铝合金材料的疲劳行为研究进展

综述了铝合金材料的疲劳行为研究进展.介绍了铝合金材料的疲劳裂纹萌生机制和特性、裂纹扩展规律及其扩展阶段的研究进展,裂纹疲劳行为的影响因素和微观机制方面的最新研究进展,最后从裂纹萌生和扩展机制以及微观机制等方面提出了铝合金疲劳行为的研究趋势.     

基于内聚力模型的钢筋混凝土梁破坏机理研究

基于内聚力模型理论探讨钢筋混凝土梁在外荷载作用下断裂破坏的力学机制,对比分析钢筋混凝土梁原型实验与数值计算结果,研究钢筋混凝土梁在不同配筋率和螺旋箍筋倾角条件下,梁体裂纹的分布、扩展规律和破坏形式。研究结果表明：(1)内聚力模型模拟钢筋混凝土结构断裂破坏优势显著,能够再现梁体裂纹萌生、扩展和断裂破坏过程;(2)少量和超量配筋均会使钢筋混凝土梁表现出脆性破坏的特征,而配筋率适中则能充分发挥钢筋混凝土梁的延性特征,更加易于梁体承载;(3)螺旋箍筋倾角为80°时,梁体的正截面承载能力与斜截面承载能力均达到最大值。     

大型锻件孔隙类缺陷锻后白点萌生特性研究

为探明大型锻件锻后白点萌生机理,在以往试验研究的基础上,基于内聚力模型、氢压理论和应力作用下的氢富集理论,以锻后残留微观孔隙作为研究对象,建立了白点萌生扩展的内聚力模型。综合分析了材料中氢的体积质量分数,氢压应力场中氢的扩散,及氢作用下内聚力强度等多因素耦合对锻后白点萌生扩展的影响。结果表明:高体积质量分数氢是白点萌生的主要因素,高强氢压导致孔隙尖端应力集中,氢富集导致孔隙尖端的断裂强度降低,锻后微裂纹比微孔隙更加容易诱发白点萌生,而锻后微孔隙和原孔隙相比萌生白点的可能性大大降低。     

单晶铜弯曲裂纹萌生和扩展的分子动力学模拟

为了在微观尺度上研究单晶铜的弯曲裂纹萌生和扩展机理,建立了单晶铜弯曲变形的分子动力学模型,应用速度标定法控制温度,采用Morse势进行了单晶铜的弯曲变形分子动力学模拟。研究表明:应变能的不断积累使晶体内部产生空位,材料的裂纹萌生于空位,空位的合并形成纳米级裂纹,后续微观裂纹的扩展类似于宏观裂纹;裂纹缺陷促进了裂纹的萌生和扩展。     

铝锂合金疲劳裂纹的微观实验观察

通过二元铝锂合金的细观拉伸疲劳实验,动态观察了试样表面金相微观结构组织的变化及微裂纹的萌生及扩展直到断裂的全过程,并分析讨论了晶界及微结构对微裂纹萌生及扩展的影响,微裂纹向短裂纹、长裂纹发展的判据。本实验材料是模型材料,晶界结合强度较弱,裂纹沿晶开裂现象较多。经对实验结果及金相裂纹分析,表明金属材料微结构对裂纹扩展有明显的影响。晶界作为一种物质界面存在于晶粒间,具有一定的物理和力学性质,对微裂纹扩展速率及发展行为有较大影响。     

TC17高温高周旋转弯曲疲劳实验研究

本文利用高温旋转弯曲疲劳试验系统,完成了用于航空发动机的高强钛合金TC17在常温、200℃和350℃条件下的疲劳性能的实验,主要研究了温度对TC17疲劳强度和裂纹扩展率的影响. 通过测量试件在试验过程中的挠度变化,对比分析了不同温度下的疲劳裂纹扩展速率.并通过断口分析研究了裂纹萌生与扩展行为.本研究结果发现,在TC17高周疲劳破坏过程中,裂纹萌生寿命占整个疲劳寿命90%以上,高温不仅促进了裂纹的萌生而且促进了裂纹的扩展.     

疲劳多裂纹扩展的常规态型近场动力学分析

为改进疲劳多裂纹扩展问题的分析,建立了常规态型近场动力学的疲劳多裂纹扩展模拟方法.在常规态型近场动力学的理论框架基础上,采用近场动力学疲劳裂纹萌生和扩展模型,建立了一个可模拟疲劳裂纹萌生与扩展的平面应力近场动力学模型.针对近场动力学疲劳模型计算量庞大的问题,又引入"临界断裂数"来优化模型的计算流程,提升模型的计算速度,以单边裂纹板为研究对象,通过选取不同"临界断裂数"的值寻求计算效率与裂纹路径精准度之间的平衡.从计算结果的对比中可以发现,当采用恰当的"临界断裂数"时,计算速度得到了较大的提升,同时裂纹仍能保证精准的形状.然后,该模型被用于非共线多裂纹板的疲劳破坏模拟仿真之中,当采用不同的"临界断裂数"时,计算运行得到的疲劳裂纹扩展路径以及相应的a-N曲线均能与实验得到的结果取得良好的吻合.研究结果表明,近场动力学疲劳分析方法不需引入断裂准则和预知裂纹路径,裂纹可以任意扩展.     

单晶铜弯曲裂纹萌生和扩展的分子动力学模拟

为了在微观尺度上研究单晶铜的弯曲裂纹萌生和扩展机理，建立了单晶铜弯曲变形的分子动力学模型，应用速度标定法控制温度，采用Morse势进行了单晶铜的弯曲变形分子动力学模拟。研究表明：应变能的不断积累使晶体内部产生空位，材料的裂纹萌生于空位，空位的合并形成纳米级裂纹，后续微观裂纹的扩展类似于宏观裂纹；裂纹缺陷促进了裂纹的萌生和扩展。     

16Mn钢焊接件疲劳裂纹萌生与扩展机理研究

对16Mn钢对焊接头的焊缝及热影响区中疲劳裂纹的萌生与扩展机理进行了研究与讨论,结果发现：疲劳裂纹的萌生与扩展与铁素体组织有关,疲劳裂纹扩展阶段裂纹尖端附近为形成于铁素体晶粒内的位错胞及亚晶,在离裂纹尖端较远处为高密度的位错缠结。     

模拟准脆性材料热开裂的热力耦合格构离散单元法

针对准脆性材料的热传导与热开裂问题,基于格构离散单元法（LDEM）提出新的热力耦合数值模型. 通过格构离散体系与连续体传热过程的等效换算,结合格构单元的线膨胀公式,在LDEM中实现温度传导与裂纹扩展的数值模拟. 以平板的热传导与热弹性应力问题、由温度梯度与热失配引起的开裂问题为例,验证所提模型. 将所提模型应用于细观混凝土温度?应力试验的数值模拟中. 结果表明,LDEM热力耦合模型能够有效模拟准脆性材料的热传导过程、在温度影响下的裂纹萌生与扩展,是研究准脆性材料热开裂过程与机理的有力工具.     

半刚性路面基层收缩开裂静态力学模型研究

半刚性基层材料的收缩开裂极大地影响了路面的使用性能和服役年限。选用裂缝间距和裂缝宽度作为评价裂缝发生几率和裂缝危害性的指标。通过对半刚性基层的收缩开裂力学原理分析,建立了一种半刚性基层的收缩开裂模型,采用文献报道的弹性模量、抗拉强度、收缩系数对路面基层收缩开裂的两个评价指标进行了计算,从计算结果可以看出:采用室内试验计算的结果和实际基层的表现有很大的背离,并分析了原因,提出从设计和施工方面改善抗裂性能的措施。     

两类呼吸裂缝模型及其动力响应对比分析

结构构件开裂产生的非线性振动响应是结构损伤识别的重要依据,而选择合理的模型对准确计算这种非线性振动响应至关重要。根据振动过程中裂缝处结构刚度的变化规律,对现有呼吸裂缝模型进行了分析总结,并选取具有典型代表的两种模型,以带裂缝悬臂梁受迫简谐振动为例,对比分析了两种模型在不同激励频率和不同裂缝深度下结构响应的频谱特性。结果表明：相同条件下双线型呼吸裂缝模型较曲线型呼吸裂缝模型更易出现高频分量和谐振现象,能更好地表征裂缝在振动过程中的呼吸效果。     

结构裂缝的分布式光纤监测方法及试验研究

结构裂缝监测是评估结构安全性的重要依据之一,分布式光纤裂缝监测技术可有效避免点式检测空间不连续造成的漏检现象,且易于实现自动化监测。该文提出了布里渊光频域分析计（BOTDA）结合斜交光纤组的裂缝监测方法,通过几何分析得到了光纤应变和裂缝宽度及开展方向的理论模型,并采用标定试验建立了由光纤测试应变反算裂缝宽度及开展方向的数值方程。同时开展了光纤裂缝传感器标距和预拉力大小对测量精度影响的试验研究,并标定了300mm标距的光纤裂缝传感器实测应变和裂缝宽度及夹角的定量关系。最后通过裂缝模拟试验对裂缝开展进行了跟踪监测,结果表明斜交光纤组能有效得到光纤与裂缝之间夹角值并实时监测裂缝宽度变化。     

驿峰路路面裂缝病害原因及修补技术

由于施工、气候、荷载、养护等多方面因素的影响,水泥混凝土路面易产生裂缝,及时修复是延长路面使用寿命的关键。通过对驿峰路混凝土路面状况的调查,对其裂缝形成原因包括材料、施工、环境和养护等方面进行了分析,对不同裂缝提出相应的修补方案。     

基于裂缝扩展准则的混凝土重力坝裂缝扩展全过程数值分析

将裂缝扩展准则应用于混凝土重力坝裂缝扩展全过程分析,结合虚拟裂缝模型计算了经典混凝土重力坝模型的断裂特性,并与其他数值方法进行了对比。结果表明：利用该数值方法得到的混凝土重力坝模型的外荷载一裂缝口张开位移曲线及裂缝扩展路径与试验结果均吻合良好;当给定了混凝土材料的起裂断裂韧度、断裂能、抗拉强度等参数后,即可采用该数值方法对混凝土重力坝裂缝扩展全过程进行分析。     

减速器齿轮开裂分析

从渗碳层深度、硬度与组织、齿轮材质、裂纹区组织与硬度等方面对开裂的渗碳齿轮进行了检测和分析。结果表明,齿轮上的裂纹虽然是在渗碳淬火、回火后的磨削时发现,但系锻造裂纹,而非淬火裂纹。给出了避免出现锻造裂纹的措施。     

低配筋轻骨料混凝土梁裂缝宽度的试验研究

在6根煤矸石混凝土梁和9根浮石混凝土梁试验的基础上,对低配筋轻骨料混凝土梁裂缝开展机理作了详细的分析.在试验结果和分析的基础上,提出了低配筋轻骨料混凝土梁裂缝开展宽度验算公式,并改进了纵向受拉钢筋的内力臂系数、钢筋应变不均匀系数的计算公式,使裂缝宽度的计算更为合理.     

GFRP筋活性粉末混凝土梁正截面抗裂度计算方法

为研究GFRP筋活性粉末混凝土梁抗裂性能,进行8根GFRP筋活性粉末混凝土梁受弯性能试验,获得这类梁的开裂荷载试验值.参照普通钢筋混凝土梁正截面抗裂度计算方法,结合活性粉末混凝土受拉应力-应变关系,建立GFRP筋活性粉末混凝土梁正截面抗裂度计算模型,得到与配筋率成线性关系的截面抵抗矩塑性影响系数的计算公式.将按此公式计算得到的开裂荷载计算值与试验值进行对比,结果表明两者吻合良好.由此得到GFRP筋活性粉末混凝土梁正截面抗裂度计算方法.     

碾压混凝土重力坝诱导缝施工期三维非线性开裂分析

基于三维瞬态有限元温度应力仿真分析的结果,采用混凝土分布裂缝模型,对大坝诱导缝的开裂及裂缝扩展进行了跟踪计算.计算结果表明,坝体的上游面诱导缝缝端应力强度因子局部超过混凝土的断裂韧度,诱导缝开裂发生,诱导缝的开裂明显地减小了坝段中部区域的拉应力,根据开裂分析结果,建议诱导缝的设置长度为4.5m.     

半刚性基层沥青路面反射裂缝形成扩展机理与防治

半刚性基层沥青路面普遍存在反射裂缝．首先根据西尔斯和不里恩公式计算了半刚性基层中的温缩应力和干缩应力,指出它们是导致基层首先开裂的主要原因,在此基础上运用断裂力学观点阐述了沥青路面反射裂缝的两种开裂模式：剪切型,拉裂型．分别分析了行车荷载与温度荷载造成的不同破坏模式．最后针对影响裂缝形成和扩展的因素提出了3种防治措施,即增加面层厚度,改善基层的温干缩性质,设置应力吸收层．