金属构件中裂纹的电磁热效应局部跨越止裂

采用理论分析和实验研究的方法讨论了应用电磁热效应对金属构件中裂纹实施局部跨越止裂的技术。在带有裂纹的模具钢构件上取样,对裂纹处通过点电极进行局部跨越脉冲放电。实验研究和理论分析结果均表明:跨越止裂可以使导体中局部裂纹在裂纹尖端处很小的范围内熔化形成微小的焊口,实现了钝化止裂,遏制了裂纹的扩展。通过对止裂后裂尖的金相组织观察和力学性能测试发现:超细化的条状马氏体、极少量残余奥氏体和细颗粒碳化物的出现极大地提高了裂纹尖端的硬度、韧性和耐磨性。     

带有空间裂纹的拉伸试件电磁热止裂及机械性能测试

首先应用ZL-2超强脉冲电流发生装置对带有预制裂纹的标准拉伸试件进行脉冲放电止裂。放电后裂纹尖端熔化形成堆焊和高压应力区,使裂纹尖端钝化,达到了止裂的目的,采用数值模拟确定了止裂工艺参数。对止裂后的拉伸试件通过微机控制电子万能试验机进行了拉伸实验,研究结果表明:电磁热裂纹止裂有效提高了试件的抗拉强度,放电电压是影响其机械性能的最主要因素。     

轴对称金属模具电磁热裂纹止裂温度场的分析

选择带有半埋藏环形裂纹的金属凹模为研究对象,通过金属凹模内外环面均匀通入强脉冲电流,应用电磁热效应实现了金属凹模中环形裂纹的止裂。采用复变函数的方法求解了脉冲电流放电瞬间裂纹尖端附近的温度场。由于脉冲电流放电瞬间,裂尖处电流绕流的热集中效应,在金属凹模内部,环形裂纹尖端金属的温升超过熔点,金属熔化,在金属凹模内部沿着环形裂纹尖端形成堆焊,致使环形裂纹尖端的曲率半径瞬间增大,阻止了干线裂纹源的开裂趋势。     

直裂纹电磁热止裂与激光再制造的实验研究

利用ZL-2型超强脉冲放电装置对带有直裂纹的构件进行电磁热止裂,然后利用激光熔覆技术对止裂后的构件进行修复。对止裂前后裂尖处微观组织进行金相组织对比分析,对经过激光熔覆前后试件进行耐磨性能对比,发现熔覆后的试件耐磨性能得到显著提高,最后对修复前后的试件进行力学性能对比,结果表明:放电止裂与激光再制造的试件力学性能得到显著提高,实现了再制造的目的。     

导电薄板内裂纹尖端区域的电磁应力

为了研究电磁应力对导电薄板内裂纹尖端的作用,从基本电磁理论出发,通过对导体表面所受电场力的分析,推得了导电薄板内裂纹边缘处电场力的表达式.在此基础上,通过导电薄板内裂纹尖端区域磁场的确定,得到裂纹尖端区域的电磁应力表达式.裂纹尖端电磁应力的计算表明,金属薄板中裂纹尖端的电磁应力是由裂纹尖端指向金属内部的压应力,并且当电流密度为103～104A/mm2的数量级时,裂纹尖端的压应力数值可达数兆帕到数百兆帕.因此,在研究裂纹止裂问题上,其影响不容忽视.     

脆性材料复合型裂纹的断裂准则

实际工程中,脆性材料中的裂纹多处于复合型受力状态,因此,确定脆性材料中的复合型裂纹起裂角和临界荷载有着重要的理论意义和实用价值。以复合型裂纹为研究对象,将裂纹尖端的最小无量纲塑性区尺度ρmin和广义合成偏应力强度理论相结合,建立脆性材料复合型裂纹的断裂准则,预测裂纹起裂角及临界荷载,将其结果与最大周向应力准则和应变能密度因子准则相比较发现,基于该文方法得到的临界荷载曲线大于最大周向应力准则得到的临界荷载曲线,与应变能密度因子准则得到的临界荷载曲线比较接近。因而,表明了用该文的方法来预测脆性材料复合型裂纹起裂角和临界荷载是行之有效的。     

薄钢板止裂韧性试验及讨论

介绍了ASTM E1221标准止裂韧性试验方法在薄钢板上的应用,止裂韧性测试方法及特性,说明了裂纹止裂在实际构件上的应用。     

水中高压脉冲放电致裂岩体实验研究

在以煤层气井脉冲放电致裂增渗为工程背景,对在耦合静水压下煤岩体受到脉冲放电冲击波致裂机理分析,采用混凝土试样代替煤岩体,使用自我研发设计的可以改变静水压和试样三轴围压的实验装置,对混凝土试样在不同地应力(0～8 MPa)、静水压(0～2 MPa)、放电参数(10 kV或14 kV)下进行了脉冲放电致裂实验,研究地应力、静水压、放电参数对混凝土试样裂纹延展方向和长度的影响规律。研究表明:地应力抑制裂纹的产生及扩展,裂纹方向为垂直于最小主应力方向;静水压不影响裂纹的延展方向,静水压增大可以加快裂纹的延展速度和长度;高电压下裂纹扩展长度及贯通效果较好,高电压下裂纹长度有所增加。在实际的应用中,可以提高设备的放电电压增加对煤岩体致裂效果。     

无网格法模拟复合型疲劳裂纹的扩展

本文提出了用无网格Galerkin法模拟构件在复合变形作用下疲劳裂纹扩展路径并预估其疲劳寿命的方法。该法能够自然模拟疲劳裂纹的扩展,不需要网格重构,避免了裂纹扩展过程中的精度受损。应用无网格数值结果计算了J积分和应力强度因子IK和IIK;按照最大周向应力理论获得了裂纹扩展偏斜角。基于最小应变能密度因子理论,确定了裂纹扩展量aD,并能获得疲劳载荷的循环周数ND。文末对数值模拟结果和实验拟合结果进行了对照。     

承受双向等拉应力的平面应变I型裂纹线弹性断裂的I1准则与K准则一致性分析

采用线弹性有限元方法计算了承受双向等拉应力的平面应变I型裂纹的应力场,分析了裂纹尖端各应力分量间的关系,拟合了各非零应力分量关于裂纹半长度a和裂纹尖端最小网格尺寸l₁的函数,分析了应力第一不变量I₁与应力场强度因子K_I的相关性。结果表明,裂纹尖端各非零应力分量间存在稳定的比例关系;各非零应力分量值和加载应力的比值与裂纹半长度a的1/2次幂呈正比例关系、与裂纹尖端最小网格尺寸l₁的1/2次幂呈反比例关系;相同最小网格尺寸条件下,裂纹尖端的应力第一不变量与应力场强度因子的比值l₁/K_I为与加载应力和裂纹长度无关的常数,证明了承受双向等拉应力的平面应变I型裂纹线弹性断裂的I₁准则与K准则具有一致性。     

裂纹尖端形变功与韧性启裂

研究了高强度结构钢典型强化组织板条马氏体、粒状贝氏体和板条马氏体加粒状贝氏体混合组织的韧性启裂.结果表明;高强度结构钢的韧性启裂依赖于强度、塑性和形变硬化能力,表现为裂纹尖端应力应变场中消耗的弹性应变能和塑性形变功不同.其相对量可用无量纲参量H表示,并与材料的流变应力有较好的对应关系.     

Study of crack growth in solid propellants

The stress and displacement fields in an edge-cracked sheet specimen made of a solid propellant and subjected to a uniform displacement along its upper and lower faces was studied. The solid propellant was simulated as a hyperelastic material with constitutive behaviour described by the Ogden strain energy potential. A non-linear finite deformation analysis was performed based on the finite element code ABAQUS. A detailed analysis of the stress field in the vicinity of the crack tip was undertaken. The deformed profiles of the crack faces near the crack tip were determined. The results of stress analysis were coupled with the strain energy density theory to predict the crack growth behaviour including crack initiation, stable crack growth and final termination for two specimens with different dimensions. Crack growth resistance curves representing the variation of crack growth increment versus applied displacement were drawn.     

基于5A90板材的电致裂纹修复模拟研究

目的 探索进一步提升5A90板材塑性成形能力的有效途径。方法 从板材内部裂纹修复的角度出发,针对脉冲电流处理技术在5A90板材上的应用进行研究。采用数值模拟的方法对脉冲电流在板材裂纹处的作用进行分析,通过计算带裂纹板材通电后其内部电流场、温度场、应力场与位移场来模拟脉冲电流对材料内部裂纹的修复机制,并采用试验件对温度场的计算结果进行初步验证。结果 脉冲电流处理对板材内部裂纹具有一定程度的修复作用,并且可以阻碍裂纹的进一步扩展。结论 脉冲电流处理可以有效减少5A90板材的内部缺陷,并提高其塑性成形能力。     

结构钢开裂准则及断裂试验分析

为探寻结构钢开裂机理及抗断设防,给出了结构钢在应力三轴空间的广义屈服轨迹方程。结合古典强度理论和现代损伤力学对金属屈服和断裂解释的力学原理,基于三向等拉伸应力状态下结构钢屈服和宏观脆断重合性假设,导出了结构钢在应力三轴空间的开裂准则。在结构钢开孔板的单向等速拉伸断裂试验中,较为精确地测量了初始开裂时的加载位移及全程载荷-位移曲线。试验结果显示,初始裂纹位于孔边且扩展迅速。通过对结构钢开孔板断裂试验的数值模拟分析,对比验证了该开裂准则的普适性及精度。最后,给出了结构钢广义屈服和开裂模型的物理解释及抗断设防。     

Electric pulse current effect on stress-strain state in the notch vicinity in a cantilever beam under cyclic bending

Calculation results of the thermal effect assessment induced by electric pulse current on stress variation in the edge notch vicinity in a metal cantilever beam under cyclic bending are presented. The results obtained indicate that thermal action of electric pulse current diminishes the level of the maximal tensile stresses in the notch vicinity, while the cyclic stress range remains constant during further loading. The preliminary uniform heating enhances the electric pulse current action. Under plain stress state loading conditions, the electric pulse current effect is much less pronounced, as compared to plain strain state loading conditions.     

A537钢疲劳裂纹扩展单次拉伸超载效应及裂尖形变,裂纹闭合行为

研究了恒定ΔＫ条件下，单次拉伸超载对Ａ５３７钢疲劳裂纹扩展速率的影响，并利用激光散斑技术原位研究超载前后的裂尖应变场，裂纹闭合效应。结果表明：超载后裂纹闭合效应呈增强趋势，裂尖应变呈下降趋势。伸超载有阻滞裂纹扩展的作用。     

FATIGUE CRACK GROWTH UNDER MIXED-MODE I AND II LOADING

Abstract— Mixed-mode fatigue crack growth has been studied using four point bend specimens under asymmetric loads. A detailed finite element analysis provides the stress intensity factors for curved cracks under different mixed-mode load conditions. Both fatigue crack growth direction and crack growth rate are studied. The maximum tangential stress and the minimum strain energy density criteria were found to provide satisfactory predictions of the crack growth directions. An effective stress intensity factor was used to correlate the fatigue crack growth rates successfully. It is found that the use of mode I fatigue crack growth rate properties results in a conservative crack growth rate prediction for mixed-mode load conditions.