低温下用J_R曲线确定金属材料延性断裂韧度J_(IC)的研究

以石油天然气设备及机器中常用的几种中、低强度钢为代表,通过弹塑性断裂力学J积分试验,研究了在低温环境下如何用J积分阻力曲线(J_R曲线)和裂纹尖端钝化线确定金属材料低温延性断裂韧度J_(IC)值,结果表明,该方法能得到J_(IC)随温度降低而降低的规律,适合于工程应用。     

《低温延性断裂韧度J_(IC)测试技术》J=J_(IC)的工程应用

简要说明了断裂力学在工程中,特别是在石油工业中应用的重要性。主要通过3个实际工程例子,详细体现了《低温延性断裂韧度J_(IC)测试技术》 J=J_(IC)的应用。     

低温延性断裂韧度J_(IC)测试技术

根据低温环境下对石油天然气设备及机器中常用的几种金属材料的实验研究结果编制的一项规范,用于油田低温断裂工程进行安全分析.用裂纹小试样,按本《测试技术》测定金属材料低温延性断裂韧度J_(IC)值,以及换算成低温K_(IC)值,此外,矿山、铁路、桥梁等露天作业的机械设备,在冬季作业时,对可能发生的低温断裂进行分析,也可参考使用。     

《低温延性断裂韧度J_(IC)测试技术》编制说明

详细说明了编制《低温延性断裂韧度J_(IC)测试技木》的背景,以及实验的和理论的根据。     

“低温下金属材料延性断裂韧度测试技术”获局一等奖

<正> “低温下金属材料延性断裂韧度测试技术”,是由我院机械系研究室断裂力学组完成的,巳于1989年12月通过大庆科委技术鉴定,并获大庆市优秀科技成果一等奖。此项技术适用于中、低强度钢在低温环境下确定延性断裂韧度J_(IC)值,成果中提出了低温下确定金属材料裂纹稳态扩展的I积分阻力(J—R)曲线和低温下确定裂纹尖端钝变形规     

关于阻力曲线法测定J_(1c)在低温下如何标定钝化线方程的探讨

本文就J积分测试标准GB2038—80所推荐的钝化线公式进行了讨论,在对共所表达的意义予以理论征明的同时,并着重指出了在低温条件下它的不适用性(根据试验证明)。 研究在低温条件下如何标定钝化线过程中,我们认识到:应在不同低温下具体标定转动因子γ来计算COD,由此确定具体材料试验温度下的J—δ关系,并根据不同材料在钝化阶段的δ—△α关系,以确定饨化阶段的J—△α关系,即得相应低温下的钝化线方程。 由此得到的钝化线方程,具有J—α_0+β△α的形式,它和J_R阻力曲线交点所确定的J值,与利用多试件法结合声发射监测技术确定的裂纹尖端全面启裂时的J_(1c)值颇为接近。     

内聚力模型在裂纹萌生及扩展中的应用

断裂及开裂是工程中严重的结构失效形式.结合传统断裂力学中应力强度因子K以及J积分,综述了内聚力模型基本思想及发展,分析了典型的内聚力模型及模型应用的局限性,总结了不同内聚力模型在有限元中的实现形式,概述了国内外学者关于内聚力模型解决不同材料裂纹萌生与扩展的研究状况,得出了内聚力模型可以用以研究裂纹尖端塑性变形、静力和疲劳载荷条件下的蠕变开裂,以及金属、岩土材料及混凝土、复合材料及纳米晶材料裂纹萌生与裂纹扩展的结论.     

非线性裂纹扩展分析(一)

应用可动边界的变分问题,研究了非线性弹性理论的裂纹扩展。根据能量泛函的驻值条件,建立了任意元素的围道积分定理,由围道积分定理可求得裂纹边界的能量;并通过能量泛函数二阶变分,得到了亚临界裂纹扩展条件及临界裂纹扩展条件。     

PMMA断裂韧度尺寸相关性的实验研究

为了研究断裂韧度的尺寸相关性,采用中心裂纹圆盘试件,在岛津材料试验机上对有机玻璃(PMMA)纯Ⅰ型、纯Ⅱ型准静态加载条件下的断裂行为进行了实验研究。结果表明,PMMA的断裂韧度与试件的裂纹相对长度α相关,且在试验尺寸范围内I型断裂韧度KIc和Ⅱ型断裂韧度KⅡc均随α增加而降低;KIc受α的影响相对较大,而KⅡc受α的影响相对较小。PMMA的Ⅱ型断裂韧度KⅡc小于I型断裂韧度KIc。     

非线性裂纹扩展分析(二)

应用可动边界变分问题的理论研究了弹塑性理论的裂纹扩展问题。根据裂纹扩展时能量泛函的驻值条件,建立了任意元素的围道积分定理。由围道积分定理可求得裂纹扩展时的能量释放量,同时,基于能量泛函数二阶变分,得到了裂纹扩展时的稳定条件和临界条件。     

聚碳酸酯的复合断裂力学行为的实验研究

为了研究聚碳酸酯材料的复合断裂力学行为,利用半圆形PCBA试件开展了多组复合断裂三点弯曲试验,获得了不同复合程度的破坏荷载、裂纹初始扩展方向以及从纯Ⅰ型到纯Ⅱ型的全范围复合断裂韧度。实验发现:被广泛用于复合断裂预测的最大周向应力理论(MTS)无法正确预测PCBA的复合断裂;从纯Ⅰ型到纯Ⅱ型其破坏荷载基本相等,即破坏荷载与裂纹的复合程度关系不大。     

纯剪应力作用下岩石的Ⅱ型断裂韧度

本文根据含Ⅱ型裂纹介质在纯剪应力场作用下,裂纹尖端的不同周向上,存在着某个方向拉应力最大,某个方向的剪应力最大,讨论了裂纹初始扩展(断裂)可能呈拉裂或剪坏两种特征,由此定义了两类相应的断裂韧度;并导出了两者的关系式。文中还介绍了笔者室内测定岩石断裂韧度的试验成果及利用剪切面含50％裂隙现场大剪试验资料分析岩石断裂韧度的方法。并讨论了实际含裂隙岩体断裂分析如何选取这两类断裂韧度值。     

用P-△、Vg-△曲线测定三点弯曲试件的转动因子

本文介绍一种测定三点弯曲试件转动因子的简便方法,并对共原理、计算公式及结果进行了详细讨论。 我们在用J_R阻力曲线法评定低合金结构钢15MnVN和16Mn延性断裂韧度J_(1c)时,用同一台x—y记录仪同时记录了裂纹嘴刀口张开位移——施力点位移(Vg—△)曲线,由P—△、Vg—△曲线可计算三点弯曲试件加载过程中每一停机载荷下的转动因子,共结果与理论值相符,并与用其它手段测得的结果一致。     

用表面裂纹法测中强钢板材断裂韧性K_(IE)和K_(IC)的探索

用表面裂纹法在室温下研究了三种厚度(10、8和5mm)、三种宽度(110、80和56mm)的30CrMnSiA板材的断裂韧性。用最大载荷P_(max)计算断裂韧性、不易得到板材的K_(IE)值。如选用相对有效裂纹扩展△α/α_0=10%和5%确定的“条件载荷”P_(10)和P_5计算,在P_(max)/P_(10)≤1.2和P_(max)/P_5≤1.3条件下,可以得到K_(IE)和K_(IC)值。作K_R-△α曲线,即是以K描述的阻力曲线。规定裂纹真正扩展△α=2%α_0和7%α_0,相应的阻力各为K_(IC)和K_(IE)。它们与用“条件载荷”计算的K_(IC)和K_(IE)符合得很好。K_(IC)还和J积分换算的K_(IC)值吻合,K_(IE)还和用P_(max)计算的有效K_(IE)值吻合。K_(IC)和K_(IE)存在着近似的关系,为: K_(IC)=(0.85～0.90)K_(IE) 对试件尺寸要求: 板厚,B≥1.0(K_(IE)/σ_(0.2))~2[或1.25(K_(IC)/σ_(0.2))~2] 板宽,8≤W/B≤10,4≤W/2c≤5 有效长度,l≥2W     

正火对16Mn热轧钢板断裂韧度J_(ⅠC)的影响

通过对16Mn热轧钢板正火前后的常规力学性能测试数据的分析及对金相组织的观察,特别是对延性断裂韧度JⅠC测试数据的比较,认为采用断裂韧度JⅠC检验热轧钢板热处理后的力学性能是一种必要而有效的方法.采用这种方法检测,可以更准确地考察钢材抵抗疲劳断裂的性能,因而优于常规方法的力学性能检测.     

砌石体的断裂特性及非线性断裂韧度

本文在作者用紧凑拉伸试件对砌石体断裂韧度测试的基础上,阐述了砌石体在断裂面、裂纹扩展方向等方面所表现的断裂特性。并用弹塑性断裂理论的J积分,计算和分析了非线性时砌石体的断裂韧度。本文还就砌石体的P—⊿曲线进行了讨论,并得出相应的结论。     

表面裂纹弹塑性断裂参数的估算和测试

本文提出了一种计算模型,用以估算带半椭圆表面裂纹幂硬化板材的弹塑性断裂参数。用该模型估算的表面裂纹最深点的应力强度因子K值与New-man-Raju 公式计算的K值吻合良好、弹塑性J积分值与Nikishkov-Atluri的三维有限元结果基本相符。用表面裂纹LD10CZ板材测定的表面裂纹嘴张开位移δ_m和J积分值与计算模型估算的δ_m和J值的误差不超过10%。在σ/σ_0> 0.5时,J与a_m有线性关系。     

光滑圆柱试样扭转断裂曲线的实验研究

本文对光滑圆柱试样受扭断裂的断裂曲线和裂纹扩展规律进行了研究。确定了断裂临界点,并对该点的裂纹前沿应力强度因子进行计算。结果表明应用光滑圆柱试样测定Ⅲ型断裂韧性是可行的,而且试样具有尺寸小、制造方便等优点。在此基础上,本文导出Ⅲ型裂纹形状因子公式,与以无穷多项式表示的Benthem公式相比,本公式极为简洁,且误差很小,具有一定的工程实用价值。     

基于裂纹扩展的两级加载下的疲劳-蠕变寿命预测

取加载一个周期内拉应力作用下的应变能密度增量为材料的损伤变量,由迟滞回线所围面积导出了该损伤变量的计算式;依据材料被损伤会使裂纹扩展,裂纹的扩展会导致试件发生断裂的事实,以J积分为裂纹扩展的控制参量,将裂纹扩展看作纯疲劳损伤与蠕变损伤二者共同的贡献,考虑疲劳-蠕变的交互作用,导出了在两级应力加载下的疲劳-蠕变寿命的表达式;该表达式与加载的波形、材料的疲劳-蠕变速率相关.应用该表达式对316L钢在550℃两级应力梯形波加载下的疲劳-蠕变寿命进行了预测,预测值在1.5倍误差因子以内,预测精度较高.     

复合型裂纹疲劳扩展的新准则

把最近提出的及计材料拉压屈服强度不同对材料断裂影响的复合型裂纹断裂准则扩充到疲劳裂纹扩展的情况，建立了一个新的复合型裂纹疲劳扩展准则，进而将位移不连续法(一种边界元方法)和本文提出的复合型裂纹疲劳扩展准则结合在一起，用于数值模拟复合型裂纹疲劳扩展过程．对中心斜裂纹板的疲劳扩展的数值模拟结果揭示了材料拉压屈服强度不同对复合型裂纹疲劳扩展的影响。