运用位移外推法,求解出裂纹尖端一系列位移表征的应力强度因子,通过最小二乘法拟合出裂纹尖端应力强度因子表达式,以压力容器常用材料钛-钢(TA2-Q235B)复合层板为研究对象,通过数值分析,讨论应力比、裂纹尺寸比以及材料的参数错配对垂直于界面的Ⅰ型裂纹应力强度因子的影响。结果表明裂纹尖端应力强度因子KⅠ随着应力比R、裂纹尺寸比a/W的增大而增大;裂纹位于高强度材料一侧时,相较于单一材料应力强度因子KⅠ有所增大,反之减小;不论裂纹位于哪一侧材料,界面处应力强度因子KⅠ均有所减小。

使用相互作用积分法讨论了不同的裂纹初始角度对球形压力容器裂纹尖端的应力强度因子与J积分的影响。结果表明在同一裂纹初始角度β下,Ⅰ型应力强度因子KⅠ、Ⅱ型应力强度因子KⅡ随着裂纹尺寸比2a/h的增大而增大;在不同的β下,KⅠ、KⅡ随着2a/h的变化趋势相同;当β增大时,KⅠ增大,KⅡ先增大后减小,J积分、等效应力强度因子Ke随之增大,且KⅠ在Ke的变化规律中起决定作用。

针对气动冲击作用下钢桥裂纹闭合开展试验研究,以带人工裂纹平板试件为研究对象,考虑不同冲击方式、冲击参数、材料强度等因素下对裂纹闭合深度的影响.建立拉伸荷载作用下带扁平椭圆裂纹的扩展有限元模型,从应力强度因子的角度分析了不同裂纹闭合深度对裂纹扩展速率的影响.结果表明:三次冲击作用下,裂纹闭合表面较为平整且闭合深度更深.当裂纹宽度较小时,采用合理的冲击参数可获得较大的裂纹闭合深度,本次试验中,裂纹最大闭合深度可达2.0 mm.有限元结果显示,随着裂纹闭合深度增大,裂纹尖端应力强度因子大幅度下降,但增幅逐渐趋于平缓,从应力强度因子的角度表明了气动冲击作用对延缓裂纹扩展具有积极作用.

以实桥疲劳裂纹为研究对象,从应力和应力强度因子角度评估气动冲击维修方法的现场实施效果.对维修前后疲劳裂纹尖端附近的应力分别进行24 h数据采集,并采用雨流计数法,探讨裂纹尖端应力幅的变化规律.结合应力强度因子测试理论,对比研究裂纹尖端应力强度因子幅的变化规律.研究结果表明:本测点疲劳裂纹为典型的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹,维修后疲劳裂纹尖端张拉和剪切应力幅均得到有效降低,改善了裂纹尖端受力条件.高应力强度因子幅的循环次数显著降低,表明气动冲击维修技术对于制约复合型裂纹扩展具有良好效果.

通过线场分析方法，求得了经典加载下的Ⅲ型中心裂纹板条、边裂纹板条、受面外均匀剪切的偏心裂纹板条以及裂纹面受集中力的Ⅲ型中心裂纹板条的应力强度因子。

基于扩展有限元方法,模拟不同缝高比以及截面高度混凝土三点弯曲梁断裂破坏过程,构建了混凝土梁荷载-开口位移的数学模型,研究初始缝高比及构件尺寸对混凝土梁应力强度因子以及损伤耗能的影响发展规律。研究结果表明,混凝土梁三点弯曲的荷载-开口位移发展曲线可以分为线性上升、非线性上升与非线性下降三个阶段。混凝土梁抵抗断裂破坏的能力会随着初始缝高比的增大而减小,随着构件截面高度的增大而增强。相同荷载下混凝土应力强度因子会随着初始缝高比的增大而增大,随着截面高度的增大而减小。混凝土梁构件三点弯曲加载过程中的损伤耗能具有明显的三阶段发展演化规律。

为确立一种对复杂形状裂纹体强度设计式的推导方法，利用正交法确定了解析条件，以回归式的形式得出了设计式。运用此方法和数次数值解析，获得了有足够精度的油缸底盖与缸体间未焊接部位的强度设计式。