4Cr_2NiMoV模具钢热疲劳性能的研究

本文首次实验研究了新型热锻模具钢4Cr_2NiMoV 的热疲劳裂纹起始寿命及其规律.根据修正后的 Manson-Coffin 公式以及热应力引起的应变范围,导出一个新的描述热疲劳裂纹起始寿命的表达式,并用4Cr_2NiMoV 钢实验结果验证上述表达式是可行的.此外,本文还简要讨论了热疲劳裂纹扩展及断口形貌的特性.     

AZ31B镁合金螺纹型缺口试样疲劳性能研究

利用高频疲劳试验机对AZ31B镁合金螺纹型缺口试样疲劳性能进行了试验研究,给出了本实验条件下的S-N曲线,得到循环基数为107的疲劳极限是15.3MPa,并与相同材料光滑试样疲劳性能对比.运用扫描电镜对断口形貌进行了观察,分析了断裂机理.经分析认为:AZ31B挤压镁合金螺纹型缺口试样高周疲劳的断裂过程包括裂纹萌生、裂纹扩展、最终断裂3个阶段,疲劳源主要发生在螺纹根部,为多发性裂纹源;裂纹扩展区微观断口具有典型的解理断口形貌,断裂表现为脆性断裂.     

锆-4合金低周疲劳断口三维能量特征研究

为了定量描述锆-4合金低周疲劳断口的疲劳特性,利用小波变换,研究了断口能量在三维空间的变化特征以及试样状态和加载方向对合金疲劳寿命的影响。结果表明在裂纹扩展期,沿裂纹扩展方向上,能量曲线都具有明显的阶段性;断口表面的形貌随裂纹扩展过程变化较大,在裂纹扩展的初始阶段断口形貌最粗糙,而在扩展期后期则比较平坦、光滑;在与裂纹扩展过程垂直的方向上,裂纹的能量远比周边基体能量大,表明锆-4合金疲劳裂纹的形貌明显比周边区域陡峭。进一步研究还发现,相同加载方向,渗氢试样的能量曲线位于无氢试样的上方,说明氢能改善Zr-4     

高速列车用高强铝合金疲劳断口的特征

通过宏观拍照和扫描电镜对A7N01高强铝合金T型焊接接头的疲劳断口进行了研究,揭示了该铝合金疲劳裂纹萌生与扩展的特征.铝合金的疲劳断口可明显划分为疲劳裂纹源区、裂纹稳定扩展区和瞬断区3大区域.疲劳裂纹从T型焊接接头的焊趾处萌生并向接头中心线扩展,疲劳裂纹扩展区可以观察到疲劳破坏的一些典型特征,瞬断区的断口形貌与拉伸断裂相似,形成不平坦的粗糙表面.     

激光冲击强化对2Cr13不锈钢腐蚀疲劳性能的影响

通过残余应力测量、腐蚀疲劳试验和疲劳断口形貌观察,研究了不同激光冲击层数对2Cr13不锈钢腐蚀疲劳性能的影响。试验结果表明,LSP会在2Cr13不锈钢表面产生高幅残余压应力,且表面残余压应力值随LSP冲击层数的增加而增加。与未强化试样相比,LSP试样的腐蚀疲劳寿命提升,且随LSP冲击层数的增加而提高;LSP试样的腐蚀疲劳裂纹扩展速率降低,且随LSP冲击层数的增加而降低。经分析,未强化试样疲劳断口形貌比较平坦,二次裂纹较少;LSP试样由于表面产生了较高的残余压应力,有效抑制了腐蚀疲劳裂纹的扩展,最终断口表现出河流花样形貌。     

低碳钢疲劳裂纹的萌生及扩展的观察

对低碳钢进行了疲劳破坏试验，较细致地观察了疲劳裂纹萌生、扩展过程及其对应的断口形貌。     

高铬镍合金白口铸铁热疲劳断裂过程的动态观察

用ＨＭ－１００型高温金相显微镜,通过模拟热疲劳的实验方法,动态观察了高铬镍合金白口铸铁热疲劳裂纹的萌生及扩展过程。实验表明：组织为奥氏体加Ｍ２３Ｃ６型碳化物的高铬镍合金白口铸铁热疲劳裂纹主要沿晶界萌生扩展,热疲劳断口为混合型断口。增加含碳量则降低高铬镍合金白口铸铁的热疲劳抗力。     

热处理对3Cr2W8V钢热疲劳性能的影响

本文通过热疲劳试验、电子金相、扫描断口分析等方法研究了热处理对3Cr2W8V钢热疲劳性能的影响。结果表明:不同热处理状态的钢在热疲劳过程中均有循环软化效应,热疲劳抗力主要受钢的强度及其热循环稳定性控制;热疲劳断口由萌源区和扩展区组成,断口上兼有疲劳损伤和氧化腐蚀的特征;热疲劳裂纹以沿晶楔入为源,按穿晶一沿晶混合方式扩展。     

35CrMo调质齿轮接触疲劳点蚀的力学成因及点蚀形成过程的分析研究

本文通过对8对35CrMo 调质齿轮接触疲劳试验,应用扫描电镜研究了接触疲劳断口形貌,分析了点蚀的力学成因及形成过程,揭示了疲劳裂纹的形成机理,从而证明点蚀的形成及形貌主要是由表面应力状态决定的。     

热处理对3Cr2W8V钢热应力疲劳性能的影响

本文通过热疲劳试验,复膜电子金相、扫描断口分析等方法研究了热处理对3Cr2W8V钢热疲劳性能的影响。结果表明:不同热处理状态的钢在热疲劳过程中均有循环软化效应;热疲劳抗力主要受钢的强度及热循环稳定性所控制;热疲劳断口兼有疲劳损伤和氧化腐蚀特征;热疲劳裂纹以沿晶楔入为源,按穿晶——沿晶混合方式扩展。     

清水压裂多场耦合下裂缝扩展规律数值模拟分析

利用室内实验测试研究层段页岩储层的物性参数、岩石力学参数和天然裂缝分布特征参数,建立了清水压裂过程中缺陷性岩体应力场—损伤场—渗流场耦合本构模型和破坏准则。通过Comsol软件进行有限元数值模拟,分析地层分别在拉伸和压剪应力下裂缝的扩展规律,天然裂缝系统开启时,页岩储层水力压裂可以形成人工裂缝网络。当水力裂缝扩展至天然裂缝时,裂缝的宽度有明显的增加,且水力裂缝方向发生改变,沿天然裂缝两翼的其中一翼扩展,另外的一翼并没有扩展。天然裂缝间存在着明显的互相干扰。多裂缝产生的过程是从多个小裂缝向少数大裂缝发展的过程,最终的裂缝条数取决于裂缝之间的连接性;地应力、天然裂缝、射孔井段、射孔方式、地层倾角、施工排量与液体黏度等,是影响多裂缝形成的主要因素。     

油气输送管道疲劳裂纹起裂特性与影响因素

为了研究油气输送管道中疲劳裂纹的扩展特性,在疲劳载荷的作用下在试件中导入了倾斜疲劳裂纹,以此模拟油气管道中存在的实际裂纹.实验采用疲劳载荷的应力比为0和-1,疲劳裂纹的倾斜角度为45°.通过测量沿着裂纹开口方向和滑移方向的不连续位移量,计算管道中用作裂纹起裂判据的Ⅰ型应力强度因子(KⅠ)mes,和Ⅱ型应力强度因子(KⅡ)mes,以及抑制裂纹开口和滑移方向位移的应力强度因子(KⅠ)s和(KⅡ)s;讨论了疲劳裂纹的应力强度因子(KⅠ)s和(KⅡ)s的影响因素.其结果是:对于应力比0和-1的疲劳裂纹,(KⅠ)s和(KⅡ)s都小于零;而回火后的裂纹的(KⅠ)s和(KⅡ)s都接近于零,即压缩残余应力将对裂纹起裂(初始扩展)起到限制和阻碍的作用.     

典型加筋板结构面内裂纹偏转与扩展行为分析

为研究筋条截面形式和多部位损伤对整体加筋板裂纹偏转行为和断裂特性的影响,采用断裂力学和有限元方法对其进行分析.首先建立整体加筋板疲劳裂纹扩展模型,通过与裂纹扩展速率试验进行比较验证模型可靠性;在此基础上讨论筋条截面形式对裂纹断裂参量和转折行为的影响;最后对多裂纹问题进行研究.结果表明:筋条截面形式对断裂参量的影响并不显著,裂纹偏转行为在远离筋条区域扩展时发生的可能性最大;多裂纹情况下裂纹并不会转折,而是笔直扩展进而连通成一条大裂纹,同时由于相邻裂尖的强烈干涉,造成应力强度因子剧增,加速裂纹扩展,进而严重缩短了扩展寿命,因此需采用有效的修补手段来提高结构的剩余强度和使用寿命.     

脆性材料在压缩载荷作用下的断裂破坏准则

目前多裂隙材料在压缩载荷作用下的力学行为问题已成为当前断裂力学及岩石力学等学科的重要课题.选取位于同一直线上的多裂隙体,考虑裂隙(纹)表面间的摩擦力并应用复变应力函数,推出了裂纹应力强度因子的解析表达式.当只有两个裂纹或一个裂纹存在时,给出了准确的应力强度因子解析解.最后依据共线双裂纹模型和单裂纹模型及传统的裂纹断裂准则,建立了脆性材料在压缩载荷作用下的断裂破毁准则.在一些特殊情况下, 这个准则可以简化,并且其简化后的准则具有应用价值,特别是当材料不含有宏观裂纹时,这个准则就和著名的库伦 - 摩尔准则相一致.     

断裂力学在强度计算中的应用研究

根据断裂力学理论,任何承受疲劳载荷的构件实际上不可避免的存在裂纹或缺陷,从而产生脆性断裂.断裂力学建立了裂纹尺寸、应力或应变水平及材料断裂韧性三者间的定量关系.本文对线弹性断裂力学、弹塑性断裂力学校验元件强度及有裂纹容器寿命的估算方法进行了研究.     

Spatial–temporal evolution of gas migration pathways in coal during shear loading

Custom designed and built meso shear test equipment was used to examine the shear crack propagation in gassy coal under different gas pressures. The spatial–temporal evolution of gas migration pathways in the coal during shear loading was also researched. The results show that gas pressure can hasten crack growth at the shear fracture surface, can reduce the shear strength of gassy coal, and can accelerate the shear failure process. Shear failure in gassy coal exhibits five stages: the pre-crack stage; the stable crack growth stage; the unsteady crack growth stage; the fracture stage; and, finally, the friction crack stage. The shear breaking creates two kinds of crack, shear cracks and tensile cracks. Cracks first appear in the shear plane at both ends and then extend toward the center until a shear fracture surface forms. The direction of shear crack propagation diverges from the predetermined shear plane by an angle of about 5°–10°.     

基于孔隙压力黏结单元的准脆性材料水力劈裂模拟

传统数值方法对水力劈裂的模拟一般采用预设裂缝扩展路径,且将水流作用等效为压力荷载,难以反映裂缝渗流-开裂耦合效应. 采用自编程Python脚本程序批量插入孔隙压力黏结单元,考虑裂缝渗流-开裂耦合作用模拟准脆性材料水力劈裂随机扩展全过程. 在对经典理论模型及试验结果模拟验证的基础上,开展含多裂缝均质模型的水力劈裂全过程分析,并进一步建立混凝土细观尺度水力劈裂模型,分析骨料、界面过渡区和基体渗透性对混凝土劈裂全过程的影响. 结果表明,本研究模型可以有效模拟准脆性材料水力劈裂失效过程,准脆性材料多缝开裂过程伴随微裂缝的分叉扩展而非光滑的裂缝扩展路径,骨料及界面过渡区影响劈裂扩展路径造成裂缝分叉出现,混凝土基体的渗透性对其抵抗水力劈裂不利并影响失效软化过程.     

脆性材料斜裂纹扩展的数值试验与破坏模式分析

目的分析含斜裂纹脆性材料的破坏过程，研究不同裂纹对脆性材料力学性质的影响，确定斜裂纹的破坏模式．方法利用岩石破裂过程数值分析系统rpfa^2D对含一条斜裂纹岩石和三条斜裂纹岩石的破坏过程进行数值试验。应用断裂力学的方法对破坏模式进行理论分析．结果得到了单轴压缩条件下，含一条斜裂纹和三条斜裂纹岩石的整个破坏过程，确定了斜裂纹的破坏模式．结论数值试验的结果表明，单轴压缩条件下三条斜裂纹的扩展，一开始发生在内部裂尖，内部裂尖扩展到临近的预置裂纹之后，外部的裂纹开始扩展；含单裂纹岩石的强度约为三裂纹强度的1．2倍．但三裂纹的残余强度比单裂纹高．数值试验和应力强度因子法得到同样的结论：单轴压缩条件下含一条、三条斜裂纹岩石的初始扩展为压剪破坏，当两裂纹尖端开始扩展之后。形成的翼型裂纹破坏模式为拉剪破坏．笔者提供了一种研究复合型裂纹扩展和断裂破坏模式的新方法．     

压铸模具钢H13热疲劳裂纹扩展规律的试验研究

依据模拟压铸铝合金模具的工作条件，研究了压铸模具钢Ｈ１３的皮劳裂纹的扩展规律，试验结果表明：在本试验条件下，热循环至４３０周时形成第一条热疲劳裂纹。     

渗透水压下岩体多裂纹相互作用的计算

根据断裂力学理论,建立渗透水压下多裂隙岩体的力学模型,运用叠加原理,推导远场应力和裂隙水压力共同作用下的多裂纹尖端应力强度因子的计算公式,并在此基础上探讨了近置多裂纹间的相互影响。计算结果表明,如果裂纹之间间距较小,裂纹的相互作用对裂纹尖端处的应力场影响较大,根据裂纹的相对几何位置和裂纹倾角变化,进行不同叠加后的应力场可产生2种效应,应力强度影响加强区与应力强度影响减弱区,当相邻裂纹尖端处于加强区时,该裂纹的应力强度因子将会变大,反之则变小。考虑裂纹间的相互作用与裂纹间的相对距离有关,随着裂纹间距的增大,计算所得出的应力强度因子值都趋于一个定值,该值为不考虑相邻裂纹的影响,计算单一裂纹所得到的应力强度因子值,即当裂纹间距〉裂纹长度时,可以忽略邻近裂纹的相互作用对裂纹尖端应力场的影响。同时,裂隙渗透压的存在,显著影响裂纹尖端的应力场,各条裂纹尖端KI随着渗透压的增大而增加（使-KI逐渐减小）,这表明渗透压抵消了一部分裂纹表面正应力。