一步验证了玻璃类脆性材料在双轴应力下的断裂是由裂纹张开位移δ决定的；对单向拉伸下含不同倾斜角度裂纹玻璃材料失效情况进行了数值模拟，重点研究了含不同裂纹角倾斜直通裂纹的玻璃材料试样在单向拉伸下的复合应力效应。证明了在这种情况下裂纹尖端存在的三种类型应力：KI、KII及平行应力对裂纹扩展有不同的作用；研究了玻璃材料的慢裂纹扩展和扩展速度所受双向应力的影响，并讨论这种影响的机理和作用。通过声发射特性的数值模拟得到玻璃类脆性材料在单向及双向应力状态下的亚临界裂纹扩展长度一荷载步曲线，得出平行干裂纹的拉应力对裂纹扩展有一定程度的阻碍作用，而平行于裂纹的压应力对裂纹有驱动效果的结论。在上述研究的基础上，运用研究结果验证了玻璃材料在双轴应力下应用应变断裂准则的可行性。
《玻璃材料破坏过程的数值模拟与分析》可供从事玻璃类脆性材料及相关材料力学行为研究的科研和设计工作的科技人员参考使用，也可供高等院校有关专业的教师和研究生参考使用。李维红，博士，结构工程专业博士后，大连大学副教授，《国外建材科技》杂志编委，中国硅酸盐学会测试技术分会理事，辽宁省评标专家库评标专家。主要从事土木工程材料及结构特性、工程造价方向的教学及科研工作。近年来，主持了中国博士后科学基金资助项目、建设部研究开发项目、辽宁省科技厅博士启动基金项目、辽宁省教育厅高等学校科研计划项目等多项国家及省部级科研课题，在国内外学术期刊和国际会议上发表论文10余篇，其中被SCI检索论文6篇，EI检索论文8篇。ISTP检索论文5篇。参与编写《玻璃表面处理技术》专著一部，该书获第九届中国石油和化学工业优秀科技图书奖一等奖。绪论
本章参考文献
第1章玻璃材料破坏过程的数值模型实验验证
1.1玻璃材料的破坏
1.2MFPA数值方法原理
1.3材料性质的赋值
1.4数值模拟的分析过程
1.5数值模型的建立及其验证
1.5.1玻璃材料的三点弯曲试验
1.5.2数值模型的建立
1.5.3数值模型的可靠性验证
本章参考文献

第2章双向应力和单向应力下裂纹驱动力参数的关系和差异
2.1前言
2.2传统断裂力学参量和判断
2.2.1I型应力强度因子K
2.2.2裂纹尖端张开位移CTOD
2.2.3J积分
2.2.4能量释放率
2.3裂纹驱动力参数在双向和单向应力下的关系和差异的理论分析
2.4讨论
2.5泊松比对裂纹张开位移的影响和数值模拟
2.5.1数值模型的建立
2.5.2裂纹张开位移一荷载步曲线
本章参考文献

第3章玻璃材料在双向应力下的阻力特性数值模拟
3.1引言
3.2数值模拟模型
3.3数值模拟结果与讨论
3.3.1断裂及裂纹扩展过程的数值模拟
3.3.2应力-应变关系曲线
3.3.3临界应力强度因子的确定
3.3.4裂纹中心张开位移荷载步曲线、裂纹尖端应变-荷载步曲线
3.3.5裂纹面应力分布曲线
3.4不同双向应力比对玻璃材料断裂和失效影响的数值试验研究
3.4.1计算数学模型
3.4.2数值试验结果与讨论
3.5讨论
本章参考文献

第4章玻璃材料中倾斜裂纹扩展的数值模拟与复合应力效应研究
4.1引言
4.2数值试验模型
4.2.1计算数学模型说明
4.2.2力学参数说明
4.3数值试验结果与讨论
4.3.1断裂及裂纹扩展过程的数值模拟
4.3.2含倾斜裂纹玻璃类脆性材料试样破坏过程中的应力场
4.3.3含不同倾斜角裂纹玻璃类脆性材料的I型、Ⅱ型应力强度因子
本章参考文献

第5章双向应力对亚临界裂纹扩展的影响——数值模拟研究
5.1引言
5.2数值试验模型
5.2.1计算数学模型说明
5.2.2力学参数说明
5.3数值试验结果与讨论
5.3.1玻璃材料声发射和亚临界裂纹扩展过程的数值模拟
5.3.2模拟玻璃试样声发射特性与应力-应变关系曲线
5.3.3双向应力对裂纹扩展的影响
5.4讨论
本章参考文献

第6章玻璃材料在双向应力下应变断裂准则的验证
6.1前言
6.2脆性材料的应变断裂准则
6.3数值摸拟结果与断裂准则的比较
本章参考文献
附录AMFPA2D系统使用说明
内容简介:
《玻璃材料破坏过程的数值模拟与分析》利用断裂力学的研究方法，借助于统计学和现有的数值计算方法，以实验结果为基础来建立数值模型，进行了玻璃材料双向应力状态下断裂失效过程的数值模拟。研究目的即是要搞清玻璃材料在双向应力下的断裂和裂纹扩展究竟受不受平行于裂纹的应力影响。如受到平行于裂纹的应力影响，应变能释放率G、应力强度因子K、J积分和裂纹张开位移δ四个断裂参数在单轴应力下的等效关系在双轴应力下是否还成立?如不成立，那么，玻璃类脆性材料在双轴应力状态下的裂纹扩展由什么参数决定?双向和单向应力下断裂参数有何区别?玻璃材料在双轴应力状态下应遵循何种断裂准则?……研究目的在于检验和探索玻璃材料在双轴应力下的破坏过程，为结构的失效分析提供依据。
全书共分6章，内容包括对玻璃材料在双向应力和单向应力下裂纹驱动力参数的关系和差异进行了数值模拟及理论研究，得出在双向载荷下，传统的K-G-J-δ等效关系不再成立的结论。证明了其中的两个参数G和δ与双向应力有关，而另外两个参数K和J与双向应力无关；裂纹张开位移δ更适宜作为处于双向应力状态下材料断裂的评价标准。完成了玻璃材料在单向及双向平面应力状态下的阻力特性研究，并与相关的实验结果取得了较好的一致，表明了数值计算的可靠性。直接观察和演示了玻璃材料的失效全过程及裂纹的启裂、失稳扩展全过程，解决了玻璃材料在双向应力下的断裂和裂纹扩展究竟受不受平行于裂纹的应力影响，及如何影响等问题；进一步研究了在双向应力比λ不同时，玻璃材料断裂力学参数应力强度因子Kic及裂纹张开位移δ的变化规律，进一步证明了双向应力对玻璃断裂及裂纹扩展的影响，也进一步验证了玻璃类脆性材料在双轴应力下的断裂是由裂纹张开位移δ决定的；对单向拉伸下含不同倾斜角度裂纹玻璃材料失效情况进行了数值模拟，重点研究了含不同裂纹角倾斜直通裂纹的玻璃材料试样在单向拉伸下的复合应力效应。证明了在这种情况下裂纹尖端存在的三种类型应力：KI、KII及平行应力对裂纹扩展有不同的作用；研究了玻璃材料的慢裂纹扩展和扩展速度所受双向应力的影响，并讨论这种影响的机理和作用。通过声发射特性的数值模拟得到玻璃类脆性材料在单向及双向应力状态下的亚临界裂纹扩展长度一荷载步曲线，得出平行干裂纹的拉应力对裂纹扩展有一定程度的阻碍作用，而平行于裂纹的压应力对裂纹有驱动效果的结论。在上述研究的基础上，运用研究结果验证了玻璃材料在双轴应力下应用应变断裂准则的可行性。
《玻璃材料破坏过程的数值模拟与分析》可供从事玻璃类脆性材料及相关材料力学行为研究的科研和设计工作的科技人员参考使用，也可供高等院校有关专业的教师和研究生参考使用。
作者简介:
李维红，博士，结构工程专业博士后，大连大学副教授，《国外建材科技》杂志编委，中国硅酸盐学会测试技术分会理事，辽宁省评标专家库评标专家。主要从事土木工程材料及结构特性、工程造价方向的教学及科研工作。近年来，主持了中国博士后科学基金资助项目、建设部研究开发项目、辽宁省科技厅博士启动基金项目、辽宁省教育厅高等学校科研计划项目等多项国家及省部级科研课题，在国内外学术期刊和国际会议上发表论文10余篇，其中被SCI检索论文6篇，EI检索论文8篇。ISTP检索论文5篇。参与编写《玻璃表面处理技术》专著一部，该书获第九届中国石油和化学工业优秀科技图书奖一等奖。
目录:
绪论
本章参考文献
第1章玻璃材料破坏过程的数值模型实验验证
1.1玻璃材料的破坏
1.2MFPA数值方法原理
1.3材料性质的赋值
1.4数值模拟的分析过程
1.5数值模型的建立及其验证
1.5.1玻璃材料的三点弯曲试验
1.5.2数值模型的建立
1.5.3数值模型的可靠性验证
本章参考文献

第2章双向应力和单向应力下裂纹驱动力参数的关系和差异
2.1前言
2.2传统断裂力学参量和判断
2.2.1I型应力强度因子K
2.2.2裂纹尖端张开位移CTOD
2.2.3J积分
2.2.4能量释放率
2.3裂纹驱动力参数在双向和单向应力下的关系和差异的理论分析
2.4讨论
2.5泊松比对裂纹张开位移的影响和数值模拟
2.5.1数值模型的建立
2.5.2裂纹张开位移一荷载步曲线
本章参考文献

第3章玻璃材料在双向应力下的阻力特性数值模拟
3.1引言
3.2数值模拟模型
3.3数值模拟结果与讨论
3.3.1断裂及裂纹扩展过程的数值模拟
3.3.2应力-应变关系曲线
3.3.3临界应力强度因子的确定
3.3.4裂纹中心张开位移荷载步曲线、裂纹尖端应变-荷载步曲线
3.3.5裂纹面应力分布曲线
3.4不同双向应力比对玻璃材料断裂和失效影响的数值试验研究
3.4.1计算数学模型
3.4.2数值试验结果与讨论
3.5讨论
本章参考文献

第4章玻璃材料中倾斜裂纹扩展的数值模拟与复合应力效应研究
4.1引言
4.2数值试验模型
4.2.1计算数学模型说明
4.2.2力学参数说明
4.3数值试验结果与讨论
4.3.1断裂及裂纹扩展过程的数值模拟
4.3.2含倾斜裂纹玻璃类脆性材料试样破坏过程中的应力场
4.3.3含不同倾斜角裂纹玻璃类脆性材料的I型、Ⅱ型应力强度因子
本章参考文献

第5章双向应力对亚临界裂纹扩展的影响——数值模拟研究
5.1引言
5.2数值试验模型
5.2.1计算数学模型说明
5.2.2力学参数说明
5.3数值试验结果与讨论
5.3.1玻璃材料声发射和亚临界裂纹扩展过程的数值模拟
5.3.2模拟玻璃试样声发射特性与应力-应变关系曲线
5.3.3双向应力对裂纹扩展的影响
5.4讨论
本章参考文献

第6章玻璃材料在双向应力下应变断裂准则的验证
6.1前言
6.2脆性材料的应变断裂准则
6.3数值摸拟结果与断裂准则的比较
本章参考文献
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