颗粒增强镍基合金复合材料的强度计算

陶瓷颗粒增强镍基合金是一种性能优良的复合材料,近来人们从实验和理论方面对其进行了大量的研究。在此基础上,用细观力学的方法研究了陶瓷颗粒增强镍基合金复合材料的强度和损伤失效,把复合材料简化为三相模型,计算并分析了金属基体、颗粒中的应力应变分布情况,结果显示基体中应力极不均匀,界面区存在应力集中,并计算了界面弧形裂纹扩展时的能量。     

航空刹车用C／C复合材料断口分析

利用SEM断口形貌分析了现役航空刹车用C／C复合材料的结构和界面结合状况，探讨了其断裂机理，分析了化学气相沉积炭的沉积机理。结果表明：C／C复合材料的断裂以“弱界面断裂”为主，裂纹优先在基体炭、炭布层间或长纤维束和短纤维间的弱界面等薄弱环节处产生。当裂纹尖端扩展到基体炭中的微裂纹处时，裂纹扩展转向；当裂纹扩展到纤维时，取道纤维与基体炭间弱界面层向前扩展，纤维经历与基体炭脱粘、弯曲、拔出、断裂等过程，导致整个材料断裂。航空刹车用C／C复合材料中的CVD炭以粗糙层状结构为主，CVD过程包括碳氢气体热解、成核、炭化、沉积生长等过程，其中，成核以物理成核为主。图2，表1，参16。     

电解加钛6009变形铝合金SEM原位拉伸观察

以电解加钛6009变形铝合金为研究对象，利用扫描电镜研究了电解加钛6009变形铝合金在单向拉伸载荷下的断裂机理，观察了裂纹的萌生与扩展过程。研究结果表明，电解加钛6009变形铝合金的断裂过程与一般塑性材料基本相同，局部应力集中和应变造成粗大的分散相和基体分离及缺陷是裂纹优先萌生的部位。裂纹的扩展主要是平行于滑移条纹扩展和沿晶扩展，当裂纹尖端有较大Mg2Si颗粒存在时，微裂纹会在Mg2Si／基体界面再形核而扩展，最终导致合金断裂。     

界面对纤维增强铝硅合金复合材料耐磨性的影响

利用挤压铸造制备了氧化铝纤维增强铝硅合金复合材料，研究了这种材料的界面对其耐磨性的影响。结果表明，在复合材料中，纤维与基体结合良好，并对铝硅合金具有增强作用；复合材料的界面可阻滞裂纹扩展，基体中的合金元素有利于形成良好的界面，改善复合材料的耐磨性。     

裂纹顶端的扩展准则

在过去几十年里，断裂力学处理纯I型或Ⅱ型或Ⅲ型裂纹问题取得了巨大的成功。然而由于裂纹的方位不对称、荷载分布不对称等原凶，存工程结构分析中经常遇到的是复合形式。凶此，对复合型裂纹研究具有更为重要的理论意义和实用价值。预测和模拟复合型裂纹扩展行为时，必须确定一个描述裂纹扩展方向角及裂纹扩展的临界条件的有效的裂纹扩展准则，结合理论分析和实验观察，人们建立了几种复合型扩展准则，如最大周向正应力准则、能量释放准则、应变能密度准则、等应变能密度线上最大周向正应力准则和塑性区最小半径准则等。从裂纹扩展时能量的守恒和转换中知道，裂纹尖端塑性区的存在是材料抵抗断裂的重要因素，裂纹扩展所用的塑性功与材料的断裂韧性有密切的关系。已经知道，平面应变的塑性区远比平面应力条件下的塑性区要小，因而平面应变远较平面应力容易发生脆断。应变能密度表征着材料构件受力变形过程中贮存的能量。塑性区内及其方向的应变能在一定程度上反映了材料的抗断裂能力。基于这种情况和想法并结合屈服条件进行研究，本文在应用断裂理论和塑性力学理论对裂纹顶端分析的基础上，提出了塑性区内方向应变能裂纹的概念，并建立了基于此概念的裂纹扩展准则。     

Al2O3短纤维增强铝基复合材料的耐磨性能及机理分析

利用挤压铸造制备了Ａｌ２Ｏ３短纤维增强铝合金复合材料，研究了磨损时这种材料对剥层破坏的抗力。结果表明，在复合材料中，纤维与基体结合良好，并对铝合金具有增强作用；复合材料的界面可阻滞裂纹扩展，复合材料具有优异的耐磨性；基体中的合金元素有利于形成良好界面，改善复合材料的耐磨性。     

煤层底板导升突水机理研究

为了进一步认识底板突水破坏机理,将底板隔水层简化为弹性梁,在考虑承压水作用的情况下,运用材料力学理论计算得出采场隔水层底界面由压缩区向卸压膨胀区过渡的岩体最易发生损伤破坏。在此基础上,运用损伤力学理论分析给出了临界损伤变量Dc。运用断裂力学理论建立断裂力学模型,并给出采场隔水层承压水导升裂纹端部应力集中系数的计算公式。最后,从损伤断裂能量角度对裂纹扩展进行了分析,通过简化参数,建立了形成初始宏观裂纹损伤断裂能量释放率计算公式,并分析了初始裂纹损伤断裂能量释放率与其各影响参数的关系,可为底板突水预测预报研究提供理论依据。     

TiC颗粒增强钨基复合材料热冲击损伤数值模拟

对TiC颗粒增强钨基复合材料在氧乙炔焰热冲击下的损伤行为从宏观和微观两层次进行有限元数值模拟。试样加热表面和背壁的温度随时间变化的实际测试结果与数值模拟结果一致。复合材料宏观损伤行为的实验结果是裂纹在试样周边萌生，沿径向向中心扩展，与数值模拟预报结果吻合。复合材料微结构损伤行为的数值预测是裂纹在TiC颗粒／基体界面附近产生，而后在基体中扩展，与实验观察结果相符。     

动静载荷下巷道围岩裂纹扩展规律的试验研究

为了研究动静载荷耦合作用下巷道围岩裂纹的扩展规律,将PMMA材料加工成含有单裂纹的试件,利用爆炸加载动态焦散线测试系统进行了巷道围岩裂纹扩展规律的试验.研究表明,预制裂纹的扩展位移、试件损伤度以及试验围压之间存在密切联系:扩展位移与试件损伤度呈负相关的关系;损伤度随围压的增大呈现先增大后减小的变化规律;不同围压条件下,预制裂纹在等量爆炸载荷作用下均出现扩展和止裂交替变化的现象,但预制裂纹扩展位移随着围压的增大呈先减小后增大的变化规律,在0MPa围压下扩展位移有最大值30.84mm,在0.4MPa时扩展位移有最小值10.98mm.裂纹端部扩展速度与能量释放率关系较为密切:能量释放率增大时,扩展速度会相应增大;预制裂纹扩展速度减小后,受应力波影响,裂纹端部积累能量,能量释放率又会相应增大.     

大尺寸煤岩组合体水力裂缝越界形成缝网机理及试验研究

为了实现煤层气资源高效开采,针对我国煤层气储层"高储、低渗、成缝困难"的赋存特征,通过对裂纹尖端能量释放率、裂纹尖端应力场屈服区域数值分析以及煤岩组合体越界压裂试验,对煤岩组合体水压致裂过程中缝网形成机理及裂纹扩展特征进行研究。结果表明:同等应力条件下,煤体裂纹尖端塑性屈服区域明显大于砂质泥岩;裂纹在砂质泥岩中起裂瞬间释放的应变能可在煤体中产生约10.69~25.53倍当量裂纹面积或长度,有利于裂缝的延伸及多裂缝结构形成;通过数值分析可知,在达到近似临界煤岩拉破坏值时,砂质泥岩裂缝尖端在XX方位的最大集中应力值(7.05×10~5)约为煤体(1.98×10~5)的3.56倍;裂纹从坚硬砂质泥岩到软煤扩展试验过程中,形成了明显的复杂缝网结构;水力裂缝从覆岩到煤扩展过程中,在煤岩界面影响下出现贯穿、转向或偏转等现象,裂纹的转向或偏转导致裂纹形态复杂,有利于缝网结构的形成。     

轧制加工对7075/SiCp复合材料组织性能的影响

对喷射共沉积7075／SiCp复合材料坯经过挤压和轧制后的板材微观组织和力学性能进行了测试和分析。经过挤压和轧制后，SiC颗粒的分布沿金属塑性流动方向有明显的取向变化，在轧制过程中SiC颗粒的破碎明显。复合材料轧制板材峰时效的强度和延伸率与挤压板材峰时效状态相比有一定程度的提高。分析表明，7075／SiCp复合材料挤压板材拉伸断裂主要是由SiC颗粒的拔出和断裂引起的，而复合材料轧制板材的断裂主要是由SiC颗粒的拔出和基体断裂所引起。     

高应变率下无铅锡基焊料的力学性能研究

为探究无铅锡基合金在动态荷载作用下的力学性能,基于分离式霍普金森拉杆装置开展不同应变率下Sn-58Bi和Sn-9In合金动态拉伸试验,获得峰值强度、延伸率等主要力学参数,并从能量角度分析应变率对断裂速率及合金损伤程度的影响,再辅以拉伸断口微观形貌作为依据,详细阐述了应变率对合金脆性的影响规律。结果表明：Sn-58Bi和Sn-9In峰值强度和延伸率都表现出明显的应变率相关性,其中,峰值强度随应变率增大呈上升趋势,但在不同大小的应变率区间内其增长幅度有所差异,而延伸率则是随应变率增大而减小;此外,耗散应变能占总能量比值的增大加快了裂纹生成速度,宏观上表现为合金断裂速率随应变率增大而增加;经观察发现,不同应变率条件下合金断裂行为存在不同模式与机制,在较低应变率下,合金主要以韧性断裂为主,而随着应变率的增大,断裂模式逐渐向剪切断裂和准解理断裂转变。     

预制钻孔煤样冲击倾向性及能量耗散规律

基于煤的冲击倾向性测定方法进行预制钻孔煤样单轴加载试验,研究钻孔煤样的冲击倾向性变化规律,引入破碎颗粒分形维数与新增表面积,分析钻孔煤样破碎过程中的能量耗散规律。结果表明:(1)钻孔使试样以剪切劈裂破坏形式转变为在孔洞两侧孕育、融合裂隙并在岩桥之间产生贯穿裂纹的破坏形式,同时伴随塌孔现象。随钻孔排数增多,钻孔试样呈现出应力峰前塑性损伤逐渐增大,峰值强度降低、积聚弹性能减少,峰后破坏耗时延长、耗能提升的趋势,且单轴抗压强度、冲击能量指数、弹性能量指数均逐渐降低,动态破坏时间显著升高,冲击倾向性逐渐减弱。(2)试样破碎颗粒分形维数与新增表面积具有良好的负相关性:试样破碎程度越低,分形维数越高,新增表面积越小。(3)试样应力峰前能量的输入、耗散与新增表面积无明显关系。峰后能量释放及耗散规律与破碎颗粒新增表面积变化规律一致,新增表面积越大则峰后耗能越多。受加载速率及钻孔布置影响峰后能量差值与新增表面积变化呈"U"形变化趋势。钻孔减缓了试样峰后能量释放与能量耗散速率,且二者降低幅值较为相近,单孔试样降低约17.0%,双孔试样降低约68.3%,三孔试样降低约70.8%。钻孔卸压可以降低峰前积聚的应变能,降低峰后单位时间内释放的能量,使得不易发生动力破坏。     

岩石破坏声发射与裂纹尺度增长试验研究

选取内蒙古哈不沁铁矿花岗岩为试验对象,进行了岩石单轴压缩声发射试验,研究采用声发射参量预测岩石破坏裂纹尺度增长的可行性。花岗岩的全应力-应变曲线和声发射各参量曲线分析结果表明,应变的逐渐增加加快了岩石内部聚集的弹性变形能的释放,随着弹性变形能的释放,声发射的幅度、振铃计数、能量等越来越频繁地跳跃,当进入岩石破坏阶段时,声发射参量呈现突发性增长。对比分析了在声发射参量下预测裂纹尺度与实测裂纹尺度的相关性,结果表明,径向破坏裂纹尺度是轴向位移的2倍,且预测值与实测值非常吻合,预测的裂纹尺度能够反映岩石的损伤破裂过程,也能够描述岩石应变的发展过程。     

加载速率对Csf／LAS复合材料断裂特性的影响

对短切碳纤维增强Li2O-Al2O3-SiO2玻璃陶瓷基复合材料（Csf/LAS）断裂特性进行了研究，结果：随加载速率增加，材料的断裂功γwof降低，而材料的抗弯强度先增加后降低，当加载速率为500MPa/s时，材料的抗弯强度最大，用扫描电镜观察，当加载速率较低时，有明显的纤维拔出，当加载速率高时，无明显的纤维拔出，纤维呈弯曲状。     

采动煤岩不同破裂模式下的能量辐射与应力降特征

理论比较分析煤岩在剪切、拉伸等破裂模式下的应力降、应变能释放及震动能量辐射特征,揭示采动煤岩不同破裂模式下的冲击危险差异.研究表明,煤岩破裂失稳释放的应变能随其破裂尺度的增大而增大,且在相同破裂尺度下,煤岩剪切破裂释放的能量和产生的应力降远大于在拉伸破裂下的能量释放和应力降大小.在能量释放相同时,震源破裂尺度随其单轴抗...     

铸态Ti-20Zr-20Al钛合金动态压缩力学性能与断裂机制研究

采用X射线衍射仪、金相显微镜、分离式霍普金森杆和扫描电镜等手段研究了Ti-20Zr-20Al钛合金在动态压缩条件下的微观结构、力学性能和断裂机制。结果表明,Ti-20Zr-20Al铸态合金由Zr基体相和TiAl/Ti₃Al针状相组成; 随着应变率增加,合金的抗压强度增加,失效应变显著增加; Ti-20Zr-20Al合金的断裂机制为解理断裂; 随着应变率增加,试验压缩断裂后碎片总数增大,平均粒径减小。采用DID模型模拟的材料碎片尺度与实验结果比较吻合,Grady模型与实验结果的偏差较大。     

高应变率单轴压缩下岩体裂隙扩展的细观位移模式

为了研究动态荷载作用下岩体裂隙扩展机制,通过细观颗粒平行黏结模型(PBM)的模拟,分析了高应变率单轴压缩条件下单裂隙岩样的损伤演化及细观位移场。高应变率大小对岩样最终破裂形态影响不大,但随应变率的增大,细观裂纹越多且局部化程度越强。随着裂隙倾角的增大,裂纹分叉交织越密,并在裂隙倾角≤45°和≥60°范围内分别具有相似的破裂形态。裂隙尖端翼裂纹是倾斜裂隙面相对滑移致使尖端撕裂的结果,高应变率下翼裂纹在峰后不再扩展。应变率越小,裂隙倾角越小,翼裂纹扩展的长度越长。定义了3类细观颗粒间的位移模式及其所形成的3类裂纹性质。将裂纹扩展概括为6种基本模式:翼裂纹+张拉、顺翼裂纹、反翼复合裂纹+张拉、顺翼复合裂纹+张拉、共面复合裂纹和倾斜复合裂纹,其中复合裂纹为拉剪裂纹或压剪裂纹。     

加载速率效应对花岗岩破裂的力学性能及能量转化机制的影响

基于单轴压缩下的花岗岩破坏试验,结合岩石破坏过程中的能量转化机制,对不同加载速率下花岗岩损伤变形的力学参数、能量转化机制进行了探讨。研究表明,随加载速率的提高,花岗岩的峰值应力、起裂应力逐渐增大,峰值应变、起裂应变逐渐降低,但起裂应变与峰值应变之比却呈现先减小后增大的趋势;随着加载速率的提高,花岗岩试件的峰前总吸收能U^0、可释放应变能U^1、耗散应变能U^2均逐渐增大;当加载速率较低时,花岗岩试件沿最大主应力方向实现劈裂、张拉破坏,此时宏观破坏裂纹较少;而当加载速率较高时,岩石试件由多条裂纹贯通破坏,其破坏形式属于劈裂裂纹与剪切裂纹共同主导的混合破坏模式。