奥氏体不锈钢的高温低周疲劳亚临界裂纹传播特性和断口形貌

本文用测定疲劳辉纹平均间距的定量断口金相分析法,分析、研究了在高温低周条件下奥氏体不锈钢的亚临界裂纹扩展速率与裂纹长度的关系和温度、晶粒度、介质等因素对亚临界裂纹扩展速率的影响、并介绍了疲劳裂纹扩展各阶段的断口形貌特征。     

冲击载荷作用下岩石Ⅰ型裂纹动态断裂试验研究

以可调速落锤冲击试验机作为试验加载装置,采用数字散斑相关方法作为试验的观测手段,通过搭建高速数据采集系统,对岩石Ⅰ型裂纹在冲击载荷作用下的动态断裂进行试验研究。试验研究了冲击载荷作用下岩石Ⅰ型裂纹扩展过程位移场的演化特征;分析了岩石在冲击加载速度下裂纹扩展速度以及裂纹扩展距离随时间的变化规律;定量得到了岩石Ⅰ型裂纹动态断裂的裂纹张开角;同时开展了不同冲击加载速度下岩石Ⅰ型裂纹扩展速度的关系研究,研究结果表明,在试验所进行的中低速冲击加载情况下,裂纹扩展速度随着冲击速度的增加而增加,近似呈线性关系。     

直流电场对LiNbO_3晶体亚临界裂纹扩展的影响

人们对玻璃、Al_2O_3、Si_3N_4、SiC 等典型材料以及 TiBaO_3和 PZT 等功能陶瓷的亚临界裂纹扩展行为进行了研究,并验证了裂纹扩展速率 V 和应力强度因子 K_1。之间关系式V=AK_I~n的适用性(A为实验常数)。本文以 Li NbO_3晶体为对象,研究了晶体学取向、极化因素、直流电场强度和取向对其亚临界裂纹扩展行为的影响。     

SiCp/Al梯度复合材料疲劳裂纹扩展和亚临界扩展行为

采用粉末冶金法制备了SiC颗粒增强铝基梯度复合材料，研究了其疲劳裂纹扩展行为及其亚临界裂纹扩展行为。疲劳裂纹从30％SiC层向5％SiC层扩展时，发生了裂纹扩展延滞；而在静载下，当裂纹从30％SiC层向5％SiC层扩展时，随着裂纹长度的增加其裂纹扩展阻力增大。     

再制造零件基体裂纹扩展行为研究

再制造毛坯是具有既往服役历史的废旧零件,裂纹扩展严重影响再制造零件的寿命.本文通过试验手段和数值模拟技术对再制造零件基体内部裂纹的扩展行为进行研究,并探寻基体裂纹倾斜角度、裂纹埋藏深度及位置等因素对基体裂纹扩展的影响.研究结果表明:在三点弯曲试验下,垂直裂纹扩展时的临界载荷小于45°倾斜裂纹的临界载荷,更易发生裂纹扩展现象;当裂纹倾斜角度一定时,越靠近试件中心的裂纹越易发生裂纹扩展现象,越危险;而当裂纹形貌一定时,随着裂纹埋藏深度的增加裂纹扩展的临界载荷逐渐增加,且当埋藏深度达到一定程度时,没有出现裂纹扩展现象.经过实验进行对比,实验结果与模拟结果相近,验证了模拟的正确性.     

聚乙烯／橡胶共混物的断裂韧性

用单边缺口法研究了聚乙烯(PE)与顺丁橡胶(BR)共混物在裂纹亚稳临界扩展时的断裂韧性(G_(?))。结果表明,加入BR可以明显改善高密度聚乙烯(HDPE)的抗裂纹扩展能力,但对低密度聚乙烯(LDPE)的抗裂纹扩展能力有所降低。     

混凝土断裂及亚临界扩展的细观机制

通过模型和三点弯曲断裂SEM试验,详细研究了混凝土断裂全过程及亚临界扩展的细观机理。结果表明:混凝土断裂是一个复杂的不规则过程,存在明显的亚临界扩展现象。混凝土亚临界扩展路径是曲折的,并非经典断裂力学假定的平直路径,混凝土亚临界扩展和临界失稳扩展呈现分形特征。用起裂断裂韧性iICK和分形等效断裂韧性feICK,来描述混凝土抵抗初裂和临界失稳扩展的能力。给出了考虑亚临界扩展弯折效应的混凝土亚临界扩展长度、混凝土起裂断裂韧性iICK和分形等效断裂韧性feICK,的计算表达式。计算表明:混凝土失稳断裂时的分形等效断裂韧性feICK ,与混凝土亚临界扩展的分维数D成正比。     

基于声发射技术的30CrMnSi钢断裂机理研究

采用三点弯曲试样加载过程声发射监测实验,结合断口SEM观察及X射线能谱分析,考察了30CrMnSi合金钢延性断裂的整个物理过程.结果表明:30CrMnSi钢的断裂过程从宏观上可以分为裂尖塑性变形、裂纹亚临界扩展和裂纹失稳扩展三个阶段.其机理如下:裂尖塑性变形过程是位错的滑移、堆积而引起的孔洞形核和长大;裂纹亚临界扩展过...     

含穿透裂纹岩石的高频疲劳特性研究

该文以高强度白水泥为模拟材料,对含预置不同数目穿透裂纹的岩石进行了单轴压缩试验以及高频疲劳单轴压缩试验研究。该文充分考虑了裂纹对岩石试块宏观力学性能的影响,描述了裂纹扩展的规律,得到了含穿透裂纹的岩石材料的S-lgN曲线和考虑裂纹相互作用的疲劳方程。     

深部岩石爆破主裂纹扩展方向与地应力的关系EI北大核心CSCD

岩石巷道掘进爆破表明,高地应力环境下的岩石破坏与低地应力条件下或浅埋岩体下的岩石破坏有所不同。其中,地应力对爆破主裂纹的扩展方向影响较大。该研究利用一种符合硬岩力学特性的透明模型相似材料,开展双向荷载作用下透明岩石爆破相似模型试验,研究初始地应力作用下岩石爆生裂纹扩展的规律。试验结果表明:具有初始静载作用的试件,其径向主裂纹的扩展由无初始应力时的放射状转变成沿着主应力方向扩展;径向裂纹的扩展长度和数量均随侧压力系数的增加而逐渐减小;最长径向主裂纹扩展方向与最大主应力方向的夹角随着侧压力系数的增大而逐渐增大。同时,基于爆炸力学、弹性力学和应力波理论,建立可定量描述初始地应力与爆破主裂纹扩展方向关系的等式,即tan φ=σ_(x)/σ_(y)(0≤φ≤45°)。由计算式所得主裂纹扩展方向与地应力方向的夹角和物理模型试验所得基本一致,这对理解高地应力条件下岩石爆破破裂机理具有重要的现实意义。     

静态控制爆破破岩断裂贯通机制研究

针对传统破岩断裂扩展模型在扩展长度和扩展时间上的不足,采用等效方法将钻孔在平面上简化为岩体裂纹,提出了基于岩体破裂单元的静态爆破断裂力学模型。通过静态爆破压的确定,采用断裂力学计算方法,获得了钻孔裂纹尖端的应力强度因子表达式。基于Charles方程描述的静态爆破岩石临界扩展速度与应力强度因子的关系式,得到了钻孔裂纹扩展的三阶段裂纹长度表达式,该裂纹长度可有效判定静态爆破压钻孔扩展历程和扩展时间,同时可为静态爆破设计提供理论依据。某高速公路顺层岩质边坡静态爆破清除工程应用表明,裂纹扩展速度的变化规律与Charles应力腐蚀压临界扩展原理较为吻合,三阶段裂纹扩展长度分别为6.5 cm、26.9 cm、39.8 cm,在此爆破参数条件下,裂纹在第Ⅲ阶段贯通破坏,经反算得出贯通时间约9.5 h,与现场观测记录的数据相吻合。     

陶瓷基复合材料疲劳特性的研究

应用相变增韧、相变-晶须复合及相变-颗粒复合三种方式来改善氧化铝陶瓷的力学性能,研究了陶瓷基复合材料的疲劳特性。 在循环压缩载荷作用下,陶瓷材料的应力集中处(如缺口)会产生垂直于压应力轴的疲劳裂纹,随循环周次的增加,裂纹的扩展由快到慢,最终完全停止。循环压缩疲劳裂纹的形成机理是较大的应力集中使材料内出现以微裂纹为主要形式的不可逆损伤,在随后的卸载过程中,不可逆损伤区产生很高的残余拉应力,使疲劳裂纹形核并逐渐扩展。 陶瓷材料在四点弯曲循环载荷作用下,疲劳裂纹具有较长的亚临界扩展过程。裂纹护展速率与循环载荷的最大应力强度因子K_(max)及应力强度因子幅度△K都有关,且随载荷频率的降低及载荷波形由三角波变为正弦波,裂纹扩展速率增加。陶瓷材料四点弯曲疲劳裂纹的亚临界扩展是材料内损伤逐渐累积的结果。疲劳过程中材料通过形成微裂纹及裂纹分叉、克服增强物的阻碍及裂纹表面的桥接与互锁作用、产生裂尖微区内的塑性变形及部分稳定ZrO_2的相变等方式来消耗能量,在材料内造成以微裂纹为主要形式的微观损伤,从而弱化了材料,使疲劳裂纹得以亚临界扩展。 陶瓷材料在1050℃高温下的强度约为其室温强度的一半。陶瓷材料的高温循环疲劳是高温静载效应与循环载荷效应的迭加,1050℃下,循     

岩体爆破裂纹扩展速度实验研究

爆破过程中,介质的破裂是由裂纹发展的过程决定的。因此,研究裂纹扩展规律必须研究扩展速度,对探讨岩石断裂控制爆破机理,具有重要意义。文章介绍了岩石的断裂现象,裂纹扩展速度的变化过程、断裂速度的理论计算方法以及一些实验结果与影响裂纹扩展的因素。     

裂纹止裂技术及裂纹动态扩展规律研究

为了对动态荷载作用下水泥粉煤灰砂浆的裂缝动态扩展行为进行研究,提出了一种大尺寸带V型底边的半圆边裂纹(SECVB)试件,其V形底部具有止裂功能。SECVB试件的V形底部设计为180°,150°和120°三个角度。采用落锤冲击装置进行了冲击试验,并使用裂纹扩展计(CPG)用于测量裂纹扩展的相关参数。利用有限差分程序AUTODYN对裂纹扩展行为进行了数值模拟,并用有限元程序ABAQUS计算了裂纹的动态应力强度因子(DSIF);根据CPG测量的裂纹萌生时间和扩展时间来确定临界应力强度因子。试验和数值模拟结果表明,SECVB试件适合于研究动态荷载作用下水泥粉煤灰砂浆的裂纹扩展行为和止裂行为。在裂纹扩展过程中,裂纹可能在一段时间内止裂,并且裂纹在起始时刻的断裂韧度高于裂纹扩展时的断裂韧度。     

冷轧中锰钢和等温淬火-碳配分钢裂纹扩展研究

采用载荷控制对基体组织为铁素体和亚稳奥氏体的0.1C-5Mn中锰钢和基体组织为铁素体、马氏体和亚稳奥氏体的QP980进行裂纹扩展试验,采用SEM、EBSD等手段表征了裂纹扩展行为.研究结果表明,裂纹扩展机制为滑移和积累损伤双重机制.冷轧中锰钢和QP980在裂纹尖端的塑性区内均发生相变诱导塑性(TRIP)效应,转变为马氏体,冷轧中锰钢中亚稳奥氏体含量和稳定性高于QP980,QP980裂纹尖端奥氏体几乎都发生了转变,相变吸收了能量以及裂纹闭合效应降低了疲劳裂纹的扩展速率.     

YB-3和YB-4航空有机玻璃疲劳裂纹扩展特性的研究

研究了交变载荷的应力比、频率、材料所吸收水份和湿热老化作用,以及水环境对YB-3和YB-4航空有机玻璃耐疲劳裂纹扩展性能的影响。发现水份,尤其是水环境对两种玻璃耐裂纹性能有良好作用,从而具有重要意义。根据断面显微观察提出了交变载荷作用下有机玻璃裂纹亚临界扩展的微观机理模型。     

锌漆薄膜/2Cr13钢基体系统薄膜裂纹试验与模拟

本文采用试验和数值模拟方法研究锌漆薄膜/2Cr13钢基体系统薄膜开裂和裂纹扩展情况。创新性地使用三点弯曲试验结合声发射技术监测到薄膜裂纹萌生时刻,并计算薄膜断裂韧性。采用扩展有限元法研究三点弯曲作用下薄膜裂纹扩展过程,发现模拟得到的荷载-位移曲线与试验曲线相吻合。模拟结果表明,薄膜裂纹尖端区域存在应力峰值,当该值达到损伤判据临界应力时,裂纹发生扩展。同时,对多种因素影响下薄膜周期裂纹无量纲能量释放率进行分析,发现薄膜厚度一定时,薄膜相对于基体刚度越大,半无限基体上薄膜裂纹前缘达到稳定状态时对应的基体厚度与裂纹间距越大。      

小间距隧道爆破地震效应的损伤控制研究

为了分析近距离爆破对相邻既有隧道的振动影响,进行了现场爆破振动监测试验.结果表明,振动速度具有很强的方向性,各测点沿隧道断面的径向振动速度均大于切向速度,且振动速度均随着与震源距离的增大呈非线性减小.基于试验结果的统计回归和对爆破中区爆生气体压应力场作用下岩石微裂纹扩展机理的分析,假定岩石动态极限抗拉强度超过微裂纹临界应力时引起新的材料损伤,通过爆破中区损伤断裂准则得到了质点振动速度的安全阈值.结合爆破监测回归公式给出了不同距离情况下单段最大药量建议值.     

岩石材料动载下泛形裂纹扩展数值模拟

岩石材料性能的非均匀性导致断裂面呈现不规则的泛形特性,基于此应用ABAQUS软件建立细观有限元模型,由Weibull分布表征岩石材料性能的非均匀性,对动态拉伸载荷下岩石材料泛形裂纹扩展进行研究。计盒维数计算得到的泛形断裂面的复杂度与实验结果吻合。不同应变率下的泛形裂纹扩展路径及复杂度的计算结果表明,断裂面的复杂度随应变率的增加而减小。进一步分析不同应变率下裂纹扩展的泛形断裂能,发现裂纹扩展的能量释放率随应变率增大而增大。低加载率下,裂纹向断裂韧性较小的单元扩展,但随着加载率的提高,裂纹瞬间穿过断裂韧性相对较高的单元,沿自相似方向扩展。上述结果揭示了应变率对泛形裂纹扩展路径的影响与材料性能的细观非均匀性有关,加深了对岩石材料泛形断裂机制的理解。     

中碳合金钢双相组织疲劳裂纹扩展的研究

研究了４２ＣｒＭｏ钢亚温淬火及二次淬火两种双相组织的疲劳裂纹扩展行为。结果表明，亚温淬火双相组织可显著提高裂纹萌发生抗力，降低扩展速率；较高的疲劳性能与裂纹尖端闭合应力，断口表面粗糙度以及裂纹扩展路径弯折程度有关。断裂力学分析表明，粗糙度诱发裂纹闭合效应及裂纹路径变折效应是提高裂纹扩展抗力的主要因素，同时得到上述两种效应对裂纹扩展速率影响的表达式。