木材断裂解离分形特征与分形断裂力学模型研究

目的 以椴木为研究对象,研究冲击载荷作用下椴木试件的断裂解离形貌特征和断裂力学特性,建立适用于木材原料断裂解离的分形断裂力学模型,并对其断裂解离力学行为进行描述。方法 对椴木试件进行冲击加载试验,分析试件断口的形貌特征和断裂力学特性,构建适用于木材原料断裂解离的分形断裂力学模型。结果 椴木试件横向冲击断裂断口裂纹形状和断口形貌特征比纵向冲击复杂,横、纵向冲击断裂断口均具有分形特征;椴木试件纵向冲击断裂韧性均值是横向冲击断裂韧性均值的1.112倍,椴木试件横、纵向冲击断口的分形维数均值分别为2.063 5和2.075 1,椴木试件横、纵向冲击韧性与其断口分形维数之间存在线性正相关关系,拟合优度分别为0.778 7和0.812 2;构建的木材原料断裂解离临界解离应力和断裂韧性的分形断裂力学模型也适用于脆性材料。结论 在木材原料冲击断裂解离时,木材原料初始裂纹长度越短,断裂解离断口越粗糙复杂,木材原料断裂解离所需要的能量越大;当裂纹沿着与冲击加载力方向垂直成大约1.055rad方向扩展时所需的能量最小,木材原料最易沿该方向进行断裂解离。     

无缝钢管生产用芯棒断裂失效分析

某无缝钢管生产用的芯棒在使用过程中频繁在尾部断裂,通过宏观检查、化学成分分析、金相检验、力学性能试验等方法对断裂原因进行了分析。结果表明:芯棒尾部异常受力引起疲劳弯曲是导致芯棒尾部断裂的外在因素;芯棒结构不合理使尾部受力时芯棒过渡锥面与尾杆交接处产生较大弯矩与应力集中,且芯棒断裂处显微组织带状偏析较严重、横向冲击吸收能量较低、韧性较差是导致芯棒断裂的内在因素。     

高强钢延伸率不合分析

在Q345B的实际生产中,出现批量厚规格性能不合的情况。通过对炼钢过程、热轧及不合格卷取样及检验过程进行分析,发现断后延伸率不合与钢板金相组织不均和夹杂物有关。钢中存在的带状组织对断后延伸率影响相对较小,但改善带状组织有利于改善钢卷的塑性。     

L360M管线钢管水压爆破试验开裂分析

通过断口宏观和微观分析、化学成分分析、力学性能试验、金相分析等理化性能试验,对L360M直缝埋弧焊钢管水压爆破试验出现纵向开裂和横向断裂的原因进行了分析。结果表明:钢管纵向开裂和横向断裂主要是由于管体材料韧性较差,钢管材料中铁素体-珠光体带状组织严重则是导致其韧性较差的主要原因,而管材中严重的带状组织与钢中锰含量偏高导致锰偏析有关;建议合理控制锰元素含量,还可以通过降低钢管用板材终轧温度、增加控冷冷却速率、微合金化等措施来降低板材的带状组织级别。     

含蜂窝夹层的V型底部复合装甲仿真研究

车辆底部的抗爆炸冲击问题一直是防护型车辆领域的研究重点。为了提高车辆底板的抗爆炸冲击能力,利用LS-DYNA软件,采用任意拉格朗日—欧拉算法(Arbitrary Lagrange-Euler,ALE)对爆炸冲击作用下某车辆台架V型底部结构响应进行了仿真分析。首先通过对比仿真结果与试验结果,验证算法的准确性,然后在V型底部结构中安装单层横向、纵向以及双层横向3种不同形式的蜂窝夹层结构,通过比较不同蜂窝夹层结构在爆炸冲击载荷作用下能量吸收、底板变形量和底板加速度等物理量,分析了不同蜂窝夹层结构的防护性能。结论是:双层横向蜂窝夹层结构吸收能量最多,底板变形和加速度最小,防护性能最好。     

Q235B钢板断后伸长率不合格原因分析

某钢厂在开工初期持续出现Q235B钢板断后伸长率不合格的现象,通过化学成分分析、力学性能试验、断口形貌分析、金相检验等方法对不合格原因进行了分析。结果表明:钢板中残留的氢元素、轧制后产生的严重带状组织、中心偏析以及非金属夹杂物等,使得钢板成分不均匀且金属基体的连续性遭到破坏,最终导致该Q235B钢板断后伸长率不合格。     

20钢板冷弯成型开裂分析

8mm厚的20钢板在冷弯成型时开裂,呈木纹状断口.经冷弯试验,电镜分析和金相分析发现钢板纵向冷弯完好,横向冷弯开裂,开裂原因为板材中存在带状偏析和硫化锰夹杂所致.     

桥梁用大展宽比薄规格钢板的低温冲击性能不合格原因

采用化学成分分析、断口分析、金相检验、夹杂物分析等方法，研究了桥梁用大展宽比薄规格钢板低温冲击性能不合格的原因。结果表明：铸坯中心偏析，轧后冷却时产生了马氏体，且钢中存在粗大的MnS夹杂物，导致钢板的低温冲击性能不合格。提高钢板低温冲击性能的方法包括，在炼钢过程中，降低C、Mn、P、S等元素的含量、降低钢水过热度、在凝固末端采用强冷技术等；在轧钢过程中，提高加热温度、延长加热时间、优化道次压下量分配、降低终轧温度等。     

Q345R钢板断后伸长率不合格原因分析

采用光学显微镜、扫描电镜和能谱仪对断后伸长率不合格的Q345R钢板的显微组织、断口形貌以及夹杂物进行观察和分析,分析了导致Q345R钢板断后伸长率不合格的原因。结果表明:引起Q345R钢板断后伸长率不合格的主要原因是严重的带状组织,尤其是较宽的贝氏体硬组织带、魏氏组织等;硫化物夹杂的存在对钢板的断后伸长率有一定的影响,但不是主要原因。     

发电机组再热主汽阀阀碟断裂分析

采用宏观和微观检验、化学成分分析、力学性能测试及断口分析等方法对断裂的发电机组再热主汽阀的两个阀碟进行了分析。结果表明：阀碟材料的显微组织中有较严重的带状组织偏析,同时δ铁素体在晶界上呈链状分布,这类组织缺陷大）。增加了阀碟材料的脆性,在冲击载荷作用下导致了脆性断裂。     

冷处理温度对CF62C低合金高强度钢冲击性能的影响

在-50℃至室温范围的不同温度对CF62C低合金高强度钢进行冷处理,将冷处理试样和室温下的试样进行夏比(V型)冲击试验,并对冲击试样进行冲击吸收能量测试和显微组织、断口形貌的分析。研究结果表明:CF62C钢在室温和0~-40℃的冷处理条件下有良好的低温冲击韧度,在-40℃冲击吸收功大于300J,而冷处理温度下降至-50℃时,冲击吸收功小于135J,且其断口微观特征呈沿晶脆性断口;CF62C钢的脆性转变温度为-50℃。     

高强度船板钢冲击性能偏低原因分析

针对E36船板钢冲击性能偏低做了分析，采用金相组织分析、SEM断口形貌分析等手段。分析结果表明，组织的不均匀以及珠光体的分布形态不良是导致冲击性能不合格的主要原因。     

纸夹芯和泡沫复合层状结构的静态缓冲吸能特性研究

针对由发泡聚乙烯（EPE）、瓦楞纸板、蜂窝纸板组成的复合层状结构的包装防护作用,通过实验对比分析了这类结构的横向静态压缩变形特征和缓冲吸能特性。结果表明,这类结构在压缩初始阶段和最后阶段主要表现为EPE的力学性能,而在中间阶段为瓦楞纸板、蜂窝纸板的力学性能。复合层状结构的弹性模量、总吸能、行程利用率均高于EPE,而单位体积变形能则由于试样厚度增加幅值不同,并未表现出与总吸能一致的变化规律。比吸能随着压缩应变增大而增加,几乎不受压缩速度的影响,其中EPE与蜂窝纸板复合层状结构的比吸能均大于EPE与瓦楞纸板复合结构。在应力水平较小时,EPE与瓦楞纸板复合层状结构的能量吸收效率大,然而在应力水平较大时,EPE与蜂窝纸板复合的能量吸收效率大。     

大型液体火箭结构纵横扭振动与推进系统耦合(POGO)稳定性分析

大型液体火箭结构振动模态空间分布的特征,导致结构横向和扭转振动对传统POGO回路稳定性产生影响。对此,基于改进的Rubin建模方法,建立了结构纵横扭振动与推进系统液路脉动耦合的POGO回路模型。该模型具有非奇异的优点,可以直接应用于频域分析和时域仿真。基于该模型分析了中国某型号液体火箭推进系统的泵增益和蓄压器能量值等重要参数对结构纵向振动以及横向和扭转振动稳定性的影响。研究得出,泵增益的增大不仅使结构纵向第2、4阶模态不稳定也使结构横向第2阶不稳定。通过调节蓄压器能量值,不但可使结构纵向失稳的模态由不稳定变为稳定,也使结构横向失稳的模态由不稳定变为稳定,说明该型号液体火箭的推进系统不仅与结构系统的纵向模态存在耦合作用,也与横向模态存在耦合作用。因此,对于大型液体捆绑火箭,在研究POGO稳定性时分析结构纵横扭振动与推进系统的耦合作用是有必要的。     

头部-聚苯乙烯泡沫-铝蜂窝缓冲系统冲击响应与优化设计

典型的头盔是由一层聚苯乙烯(EPS)泡沫作为内衬,为了改变头盔结构及改善吸收能量的能力,内衬局部出现了由EPS和铝蜂窝两层材料作为内部衬垫的新颖头盔以吸收能量。为研究此头盔的缓冲性能,基于EPS宏观三维可压缩本构关系与蜂窝薄壁壳结构,建立了头部-泡沫-铝蜂窝系统三维有限元模型。然后以EPS的密度、厚度,与蜂窝结构的胞元边长和厚度为设计变量,以比吸收能量最大为优化目标,得到对应的目标优化函数。最后运用响应面方法对此三维有限元结构进行优化设计,结果表明泡沫-蜂窝复合缓冲结构具有较好的吸收能量的能力,并有良好的适应性,为层状缓冲系统的冲击响应与产品开发提供了参考。     

7075铝合金棒材探伤不合格的原因分析及预防措施

在7075铝合金棒材中如果存在缺陷会导致很严重的质量问题,因此必须在出厂前对其进行探伤检验,并分析不合格原因,以便制定预防措施。本文通过化学成分分析、扫描电镜、能谱分析等手段对7075铝合金棒材探伤不合格的原因进行分析,结果表明内部粗大Al—Cr金属化合物聚集导致金属连续性被破坏是导致探伤不合格的主要原因,提出相应预防措施。     

摆锤刀刃半径对夏比V型冲击吸收能量的影响

为研究不同尺寸摆锤刀刃锤头对冲击试验结果的影响,采用刀刃圆角半径分别为2mm和8mm的锤头对多种材料进行夏比V型冲击试验,并从吸收能量、断口形貌等方面分析V型缺口试样在2mm摆锤刀刃下的冲击吸收能量K_(V2)与8mm摆锤刀刃下的冲击吸收能量K_(V8)的变化规律,研究摆锤刀刃尺寸对夏比V型冲击吸收能量的影响。结果表明:在韧脆转变温度曲线上平台区和转变区(塑性断口)范围内,K_(V8)大于K_(V2);在转变区(脆性断口)范围内,K_(V2)大于K_(V8);在下平台区,KV8与K_(V2)几乎相等。     

P110石油套管水压试验开裂原因分析

通过对材料的化学成分分析、断口分析及金相检验,对φ177.8 mm×11.51 mm P110石油套管水压试验后出现的管体异常开裂现象进行分析。结果表明:导致管体纵向开裂的原因是该套管管体组织内分布着大型夹杂物,它的存在破坏了材料组织的连续性,削弱了横向抗拉强度,在应力集中的条件下,局部应力超过实际的抗拉强度从而产生开裂。     

汽车钢板弹簧断裂分析

用化学分析、断口分析和金相检验等方法对断裂汽车钢板弹簧进行了分析。结果表明,钢板弹簧材质存在的夹杂物、带状组织和不同程度的表面脱碳,是导致钢板弹簧断裂的主要原因。     

自行车多飞飞轮轮芯冷挤压凸模具断裂失效原因探析

本文以某自行车集团多飞飞轮轮芯冷挤压模具的凸模为研究对象,通过模具结构的分析、挤压力计算、光学显微镜与扫描电子显微镜的组织结构观察、失效模具断口形貌分析及微区成分测试等探讨了自行车多飞飞轮轮芯冷挤压模具断裂失效的原因。实验发现,失效模具的显微组织中明显存在不均匀带状分布的碳化物,而断裂裂纹发生部位为碳化物集中区。模具组织中存在不均匀带状分布的碳化物是产生断裂失效的主要原因。