【中国力学学会优博论文汇编】2022年度入选论文介绍：崔鹏飞

　　崔鹏飞，南京航空航天大学特聘副研究员，2015年于湖南大学获得学士学位，2018年于东南大学获得硕士学位，2021年于南京航空航天大学获得博士学位。

　　崔鹏飞聚焦三维疲劳断裂力学理论研究和航空飞行器全生命周期数字样机研制，对弹性和弹塑性幂硬化蠕变固体中各类三维裂纹的裂端场进行了深入系统的理论和数值模拟分析，提出了静止和稳态扩展蠕变裂纹尖端场的控制参数体系；并在三维蠕变裂纹端部场理论基础上，建立了蠕变裂纹扩展寿命的三维断裂力学预测方法，进行了几十种材料、工况组合下的蠕变裂纹扩展寿命预测和验证，为三维裂纹的蠕变失效分析提供先进的理论和方法，显著提升了高温结构蠕变损伤容限分析和预测能力，相关成果在JMPS、IJSS、EFM等SCI刊上发表论文8篇，被同行评价为“significant insight”“更加本质”等，参与了CR929大飞机等国家重大工程型号装备研发计划。

　　（1）建立三维线弹性-蠕变裂纹尖端场的C(t)-Tz-AT高阶解，给出离面应力约束因子的计算公式；基于裂纹尖端张开位移，提出蠕变应力强度因子概念，得到δ(t)-Tz主奇异解。

　　（2）建立三维弹塑性-蠕变裂纹尖端场的理论解，揭示塑性变形影响随蠕变时间的变化规律。发展三维弹塑性裂纹尖端场的J-Tz-AT高阶解；基于裂纹尖端张开位移的弹塑性应力强度因子，得到δ-Tz主奇异解。

　　（3）证明了C*-Tz解和J-Tz解在三维线弹性-蠕变和弹塑性裂纹稳定扩展场中的有效性，在此基础上建立三维蠕变裂纹扩展寿命预测模型，并通过大量试验数据进行验证。

　　近一个世纪以来，蠕变断裂控制参数和裂纹尖端渐近场的理论研究已经取得了长足的进步，它与数值模拟和试验分析方法结合，使人们能够更加深刻地认识高温工程结构中的蠕变断裂问题，发展高温损伤容限评估技术。但是，由于三维蠕变裂纹的复杂性，当前国内外高温工程结构的剩余寿命设计与评估仍然基于二维蠕变断裂理论的框架，较难实现蠕变寿命的精准预测，这使得人们必须发展三维高温损伤容限设计理论与方法。基于三维蠕变断裂理论，本文对蠕变断裂问题进行详细的理论研究，数值分析和试验验证，建立准确描述三维蠕变裂纹扩展与断裂的统一预测模型，实现从蠕变断裂力学理论研究到实际高温工程应用的跨越。除了绪论（第一章）以及全文总结与展望（第十章）以外，本文从三维弹性-蠕变裂纹尖端场（第二章和第三章）、三维弹塑性-蠕变裂纹尖端场（第四章、第五章和第六章）以及三维蠕变裂纹断裂和裂纹扩展的统一预测（第七章、第八章和第九章）三个方面开展研究，取得以下进展：

　　（1）三维线弹性-蠕变裂纹尖端场研究：分别基于C(t)和CTOD，发展C(t)-Tz-AT 解和δ(t)-Tz 解，并给出三维蠕变裂纹端部Tz 的预测公式。三维有限元结果表明，单参数C(t)的有效控制区域较小，A2(t)的引入能较好地描述裂纹尖端面内应力分布，考虑Tz 的理论解能较好地预测离面应力分布；与C(t)相比，基于CTOD 的Kδ(t)-Tz 控制参数能改善控制参数对厚度的依赖性；对于标准试验以及工程结构常见的含裂纹拉伸试样，δ(t)-Tz 主奇异解和C(t)-Tz-AT 高阶解均能对蠕变裂端的应力分布提供较为精准的预测。

　　（2）三维弹塑性-蠕变裂纹尖端场研究：首先对三维裂纹弹塑性变形进行考察分析，分别提出适用于准静态三维弹塑性裂纹尖端场的高阶J-Tz-AT 解和δ-Tz 解。在此基础上，将材料塑性变形引入到三维蠕变裂纹中，并求解适用于三维弹塑性-蠕变裂纹尖端场的EPC ()Ct -Tz 解。研究表明，对于三维弹塑性裂纹而言，Kδ-Tz 比J 更稳定，可以突破小变形和简单比例加载假设的限制，除了裂纹尖端钝化附近以外的应力分布均可以被J-Tz-AT 解和δ-Tz 解精准预测。对于低屈服强度蠕变材料而言，必须考虑蠕变初始阶段的塑性效应，本文发展的EPC ()Ct 参数能够准确考虑塑性变形对蠕变裂纹尖端应力和变形场的影响，不同几何下含穿透和非穿透裂纹拉伸试样的应力分布预测与三维有限元结果良好吻合。

　　（3）三维蠕变裂纹扩展与断裂的统一预测研究：证明C*-Tz 解和J-Tz 解在三维线弹性-蠕变和弹塑性裂纹稳定扩展场中的有效性，建立了考虑试样几何、裂纹形式、载荷水平和力学性能影响的统一裂纹扩展驱动力模型。考虑微孔洞生长、三维约束和力学性能对裂纹尖端局部状态的影响，提出了蠕变裂纹尖端材料抗力水平量化模型。最终基于延性耗竭理论，给出裂纹尖端扩展驱动力和抗力的竞争机制，预测三维蠕变裂纹扩展与断裂。与从9个研究小组获得的44组三维蠕变断裂与裂纹扩展试验数据比较分析表明：本文提出的模型能够预测蠕变裂纹扩展速率的上下极限，所有断裂寿命的预测结果均在实验结果的三倍误差带以内。

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