功能梯度板条Ⅲ型裂纹问题研究

现存文献关于梯度材料断裂问题的研究大都是假设材料性质为坐标的指数函数或幂函数,而对其它函数形式较少采用.作者假设功能梯度材料剪切模量的倒数为坐标的线性函数,而泊松比为常量,研究功能梯度板条的反平面裂纹问题.利用Fourier积分变换技术和传递矩阵法将混合边值问题化为一对奇异积分方程,通过数值求解奇异积分方程获得板条裂纹在反平面载荷作用下的应力强度因子,并讨论了裂纹相对尺寸以及材料非均匀性对应力强度因子的影响.     

任意梯度分布功能梯度板条平面裂纹分析

提出一种可以分析任意梯度功能梯度材料的分层模型,并采用该模型研究功能梯度板条平面裂纹问题.采用Fourier变换和传递矩阵法将该混合边值问题化为奇异积分方程组,通过数值求解获得应力强度因子.考察了分层模型的有效性,还讨论了材料梯度变化形式、结构几何尺寸和材料梯度参数对裂纹应力强度因子的影响,发现结构几何尺寸、材料梯度变化形式、以及材料梯度参数均对应力强度因子有显著影响.     

梯度功能材料的断裂准则

基于断裂力学的能量释放率理论 ,研究了平面应变条件下梯度功能材料的Ⅰ ,Ⅱ型复合裂纹问题 .讨论了裂纹尖端附近的应力场和应力强度因子 ,建立了具有一般性的梯度功能材料的断裂准则即能量释放率判据 .     

梯度功能材料的断裂准则

基于断裂力学的能量释放率理论，研究了平面应变条件下梯度功能材料的Ⅰ，Ⅱ型复合裂纹问题．讨论了裂纹尖端附近的应力场和应力强度因子，建立了具有一般性的梯度功能材料的断裂准则即能量释放率判据．     

热应力下功能梯度条共线裂纹断裂问题分析

为了探讨温度变化对含裂纹的功能梯度材料(FGM)的影响,本文研究了含有两个共线裂纹的功能梯度条的I-型热应力断裂问题。对于稳态热应力下的功能梯度条应用分层方法进行分析,使得不同函数形式表示热机械属性变化下的断裂力学问题能够得到解析解。应用Lobatto-Chebyshev数值方法求得两个裂纹裂尖的热应力强度因子(TSIF)。通过一些算例研究材料热力属性、功能梯度条自由表面温度变化及裂纹几何参数变化对TSIF的影响,特别是对两裂纹间交互对热应力强度因子的影响进行了探讨。结果表明:用不同函数形式描述热机械属性对含有两个裂纹的功能梯度条TSIF有显著影响,该结果可为设计极端温度条件下使用的FGM提供参考。     

功能梯度材料静态断裂的CGS方法实验研究

利用相干梯度敏感方法对功能梯度材料I型静态断裂特性进行实验研究,并利用有限元软件进行数值模拟.假设材料性能沿裂纹方向分别按两种不同的规律变化:1)弹性模量和密度指数规律变化;2)弹性模量线性变化,密度保持常数.保持泊松比不变,首先推导两种变化规律功能梯度材料I型静态裂纹的相干梯度敏感方法控制方程;然后根据实验结果,提取应力强度因子等断裂参数,分析不同梯度变化规律对材料断裂性能的影响;最后与有限元模拟计算结果相结合,对功能梯度材料I型静态裂尖的K主导区范围进行了分析.     

基于力电耦合效应的非均匀压电材料断裂问题研究

作为一种智能材料,非均匀压电材料广泛应用于航空航天、军事等领域,由于其脆性,材料中的微裂纹对结构寿命影响较大。基于非均匀压电材料的本构关系,几何关系和边界条件,利用分层法的原理进行材料的梯度划分,分析了力电耦合效应下非均匀压电材料中的断裂问题。建立含裂纹非均匀压电板的有限元模型,讨论了力电耦合效应下不同梯度参数、不同裂纹形状、不同裂纹尺寸以及不同梯度函数对裂纹周围应力和电位移分布的变化规律。首次提出几何过程函数来进行非均匀材料属性的调控,实现材料参数的随机递增/随机递减。数值结果给出了在力电耦合效应下,裂纹周围应力和电位移的分布规律;梯度参数的增大使裂纹周围应力和电位移增大;裂纹几何尺寸变小,裂纹周围应力增大而电位移减小且椭圆形裂纹周围应力要大于圆形裂纹。因此,在非均匀材料结构设计中,梯度参数应在可使用范围内选取较小值;选择不同梯度函数的对裂纹周围的应力和电位移有一定影响,这对于非均匀压电材料结构设计及实际应用起到借鉴作用。     

功能梯度材料板Ⅱ型裂纹的断裂力学研究

对含Ⅱ型裂纹正交异性功能梯度材料的应力场和位移场进行理论分析,并首次推导出正交异性功能梯度材料的裂纹尖端应力场、位移场和梯度应力强度因子的理论计算公式.本研究成果对功能梯度材料的断裂分析有重要的工程使用价值和理论价值.     

热载荷作用下含裂纹功能梯度板的有限元分析

为深入理解功能梯度材料的热断裂行为,研究了热载荷作用下任意热机械属性功能梯度材料板的裂纹尖端特性.利用解析方法推导了不含裂纹功能梯度板的温度场和热应力场,根据叠加法,把热应力场转化为裂纹表面载荷,采用基于非均匀单元的有限元方法计算分析了稳态热载荷下功能梯度板的裂纹尖端特性,并针对不同材料热机械属性分布形式,考察了热应力...     

无限长条功能梯度材料自由边界反平面裂纹动力学问题

利用功能梯度材料剪切模量的指数模型,对无限长条自由边界反平面Yoffe裂纹的动力学问题进行了研究.通过积分变换求得了应力场和位移场,将混合边界值问题简化为一组对偶积分方程,并利用Copson方法对动应力强度因子进行了求解.分析了裂纹运动速度、梯度参数及裂纹长度对裂纹尖端动应力强度因子的影响.数值计算表明,动应力强度因子随着裂纹运动速度和裂纹长度的增加而增大,随着梯度参数的增加而降低.     

有弱界面的CFRP抗弯加固中U型箍防剥离研究

锈蚀钢筋混凝土梁置换保护层或直接粘贴CFRP加固时,可能因新老混凝土结合面或锈胀裂缝产生水平削弱面.设计了9根加固梁,研究弱界面对CFRP剥离的影响及传统U型箍约束的有效性.结果发现,2种弱界面均使加固梁的整体受力性能受到削弱,局部剥离破坏更易发生,且界面越弱,剪切传递能力越差.U型箍约束能够防止纵向CFRP发生脆性剥离破坏,保证其有效参与受力.然而弱界面仍有可能导致局部保护层剥离,纵向CFRP易过早拉断.实际应用中,宜适度降低纵向CFRP的容许拉应变,并采取更为严格的约束和锚固措施.     

SEM In-situ Observation at Tensile Loading on Surface Inclusion in PM Rene95 Superalloy

The observation on crack initiation and propagation of surface inclusion Al2O3 in seeded PM Rene95 was conducted by SEM in-situ tension test. The results show that the cracks often initiate at the inclusion/matrix interface vertical to the applied stress direction, and easily propagate along the interface into the matrix. The interface of inclusion / matrix is just mechanically bounded on the base of SEM observation. The weak bonding of inclusion / matrix interface and stress concentration around inclusions are the main reasons of the matrix/inclusion interface debonding and local plastic deformation under the tensile loading in the in-situ tension test. Surface in-elusion does not definitely lead to the failure of in-situ tension test. But the early surface crack initiation caused by ceramic inclusion is critically harmful to the LCF property of PM Rene95 superalloy, which can't be ignored.     

一种新的基体损伤与界面脱粘理论分析模型

利用剪切滞后法,给出一种新的基体损伤模型;利用J积分理论,给出一种新的由基体裂纹导致的纤维／基体界面脱粘裂纹损伤模型。理论分析和数值计算得到了一些关于纤维增强复合材料强度和损伤有参考价值的结论,并对复合材料中一些常见的损伤破坏形式进行了定性的解释,由此表明本模型的可行性。     

表面涂层裂纹的特性分析

采用有限元方法研究TiN涂层裂纹在弹性球循环挤压和滑动接触状态下的三维弹塑性特性,计算分析了涂层-基体的应力分布规律、涂层表面及界面裂纹的断裂强度。结果表明:在接触区边缘、涂层基体结合界面应力幅较大,容易萌生疲劳裂纹;裂纹强度J积分随载荷循环而呈周期性变化;涂层厚度、基体材料、裂纹形状、裂纹倾角等参数对涂层表面和界面裂纹的J积分有显著影响。     

减缩剂与聚丙烯纤维对混凝土早期收缩开裂的影响

目的研究减缩剂、聚丙烯纤维及其混合掺入对混凝土早期收缩开裂的影响规律及作用机理．方法采用板状试件法测试混凝土在两种干燥条件下的早期开裂状况，利用非接触式混凝土收缩仪测定混凝土早期自收缩与干燥条件下的总收缩，并通过压汞仪和扫描电子显微镜分析了各混凝土孔隙结构和微观形貌．结果加入减缩剂明显降低了混凝土早期自收缩和干燥收缩，因而显著地减轻了混凝土早期开裂．聚丙烯纤维能在一定程度上降低早期自收缩，但由于早龄期部分纤维-砂浆界面处结合不良且在混凝土中引入一些大孔，使干燥条件下混凝土的总收缩值增大；它使混凝土早期收缩裂缝分散、宽度减小，但却增加了小裂缝数量和开裂面积．结论减缩剂、聚丙烯纤维的掺入均能改善高性能混凝土早期开裂，其作用效果优劣次序为：减缩剂〉减缩剂＋聚丙烯纤维〉聚丙烯纤维．     

SEM in-situ Fatigue Observation on Crack Initiation and Growth from Inclusion in P/M Rene95 Superalloy

A special designed experiment was conducted for observing crack initiation and growth in P/M Rene9S superalloy under ten- sion-tension loading by self-made SEM in-situ fatigue loading stag. Several alumina inclusion particles exposed at the specimen surface were observed carefully. During fatigue test inclusions led to cracks initiation. The cracks can be formed by two mechanisms. Generally, the cracks nucleated at the interface between inclusion and matrix. Sometimes, cracks were also formed inside the inclusion. As the in- crease of cycles, some cracks at the interface between inclusion and matrix broadened and propagated along the direction about 45° to the loading axis. On the other hand, the cracks inside the inclusion propagated in the inclusion and towards matrix.     

混凝土板温度收缩钢筋配筋建议

通过两端嵌固板的简单模型讨论了由混凝土干缩引起的受拉裂缝形成机理以及平均裂缝宽度、间距和数量的计算方法.利用该模型,通过算例比较中国GB50010-2002、美国ACI318-02、澳大利亚AD3600-1988三国规范关于混凝土板温度收缩钢筋的最小配筋率要求,并对此提出了设计建议.     

铝合金表面激光熔覆高硅涂层的组织与磨损性能

用7kW横流C02激光器在ZL101铝合金表面激光熔覆高硅涂层。探索不同激光功率熔覆对涂层质量的影响,分析涂层的微观组织,测试涂层的硬度和磨损性能。结果表明：在优化工艺参数下制备出的激光熔覆高硅涂层组织致密、无气孔和裂纹,激光熔覆层中存在大量初晶Si、α-Al树枝晶和共晶组织。涂层与基体结合区处呈现典型的外延生长特征,形成了良好的冶金结合。熔覆层的横截面硬度在HV150～320之间,是基体的2～3倍,并显著提高了基体的耐磨性能。     

层面对带裂纹碾压混凝土强度断裂参数影响

研究层面对带裂纹碾压混凝土强度和断裂参数的影响,发现层面存在使等效强度随削弱度增大递减.单缝和双缝的削弱度分别为0.1、0.2和0.3时,其等效强度分别降低了13.37%、37.44%、46.96%和16.52%、25.46%、19.99%,表明层面对等效强度影响随削弱度的增加而加大,层面对单缝的影响比其对双缝的影响大.由于层面存在,层面间隔4h,层面不作处理时,碾压混凝土断裂韧度降低了17.85%;层面间隔4h,层面处理方式为铺10mm的粉煤灰水泥砂浆时,断裂韧度降低5.67%.     

Formation mechanism of internal cracks in continuously cast slab

In order to make clear the formation mechanism of centerline cracks in continuously cast slabs, the form, distribution and other characteristics of the cracks were analyzed. The final solidification point, surface temperature of the slabs and strain in solidifying shell were investigated. The results were that: (1) Five relatively low temperature zones exist on slab surface below the three water spraying nozzles and near the two edges, respectively, which corresponds to the places of centerline cracks and triangle-zone cracks. (2) Centerline cracks and triangle-zone cracks occur because of weak secondary cooling, uneven cooling along slab width, and large variation of roll gap. (3) After minimizing the variation of roll gap and applying the new secondary cooling pattern, the occurring frequency of centerline and triangle-zone cracks minimizes to zero.