固体断裂非平衡统计理论

固体断裂非平衡统计理论，是用非平衡统计理论的概念和方法与微裂纹（或微空洞）的成核、长大和传播过程相结合，从微观机理出发推导出固体宏观力学量的断裂理论．这个理论把断裂过程看成是个非平衡统计过程，其中描述微裂纹成核长大的演化方程起着从微观向宏观过渡的核心作用，它的系数来自位错和空位等微观机理，而其解则通过最弱链等模型与宏观力学量相联系．由此即可统一推导出微裂纹分布函数．断裂（失效）几率、可靠性、强度、断裂韧性、疲劳和延时寿命等宏观力学量及其统计分布函数．所有这些结果都由同一组物理参量表示之．该理论可广泛用于金属和结构陶瓷的脆性、疲劳、延时和环境等断裂类型．本文扼要地阐述了该理论的理论框架．     

疲劳裂纹扩展的非平衡统计模型

为了研究金属中微观结构对疲劳短裂纹扩展性能的影响 ,在宏观与微观相结合的疲劳断裂非平衡统计理论中 ,考虑了材料微观结构因素 ,从而能够合理地解释有关疲劳短裂纹及长裂纹的实验结果 .建立的非平衡统计理论模型把位错机理同裂纹扩展联系起来进行模拟 ,得到了包括疲劳短裂纹及长裂纹的整个金属疲劳寿命内的普适裂纹扩展速率公式 ,并和他人的理论结果进行了比较 .     

切缝药包爆破岩石爆生裂纹断面的SEM试验

利用电镜扫描(SEM)切缝药包爆破大理岩爆生裂纹断面形貌,从微观角度探究动载下岩石的定向断裂机理。通过对主裂纹和次裂纹断面上不同区域的观测,发现了河流状、台阶状、根状、鱼骨状、"雾区"状等典型断面形貌,定性的解释了爆炸荷载作用下典型断面形貌的形成机理。研究表明,爆炸荷载作用下,大理岩的微观破坏机制分为拉伸破坏和剪切破坏,爆炸近区多为拉伸破坏,中区、远区有剪切破坏出现;大理岩微观断裂机制是以脆性断裂为主,爆炸近区形成张拉脆性破坏区,远区有较少的塑性破坏;非切缝方向的沿晶断裂较多。     

微波照射和冲击荷载作用后岩石裂纹试验研究

为了研究岩石裂纹的特性,用扫描电镜(SEM)对花岗岩、大理岩和砂岩在相同微波功率10 k W照射下和落锤冲击后观测岩石断口的形貌、微观裂纹类型及所用断裂模型,分析相同功率作用下,岩石在落锤试验后的破坏机理。结果表明:从宏观断面图中可以看出裂纹的发展和颜色变化;SEM微观观察得到花岗岩断口形貌为平坦面状和条纹状,大理岩呈现为阶梯状,而砂岩为破碎状和蜂窝状;花岗岩和砂岩的微观裂纹是由张拉应力和压应力作用而产生的,而大理岩是缩聚裂纹;花岗岩的断裂类型为沿晶断裂、穿晶断裂以及两者叠加,大理岩的主要是沿晶断裂,砂岩的主要是穿晶断裂。     

HZTC4压缩断裂机理研究

为了研究HZTC4断裂机理,提高其使用安全性,通过对HZTC4进行压缩性能测定,同时利用AMARAY-21000光学金相显微镜和KYKY-1000B扫描电镜分别对显微组织和断口进行分析,研究其断裂机理.结果发现HZTC4晶粒粗大,压缩断裂裂纹是穿晶扩展,断口为解理型,其断裂机理为穿晶型脆性断裂.     

Si3N4／TiC纳米复合陶瓷材料显微结构

利用日立H-800透射电境、日立S-570型扫描电境及RAX—10A型X射线衍射仪对Si3N4／TiC纳米复合陶瓷材料的微观组织、结构和成分进行了研究．结果表明，TiC纳米颗粒弥散分布在基体β—Si3N4晶内和晶界，所制备的材料为晶内，晶间混合型纳米复合陶瓷．通过对Si3N4／TiC纳米复合陶瓷材料断裂方式的观察表明，材料断裂为沿晶断裂和穿晶断裂复合型，纳米粒子对裂纹扩展起到偏转和钉扎作用．纳米Si3N4颗粒的加入促进了基体长柱状β-Si3N4晶粒多峰分布的形成，类晶须晶粒在裂纹扩展过程中产生桥接和拔出。     

极化电位对5083铝合金型材应力腐蚀行为的影响

采用慢应变速率拉伸（SSRT）测试法及扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）分析手段,研究了不同极化电位对5083铝合金型材应力腐蚀断裂（SCC）行为的影响.结果表明：5083铝合金型材在阴极极化下应力腐蚀指数（Issrt）数值最小,应力腐蚀敏感性最弱,断口为准解理形貌,并伴随有少量韧窝;在阳极极化下Issrt数值最大,应力腐蚀敏感性最强,断口表面分布大量横向裂纹,边缘有明显腐蚀痕迹,微观形貌呈解理状并分布大量穿晶、沿晶裂纹,属于典型脆性断裂特征.5083铝合金型材SCC属于阳极溶解型.     

电测法研究温度对2A12铝合金应力腐蚀开裂的影响

用自制的电位监测应力腐蚀装置研究了温度对硬铝合金2A12(LY12)在3.5% NaCl水溶液中腐蚀裂纹扩展的影响.结果表明:温度越高,KISCC越小,2A12铝合金的腐蚀裂纹扩展越快;2A12铝合金在NaCl水溶液中的应力腐蚀断口形貌主要表现为沿晶断裂,并具有岩石状沿晶断裂特征.     

厚规格多相组织X80管线钢DWTT 分离裂纹研究

研究了厚规格多相组织X80管线钢微观组织与落锤撕裂试样分离裂纹之间的关系,采用金相显微镜和扫描电子显微镜对X80管线钢的微观组织和分离裂纹进行观察.结果表明:X80管线钢微观组织包括粒状贝氏体、多边形铁素体以及准多边形铁素体、贝氏体铁素体、针状铁素体.分离裂纹起始于粒状贝氏体带处;分离裂纹以穿晶断裂方式穿过粒状贝氏体,断裂路径平直,说明粒状贝氏体对分离裂纹扩展阻碍作用较小,而以沿晶断裂方式沿多边形铁素体晶界扩展,方向不断偏折,提高了裂纹扩展功,从而增大钢板的断裂韧性.分离裂纹尖端受细小的马氏体-奥氏体岛钝化作用,扩展受阻出现停滞.多相组织中少量的粒状贝氏体以及适量的多边形铁素体有利于减少分离裂纹的产生.     

精铸热锻模具的脆性断裂

指出了精铸热锻模具脆性断裂主要是由于材料和工艺不完善造成的。通过优化材质及工艺基本可以消除脆性断裂。早期脆性断裂现象大多由于热处理及操作不当所致;冲击疲劳断裂是常见的脆性断裂现象,是由于模具制造缺陷(如砂眼、显微裂纹等)以及热疲劳裂纹作为疲劳裂纹源扩展后所致。     

Simulation of PFZ on intergranular fracture based on XFEM and CPFEM

A unit cell including the matrix, precipitation free zone(PFZ) and grain boundary was prepared, and the crystal plasticity finite element method(CPFEM) and extended finite element method(XFEM) were used to simulate the propagation of cracks at grain boundary. Simulation results show that the crystallographic orientation of PFZ has significant influence on crack propagation, which includes the crack growth direction and crack growth velocity. The fracture strain of soft orientation is larger than that of hard orientation due to the role of reducing the stress intensity at grain boundary in intergranular brittle fracture. But in intergranular ductile fracture, the fracture strain of soft orientation may be smaller than that of hard orientation due to the roles of deformation localization.     

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.     

压应力状态下统计断裂理论的研究

假设脆性材料的强度满足Ｗｅｉｂｕｌｌ分布．本文结合莫尔－库伦定理和统计断裂力学对任意压应力状态下脆性材料的断裂行为进行了研究，得到了一些有益的结论。     

机身壁板LBW结构DFR值试验测定及理论计算[KH-*1]

飞机机身壁板是疲劳的关键位置, 空客公司首先在飞机机身壁板采用激光焊接(LBW)结构代替传统铆接结构.为评价该激光焊接结构的疲劳性能, 结合试验测定和统计学理论计算两种方法, 对两组新型铝锂合金2060-T3激光焊接焊后热处理(PWHT, 即焊后固溶+时效热处理和焊后时效热处理)结构进行疲劳试验、断口分析及细节疲劳额定强度(DFR值)分析, 分别计算了试验测定DFR值和理论DFR值.分析结果表明, 试验测定焊后固溶+时效热处理激光焊接结构的DFR值为118.0 MPa, 焊后时效热处理的DFR值为113.7 MPa, 理论DFR值分别为115.8 MPa(误差为1.86%)和112.2 MPa(误差为1.32%); 两组结构均在焊趾处产生裂纹源, 裂纹沿板材厚度方向进行扩展, 裂纹扩展区均表现为脆性解理河流花样, 不同的是前者瞬断区为微孔聚集型断裂, 断口存在大量微小韧窝, 后者瞬断区为沿晶断裂, 断口存在大量晶粒; 采用统计学理论计算, 可以较好地还原威布尔分布的形状参数, 验证了统计学理论分析方法的工程适用性, 为机身壁板LBW结构的DFR值测定提供了参考依据.     

混凝土微裂纹受单向拉伸应力作用的弹脆性静力破坏分析

混凝土是典型的受拉脆性材料,内部微裂纹的受荷扩展破坏是土木工程界十分关心的问题。本文采用裂纹线附近分析方法,从平衡方程和混凝土材料的破坏准则出发,对混凝土内受单向拉伸的Ｉ型微裂纹进行弹脆性静力破坏分析,得出了单向拉伸应力大小与微裂纹脆断长度之间的关系。     

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.     

铝铜合金热裂倾向分析研究

用ＺＸＤ合金铸造性能多功能测试仪，对含量不同的铝铜合金热裂倾向进行测试．实验结果表明：铝铜合金热裂倾向主要表现在铝铜合金凝固末期阶段；当铜含量在６％时热裂倾向最大．对铝铜合金热裂断口观察表明：其热裂呈典型的脆性断裂．分析得出在铝铜合金凝固过程中合金抵抗热裂纹形成的能力取决于试样表面已凝固壳层的强度、跨越断面枝晶的强度以及断面枝晶与其晶间液体之间的吸咐力三者的综合效应的结论．