材料断裂韧度测试中的厚度效应

在以往的材料断裂韧度测试中，只考虑了对平面应变状态下试件厚度的限制（Ｂ≥２．５（ＫＩＣ／σＳ）２）；而对于非平面应变状态下材料断裂韧度测试中均没有考虑试件厚度的限制。本文从与厚度效应密切相关的应力三轴约束入手，导出了与应力三轴约束ＴＺ相关的裂纹扩展能量释效率Ｇ的表达式，进而得出了相应的测试材料断裂韧度的修正Ｒ曲线法。最后结合３０ＣｒＭｎＳｉＮｉ２Ａ钢断裂韧度的实测结果校验了理论分析结果。     

弹塑性材料裂纹扩展的动态J阻力曲线实验研究简介

为得到弹塑性材料裂纹扩展的阻力曲线,采用较大外径和较大韧带直径的周边切口短圆柱小试件,在自行研制的间接杆-杆型冲击拉伸试验装置上进行动态断裂和起裂止裂试验.采用数值分析提出的修正方法得到韧带面上的载荷,结合测得的裂纹嘴张开位移(crack mouth opening displacement,CMOD),推广Rice远场J积分公式来计算动态J积分;依据柔度变化率法确定起裂点,获得动态起裂韧度JID.利用柔度标定法得到裂纹扩展轨迹;提出周边切口拉伸试件裂纹扩展阻力的动态JM(t)积分表征的修正形式,从而得到弹塑性材料裂纹扩展至止裂前的阻力曲线,并对相关问题进行讨论.试验结果表明,修正后的JM(t)可以作为裂纹扩展阻力的表征参量,不仅适用稳态扩展过程,对裂纹扩展较大时也是适用的;对弹塑性材料裂纹扩展阻力曲线是唯一的,与裂纹初始长度无关.     

一种利用双悬臂梁试样确定断裂韧度K_(IC)的测试方法

对Kanninen给出的双悬臂梁试样(DCB)的应力强度因子K和加载点位移△的半解析解做了分析简化,提出一种利用DCB试样确定断裂韧度K_(IC)的测试方法,并采用40Cr和38NiCrMo4两种钢材5种状态的实测结果进行了验证。结果表明,该方法简便易行、结果可靠,特别适用于研究板材或管材的纵裂纹问题。其特点是可以由单一试样测得材料平面应变断裂韧度K_(IC)及其可信度,或非平面应变状态下特定厚度板材的K_R阻力曲线。另外该方法也避免了采用条件临界载荷。     

COEC微小试样用于延性断裂行为评定的规则化法研究

在材料断裂行为评定中,试样小型化不仅具有取样方便和节约成本的优点,而且对满足特殊取样要求的断裂韧度测试有重要工程意义。采用含外侧边裂纹C形压缩（C-shaped outside edge-notched compression, COEC）小试样,基于量纲一载荷分离理论发展了其用于获取延性材料的断裂韧度的规则化测试方法。采用A508-III压力容器钢完成了不同规格COEC、紧凑拉伸（Compact tension, CT）和单边裂纹弯曲（Single edged-notched bending, SEB）试样的J阻力曲线试验。结果表明,相比试样厚度,初始裂纹长度对COEC试样的J阻力曲线测试结果影响更大。同时,由于COEC试样具有更高的裂尖约束水平,其J阻力曲线明显低于标准CT、SEB试样的结果。     

3D-C/SiC复合材料断裂韧性的研究

针对 C/ Si C复合材料的结构特征和断裂行为与单一陶瓷材料线弹性断裂不同的特点 ,采用三点弯曲加载试验对 3 D- C/ Si C复合材料室温的加载—卸载行为进行了实验研究。通过对滞回曲线的分析 ,运用能量表征方法定量研究了裂纹扩展过程中弹性变形能、塑性变形能及裂纹扩展形成新表面所需的能量 ,获得了裂纹扩展阻力曲线。结果表明 :3 D- C/ Si C复合材料在加载卸载过程中载荷—加载点位移呈现典型的滞回曲线 ,能量法分析表明 ,裂纹扩展阻力曲线呈现先增加后减小的变化规律     

考虑裂尖约束效应的小尺寸CIET试样延性断裂行为

应用单试样规则化法完成了压力容器用钢SA-508紧凑拉伸(Compact tension,CT)、三点弯曲(Single edge-notched bending,SEB)和小尺寸含内侧边裂纹C形拉伸(C-shaped inside edge-notched tension,CIET)三类试样的延性裂纹扩展行为试验,获得了J-Δa阻力曲线。结果表明,SA-508钢的J-Δa阻力曲线受试样构形和裂纹尺寸的影响较大,其根本原因在于试样裂纹尖端约束不同而引起延性断裂行为差异。引入J-Q-M三参数约束理论考察断裂试样的裂尖约束效应,采用权重平均法求解与距离无关的约束参数Q。弹塑性有限元分析结果表明,平面应变条件下的Q参数与载荷水平无关,但三维条件下的Q参数却仍受载荷水平的影响。基于J-Q-M三参数约束方法,建立三类试样满足J-Q-M控制的有效尺寸条件。进一步地,结合条件启裂韧度J0.2BL、J0.5BL试验结果和J-Q-M理论,获得了基于Q参数的约束修正J-Δa阻力曲线簇,可用于任意约束试样以及实际含裂纹结构的延性断裂行为预测。     

纤维桥联对陶瓷基复合材料断裂韧度的影响

基于最弱链接统计分析,建立复合材料纤维桥联力学模型,研究纤维桥联对陶瓷基复合材料断裂韧度的影响.模型同时考虑完整纤维桥联和断裂纤维拔出桥联机制.利用纤维桥联力学模型计算纤维桥联应力/位移关系和纤维增韧陶瓷基复合材料裂纹扩展阻力曲线.计算结果显示, 完整纤维桥联最大应力大于断裂纤维拔出桥联最大应力,但是完整纤维桥联作用距离远小于断裂纤维拔出桥联作用距离.裂纹扩展阻力主要由断裂纤维拔出桥联提供.纤维基体摩擦力τ越小,裂纹扩展阻力曲线平台值越高.纤维半径r的变化引起的裂纹扩展阻力平台值的变化不大.     

Hopkinson压杆入射杆形状对动态断裂参量影响的数值方法研究

利用Hopkinson压杆测量三点弯曲试样材料的动态应力强度因子,应力波载荷的惯性效应和弥散效应对试验结果不可忽略的影响已被许多学者的实验结果证实。将不同Hopkinson压杆入射杆形状产生的载荷—时间历程曲线作为动态有限元模型的载荷信息,采用Ansys/LS-DYNA有限元软件,基于虚拟裂纹闭合技术(virtual crack closure technique,VCCT)计算得到三点弯曲试样的动态应力强度因子变化曲线,曲线上起裂时间对应的值即为材料的动态断裂韧度。进一步考虑入射杆形状及惯性效应对冲击载荷曲线的影响,研究动态应力强度因子的变化规律,为Hopkinson压杆测试动态断裂韧度提供合理、可行的方法。     

基于SENT试样获取材料断裂韧度的载荷分离法研究

单边裂纹拉伸(Single edged notched tension,SENT)试样因其低约束特性逐渐被用于管道材料的断裂韧度评定。根据有限元法,提出SENT试样的应力强度因子表达式,J积分计算中的增量塑性功算式以及塑性因子算式,并与文献中公式进行对比证实公式的精确性和有效性。依据ASTM用于CT试样获取断裂韧度载荷分离理论规则化方法提出适用于SENT试样的量纲一载荷分离法,并通过有限元计算证实SENT试样载荷分离的成立性。由量纲一载荷分离理论中的规则化方法完成了汽轮机低压转子材料30Cr2Ni4MoV、电站用P92管道钢以及5083-H112铝合金SENT试样断裂韧度值以及J阻力曲线测定,获得了各材料合理的J阻力曲线及条件断裂韧度JQ值。     

含裂纹板断裂韧度厚度效应的理论与应用

从理论角度对断裂韧度厚度效应进行了研究。在线弹性断裂力学与含裂纹板的二维位移场的基础上,给出分离变量型的具有待定函数的三维位移场的表达式,进而通过几何方程与物理方程获取三维应变场和三维应力场。进一步,通过虚位移原理,使用变分方法建立待定函数所应满足的支配方程与边界条件,从而确定待定函数。基于上述分析,建立一个断裂韧度与试样厚度关系的理论表达式。最后通过两种试验材料LY12CZ(L-T)与TC4(L-T)进行了验证。     

残余应力对焊接接头CTOD设计曲线的影响

基于BISPD6493：1991初级评定，采用热弹塑性有限元分析方法，研究了残余应力和强度组配对横向裂纹平板对接接头CTOD设计曲线的影响规律。结果表明，强度组配和残余力对CTOD设计曲线具有明显的影响；残余应力对接头中的短裂纹影响较大，PD6493：1991初级评定不适用于接头中含有位于拉伸残余应力区内的短裂纹情形，随着裂纹尺寸的增大，残余应力的影响逐渐减弱；在应用PD6493：1991初级评定曲线对接头中的大裂纹情形进行评价时，将得出偏于保守的结果。     

涡轮钻具用碟形弹簧的实验和有限元分析

碟簧本身的几何结构是非线性的,传统的碟簧设计理论认为,当碟簧高厚比(h0/t)小于0.5时,其载荷-位移呈现线性关系。本文对涡轮钻具平衡组件中的高厚比小于0.5的碟形弹簧进行了实验和有限元分析;逐渐增大载荷值,得到了线性分析和非线性分析的载荷-位移特性曲线;线性分析的载荷-位移特性曲线与实验数据的回归曲线基本一致,而非线性分析得到的载荷-位移特性曲线与实验数据有一定差距。     

Curve veering in the eigenvalue problem of rotor-bearing systems

When the eigenvalues approach each other as system parameters vary, they often cross (curve cross) or abruptly veering (curve verring). An important characteristic of the curve veering in the eigenvalue problem is that the mode shapes associated with eigenvalues before veering are abruptly change during veering in a rapid but continuous way. In this paper, the existence of the curve veering in the eigenvalue problem of general rotor-bearing systems including the effects of rotary inertia and gyroscopic moments is verified by modal analysis and perturbation technique. The criteria of the curve veering are derived as bearing stiffness and rotational speed vary. The abrupt but continuous changes of mode shapes during veering are also illustrated.     

一种新型纳米硬度检测装置的研究

纳米压痕装置是一种具有纳米级压痕深度检测能力，能够完成载荷一位移测量的一种装置，根据所得到的载荷一位移曲线可以用来获得材料的纳米硬度值。文中讨论了一种新型便携的纳米硬度检测装置的研制，并通过对单晶铝进行压痕试验，验证此硬度检测装置的实用性与可靠性。     

基于CNC技术的辊形曲线

针对轧辊曲线如何生成的问题,介绍了正弦函数在数控轧辊磨床中的应用,主要阐述了半角参数在正弦函数中所起的作用,以及如何用正弦曲线拟合抛物线,为正确选择曲线参数提供了依据.结果表明,以选择合适的半角参数来适应广泛的轧辊磨削工艺要求,不失为一种灵活可靠的方法.     

二次旋转曲面相贯线的空间解析分析

针对常见的相贯线问题,从数学角度出发,推导了数学方程。并结合实例,细致的分析了常见的回转体相贯线,为计算机绘图提供了理论依据。     

The Pre-Processing of Data Points for Curve Fitting in Reverse Engineering

Reverse engineering has become an important tool for CAD model construction from the data points, measured by a coordinate measuring machine (CMM), of an existing part. A major problem in reverse engineering is that the measured points having an irregular format and unequal distribution are difficult to fit into a B-spline curve or surface. The paper presents a method for pre-processing data points for curve fitting in reverse engineering. The proposed method has been developed to process the measured data points before fitting into a B-spline form. The format of the new data points regenerated by the proposed method is suitable for the requirements for fitting into a smooth B-spline curve with a good shape. The entire procedure of this method involves filtering, curvature analysis, segmentation, regressing, and regenerating steps. The method is implemented and used for a practical application in reverse engineering. The result of the reconstruction proves the viability of the proposed method for integration with current commercial CAD systems.     

进化规划及在曲线光顺问题中的应用

曲线光顺是CAD CAM中重要的研究内容 ,利用进化规划算法对曲线光顺问题进行了研究 ,提出了一种利用进化规划直接对离散型值点进行光顺处理的方法。实际计算表明 ,提出的方法计算方便 ,收敛快 ,效率高     

一种基于标定点拟合的铁路桥梁线性裂缝长度测量方法

针对走向不规则的铁路桥梁线性裂缝骨架,采用单一光滑处理的拟合算法很难精确表达裂缝轮廓特征。提出一种多项式曲线拟合方法,以裂缝轮廓标定点为边界点进行分段,然后再进行叠加来产生一条连续的轮廓曲线,进而实现裂缝长度的测量。通过对比不同形状的线性裂缝测量实验表明:所提算法不仅能有效消除裂缝骨架提取过程中产生的锯齿问题,而且该拟合曲线能够真实表达被测表面的轮廓特征,拟合相对偏差不超过0.15,测量精度达到98.05%,为铁路桥梁裂缝长度测量提供了一种新的测量方法。     

宏编程在非圆曲线加工中的应用研究

数控机床通常不具备非圆曲线插补功能,但在生产实践中,往往遇到许多非圆曲线的零件需要加工,若采用手工编程,计算量较大且计算繁琐;若采用自动编程,从几何造型到后置处理需要较长时间,效率低下且经常受到各方面条件的制约。为了解决这个问题,本文在分析了非圆曲线拟合原理的基础上,以实例分析方法研究了宏程序在非圆曲线加工中的应用,实践证明,宏编程简单易用、方便、灵活,加工精度和表面质量较高,能够完成非圆曲线的高效高品质加工。