发动机连杆裂解加工及其关键技术

分析了断裂的剖分机理和发生条件,并对裂解连杆材料、预制初始裂纹槽、定向裂解、定扭矩装配螺栓等连杆裂解加工的关键技术与核心工艺进行了探讨。研究开发了具有"背压"裂解功能的定向裂解机床,并对轿车发动机连杆裂解加工过程进行了数值分析与试验探索。结果表明:合理设计裂纹槽位置与几何参数并保证加工精度,可有效降低裂解加工载荷。背压裂解加工方法有利于提高裂解加工质量,在瞬时加载条件下,合理调节背压力与裂解力比值,可获得性能优良的断裂面。     

破损舰体结构疲劳裂纹扩展试验研究

针对破损舰船的疲劳寿命问题,采用预制缺口的疲劳试样模拟破损舰体结构,利用液压伺服疲劳试验机对舰用疲劳试样进行了拉伸疲劳试验,研究了平板和加筋板预制缺口疲劳试样在拉伸疲劳载荷作用下的裂纹扩展规律,确定了不同疲劳应力幅值作用下疲劳试样裂纹开裂的临界疲劳次数,得出了裂纹长度、疲劳载荷循环次数和疲劳应力幅值之间的拟合关系式,并与高频疲劳试验进行了比较.试验结果对预报破损舰船在波浪中航行时的裂纹扩展情况有重要参考价值.     

连杆预制裂纹槽激光加工工艺参数

为研究激光器工艺参数对连杆预制裂纹槽的影响规律,本文采用YAG固体激光器对捷达轿车连杆进行了预制裂纹槽的切割加工试验.通过改变激光器的功率、切割速度、脉宽、频率、入射角等参数研究各参数对预制裂纹槽加工质量的影响规律.试验结果表明:采用氩气作为辅助气体,高功率密度与低扫描速度有利于提高裂纹槽质量;重复频率的提高会导致裂纹槽宽度增加,当重复频率由26 Hz增加到36 Hz时,槽宽增加0.05 mm左右;入射角取15~30°时切割的裂纹槽质量较好.     

发动机连杆裂解加工初始裂纹槽几何参数研究

分析比较了裂纹槽的设计位置、几何形状以及预制方法;对含有预制裂纹槽的C70S6钢连杆的裂解加工过程进行了数值模拟分析和连杆断裂剖分实验,给出裂纹槽几何参数对裂解力水平的影响规律.结果表明,在其他参数不变的条件下,裂纹槽深度对裂解力的影响最为显著,随着槽深增大裂解力锐减;提高锐度及减小张角可降低裂解力,但曲率半径为0.1~0.3 mm或张角>30°时,裂解力增幅较小且趋于稳定.研究结果对合理设计裂纹槽、降低切槽成本、提高连杆裂解质量具有参考价值.     

双轴向载荷I—II复合型裂纹J积分断裂准则探讨

通过理论分析和双轴向断裂试验，对我国压力容器常用钢１６ＭｎＲ所制成的含中心穿透Ｉ－Ⅱ复合型裂纹十字形试样的断裂规律进行了试验研究，探讨了Ｉ－Ⅱ复合型裂纹Ｊ积分断裂准则。结果表明，不同的载荷比和裂纹倾角下Ｉ－Ⅱ复合型裂纹的启裂Ｊｉ值接近，复合型Ｊ积分断裂准则预测的启裂载荷与试验结果相吻合。     

裂纹动态扩展速度的试验研究

本文采用导电涂料制作格线的方法对环氧树脂三点弯曲试样和圆柱缸筒试样的裂纹动态扩展速度进行了试验研究,找出加载速度与裂纹起始载荷、裂纹扩展速度三者之间的关系,并对断口形貌进行了分析。     

36MnVS4连杆裂解加工模拟及缺陷分析

针对具有更高疲劳强度的连杆新材料36MnVS4,开展了连杆裂解加工性能研究,并与C70S6材料进行对比,探究其裂解缺陷形成原因。依据新材料I型裂纹的脆性解理断裂特性,确定了连杆裂解K判据及最大主应力断裂失效准则,建立了预制切口条件下的连杆裂解有限元模型。通过分析裂解过程中的应力集中和变形分布情况,获得不同材料的切口起裂位置和时间、切口附近及断面的塑性变形,结合裂纹扩展速度和裂解载荷,研究了容易导致的缺陷类型并评估了断口质量。结果表明:在相同几何参数和载荷下,因36MnVS4连杆较C70S6起裂位置分散、裂纹扩展不稳定、缺口敏感性高、铁素体组织多,容易导致批量生产时裂解工序缺陷增加,但裂解后大头孔失圆和断面塑性变形小。     

TiAl金属间化合物解理断裂行为的研究

通过三点弯曲预裂纹试样在室温（２５℃）和７００℃的断裂试验，对接近γ和全层状α＋γ的两种ＴｉＡｌ金属间化合物的解理断裂行为进行了研究。经过断口的详细观察和裂纹尖端应力、应变的有限元计算确定解理断裂的临界阶段。结果表明解理断裂是由预制裂纹的直接扩展所引发，由加工硬化决定的裂尖处的正应力是决定性的控制因素。     

超声加载条件下低合金钢疲劳裂纹扩展寿命

对低合金钢q345狗骨型试样进行了超声疲劳试验,应力比R=-1,研究其在超高周区域内的疲劳寿命特性及破坏机理。试验过程中发现试样疲劳裂纹的扩展会导致试样固有频率的降低,通过有限元模态分析确定了试样断裂瞬间固有频率大小与表面裂纹尺寸的关系,经过对比发现,有限元得到的裂纹半径与断口分析测出的裂纹大小十分吻合。根据实验过程中固有频率的减少情况预测了试样超高周疲劳裂纹扩展寿命的大小,发现其占到疲劳总寿命大小的0.2%～0.5%。     

连杆预制裂纹槽几何参数对胀裂力的影响

为了减小连杆裂解加工中所需的裂解力,提高裂解加工质量,利用MSC.Marc软件,建立了连杆裂解加工的有限元模型;采用正交试验设计方法,分析了预制裂纹槽几何参数对裂解力的影响规律;通过方差显著性分析得出槽深h对裂解力的影响最为显著,其次是张角α,而曲率半径r对裂解力的影响较小。裂解力在张角α≤45°时增大相对缓慢。随着槽深h的增加裂解力降低,当h≥1.0 mm时,裂解力降低缓慢。     

Effect of specimen thickness on Mode II fracture toughness of rock

Anti-symmetric four-point bending specimens with different thickness, without and with guiding grooves, were used to conduct Mode II fracture test and study the effect of specimen thickness on Mode II fracture toughness of rock. Numerical calculations show that the occurrence of Mode II fracture in the specimens without guiding grooves (when the inner and outer loading points are moved close to the notch plane) and with guiding grooves is attributed to a favorable stress condition created for Mode II fracture, i.e. tensile stress at the notch tip is depressed to be lower than the tensile strength or to be compressive stress, and the ratio of shear stress to tensile stress at notch tip is very high. The measured value of Mode II fracture toughness K _{II C} decreases with the increase of the specimen thickness or the net thickness of specimen. This is because a thick specimen promotes a plane strain state and thus results in a relatively small fracture toughness. Foundation item: The National Natural Science Foundation of China (No: 49672164) Biography of the first author: RAO Qiu-hua, doctor of engineering, born in 1965, majoring in rock fracture mechanics.     

高密度聚乙烯/橡胶共混物的断裂特性

在室温下,对高密度聚乙烯/橡胶共混物的单边缺口试样进行拉仲断裂实验,测试了裂纹在亚稳临界扩展时的断裂韧性(G_(1c)),缺口敏感度(K_s)和材料断裂能量密度(W_o)。用扫描电子显微镜对共混物试样断口形貌进行了观察分析。实验结果表明,加入顺丁橡胶可以明显改善高密度聚乙烯的强韧性能。     

脉冲激光加工连杆裂解槽数值仿真

建立了YAG脉冲激光加工裂解槽三维瞬态温度场有限元模型,并对热源加载形式、离焦量、材料热物理性能参数、单元生死等技术问题进行了分析。对激光在C70S6高碳微合金非调质钢上移动切割裂解槽进行了数值模拟,得到不同切割参数下槽深、槽宽及温度场,总结出光斑直径、激光功率、脉宽、加工速度等参数对裂解槽加工的影响规律。将数值分析结果与激光切槽试验进行了对比,对激光加工裂解槽工艺参数的选择提出了建议。     

中等厚度高强钢缺口板断裂试验及数值分析

为研究中等厚度高强钢断裂机理,对厚度为16mm的Q345缺口板和开孔板各10个试件进行了拉伸断裂试验,研究了缺口尖锐度对中等厚度高强钢断裂模式的影响.试验表明,初始裂纹形成于缺口边缘内侧,缺口较尖锐的试件断裂延性较低,初始开裂点位于载荷位移曲线的强化阶段,呈脆性断裂;缺口较钝的试件断裂点位于载荷位移曲线的下降段,呈延性断裂.对高强钢缺口板和开孔板断裂试验进行了基于广义屈服模型和椭球面断裂模型的数值模拟和断裂分析,结果表明,金属椭球面断裂模型对预测中等厚度高强钢缺口板和开孔板的初始开裂有较高精度,但对中等厚度高强钢延性断裂的预测偏于保守.     

混凝土预制缺口梁试件拉张破裂数值模拟

目的针对混凝土抗压不抗拉的特性,探讨混凝土预制缺口梁断裂过程中裂纹尖端应力分布及裂纹扩展规律．方法采用拉张破裂有限元软件,对预制缺口在梁的顶部和在底部不同位置的模型进行数值模拟,描述拉张破裂后形成的不连续面．结果得出了不同方案中预制梁受拉破裂的破坏形式．缺口到梁跨度中心线的距离越小,梁试件底部拉应力区域越小;缺口到梁跨度中心线的距离越大,梁试件底部的拉应力区域越大．结论由不同方案破坏形式可以看出,缺口梁受拉应力作用发生破裂,形成不连续面;随着破裂面的形成与发展,混凝土梁的结构形式发生相应改变,导致应力状态随之调整．缺口的位置直接影响梁结构的破裂方式,缺口到梁跨度中心线的距离在一定的范围内,缺口控制着梁破坏的形式,破裂沿缺口发展;超出范围以后,缺口的存在不影响梁的破坏形式,破裂的形成、发展形式与无缺口梁的破坏形式相同．     

Fracture and Tensile Properties of Polyvinyl Alcohol Fiber Reinforced Cementitous Composites

Experiments were carried out to design polyvinyl alcohol(PVA)fiber reinforced cementitous composites(PVA-FRCCs)holding high ductility and energy consumption ability.Besides,the properties of each ingredients in composites,mixing method and technology for fresh mixture were described in detail. Then,the pseudo-strain-hardening(PSH)behavior was investigated in uniaxial tension test.As a result,the maximum ultimate tensile strain can reach 0.7 percent.On the other hand,the single edge notch(SEN)thin sheet specimens were employed to gain the normal tensile load via crack mouth opening displacement(CMOD) curves,which can show obvious PSH behavior.In addition,the curves can be divided into four zones whose fracture toughness calculation methods were discussed.The wedge splitting(WS)test method can be applied to discuss the fracture toughness.Moreover,fracture energy of SEN and WS specimens were both approximately evaluated.     

Fracture and tensile properties of polyvinyl alcohol fiber reinforced cementitous composites

Experiments were carried out to design polyvinyl alcohol （PVA） fiber reinforced cementitous composites （PVA-FRCCs） holding high ductility and energy consumption ability. Besides, the properties of each ingredients in composites, mixing method and technology for fresh mixture were described in detail. Then, the pseudo-strain-hardening （PSH） behavior was investigated in uniaxial tension test. As a result, the maximum ultimate tensile strain can reach 0.7 percent. On the other hand, the single edge notch （SEN） thin sheet specimens were employed to gain the normal tensile load via crack mouth opening displacement （CMOD） curves, which can show obvious PSH behavior. In addition, the curves can be divided into four zones whose fracture toughness calculation methods were discussed. The wedge splitting （WS） test method can be applied to discuss the fracture toughness. Moreover, fracture energy of SEN and WS specimens were both approximately evaluated.     

应力吸收层沥青混合料的半圆弯拉试验参数

针对应力吸收层组成材料及结构受力的特殊性,探索一种与之相匹配的低温抗裂性能的评价方法具有重要意义。在比较分析已有的沥青混合料低温抗裂试验方法的基础上,得出半圆弯拉试验方法用于评价应力吸收层混合料低温性能的合理性及优越性。采用三维有限元方法,建立带缺口的半圆弯拉试验模型,进行各试验参数下的应力分析。结果表明:试件的最佳厚度为50mm,底部拉应力基本上趋于稳定,受外部影响不大;随缺口宽度的增加,缺口处底部拉应力逐渐减少,基本上成线性关系,缺口宽度的最佳尺寸1.5mm;随缺口深度的增加,缺口处底部拉应力逐渐增大,在小于20mm时成线性增加,支座间距宜为0.8倍试件直径。     

20g钢珠光体球化后拉伸断裂过程组织变化

采用现场金相显微镜对珠光体球化的20g钢拉伸过程进行了原位观察,用扫描电镜分析变形组织及裂纹。结果表明：珠光体发生球化的20g钢在拉伸过程中,在某些晶粒内部首先发生变形,产生大量的滑移带,并在晶界处产生塞积。随后其它部分晶粒转动,形成对变形有利的取向,各晶粒协调变形。拉伸过程中,裂纹首先产生于试样边缘的珠光体组织。试件内部,微裂纹空洞在铁素体和珠光体的晶界处萌生,由于应力集中,产生扩展连接,呈穿晶和沿晶断裂。     

纤维板增强混凝土缺口试件裂缝扩展数值分析

利用Griffith准则和断裂力学原理讨论了带缺口的素混凝土和纤维薄板增强混凝土三点弯曲梁试件的断裂扩展问题。初步分析表明，纤维增强混凝土缺口试件的开裂荷载比素混凝土缺口试件提高23．9％，而失稳荷载比素混凝土缺口试件提高112．5％。