拉/扭复合载荷下氧化铝的切口强度及预测

提出了适用于陶瓷切口件拉／扭复合应力下的断裂准则，其中不合经验参数。采用具有不同应力集中系数的Al2O3陶瓷管状试样，在不同的拉／扭复合应力状态下测定了断裂强度。试验结果证明了该断裂准则的有效性和通用性。利用现有文献中的相关试验结果，对上述断裂准则作了进一步的客观校核。根据该断裂准则和陶瓷材料拉伸强度的概率分布参数，还可预测陶瓷材料光滑试样和切口件在拉／扭复合应力下具有存活率的断裂准则。提出的断裂准则具有工程应用意义。     

轴向压缩载荷下陶瓷切口件的断裂准则

根据对切口试件的应力分析和脆性断裂理论，给出了压缩载荷下陶瓷切口件的断裂准则，并进行了验证。在压缩载荷下，陶瓷材料切口件的断裂强度与陶瓷材料的断裂强度之间存在定量关系。可根据陶瓷材料断裂强度的概率分布参数，求得压缩载荷下陶瓷材料切口件的带存活率的断裂准则，并进行了验证。     

材料的切口强度与切口敏感性

较全面地总结了高塑性材料,低塑性材料和脆性材料拉伸切口强度的最新研究结果,给出了各种材料切口强度的估算公式。公式考虑了材料的拉伸性能,应力集中和切口根部的应力状态,以及加载条件等。     

拉弯复合应力下表面裂纹疲劳扩展规律研究

拉弯复合应力状态广泛存在于压力容器接管及几何形状不连续的过渡区,容器的使用寿命往往取决于这些区域的抗疲劳强度。本文对拉弯复合应力下半椭圆表面裂纹疲劳扩展规律进行了实验研究,用等参拟协调三维有限元分析了拉弯复合应力下表面裂纹试件的应力强度因子计算方法。通过对40Mn2A中碳钢的实验研究证明了在拉弯复合应力下表面裂纹的疲劳扩展规律当c向的ΔK_c′=0.9ΔK_c时,a向和c向可用同一Paris公式来描述。     

韧性材料断裂形式与J准则存在的问题

受材料特性不同与应力状态形式不同的影响,韧性材料可发生准解理断裂、孔洞正拉断、孔洞剪断和无孔洞影响的剪断等多种断裂形式,不同的断裂形式,材料中危险点位置与宏观断裂面方向则不同,相应的细观断裂机理、宏观断裂条件也有区分.J-积分理论没有区分材料不同断裂形式,将其用于金属材料一些复合型断裂试验结果时有较大误差.利用细观力学对材料断裂机理的分析,结合几种金属材料在不同应力状态下的断裂试验结果,对J准则存在的基本问题进行讨论,并对材料不同断裂形式的主要影响因素进行分析.     

拉扭应力幅比对LZ50钢短裂纹行为的影响

在保持等效应力幅一致的前提下,开展LZ50钢在7种不同拉扭应力幅比(λ)载荷作用下的疲劳短裂纹复型试验。结果表明,拉扭应力幅比的变化未改变短裂纹萌生与扩展总体规律。裂纹均萌生于铁素体晶粒内部或晶界处,在微观短裂纹阶段受铁素体晶界和珠光体带状结构边界阻碍,扩展速率出现两次较明显下降;进入物理短裂纹阶段后,微观结构对裂纹扩展影响减弱,扩展速率持续上升。同时,随着拉扭应力幅比减小,相同短裂纹尺度下的扩展速率下降,断裂面与试样轴向的夹角逐渐减小,裂纹由单源萌生逐渐过渡为多源萌生,试样疲劳寿命呈增加趋势。此外,通过构建拉扭应力幅比—寿命曲线方程,证明相同等效应力幅条件下,轴向拉压载荷对材料的疲劳损伤贡献大于扭转载荷,且随着拉扭应力幅比的减小,试样疲劳寿命提高的程度不断增强。     

弯扭组合轴表面裂纹应力强度因子修正系数的光弹性确定

评价了将轴表面半椭圆裂纹简化为有限边界平板和单边裂纹问题和半无限体表面穿透直线裂纹问题来处理的局限性。通过三维光弹实验成功地测定了轴表面半椭圆裂纹前缘各点的应力强度因子ＳＩＦ，并根据几组弹数据回归出轴表面对ＳＩＦ的影响修正系数ＭＹ与裂纹相对深度α／Ｆ之间的关系曲线。     

利用U形切口测量脆性材料断裂参数的方法

基于I型载荷模式下U形切口的两个应力准则:平均周向应力准则和最大周向应力准则,沿袭Seweryn思想,把裂纹看作切口根部半径为零的U形切口特例,分别建立了脆性材料断裂韧度K10C、抗拉强度σC和U形切口临界切口应力强度因子KU1C之间的关系式。利用I型载荷模式下U形切口平板破坏试验的临界载荷,借助于Ansys有限元数值分析的结果,提出了新的测量脆性材料抗拉强度和断裂韧度的方法,并对相关文献中有机玻璃、铝合金单边U形切口的三点弯曲实验和具有中间U形切口石墨平板的拉伸实验进行了验证。由于U形切口加工方便,I型模式的断裂载荷也比较容易获得,新的测量方法简单、方便,适合于工程应用。     

韧性材料复合型断裂启裂点与开裂方向的讨论

参照多种材料常规断裂结果的宏观分析，通过研究LY12材料在不同复合比载荷下的断裂试验结果，修正了一般断裂试验中认定裂纹启裂方向的方法，结合不同复合比下裂尖附近应力三维度场、主应力方向的计算分析，得到：在裂端的钝化变形区域、应力三维度的极大值处，对应于裂纹的启裂位置，即使韧性材料II型裂纹发生剪切断裂的情况下也是如此、裂纹的启裂方向在拉伸断裂时与启裂点最大拉应力方向有关，在翦切断裂时与启裂点最大剪应力方向有关。     

陶瓷材料的抗扭切口强度与表达式

根据受扭矩圆柱体中的应力分析和Griffith脆断强度理论，提出了脆性材料的抗扭切口强度表达式。根据此式和Al2O3陶瓷管抗扭强度的正态分布参数，可以求得带存活率的抗扭切口强度表达式，并进行了验证。还提出了处理来自不同试验室的Al2O3陶瓷管抗扭强度和抗扭切口强度试验数据的思路和方法。结果表明：此试验数据处理的思路和方法是可行的。     

厚壁圆筒在内压和轴向力复合载荷作用下的极限载荷

基于理想弹塑性材料假设和Von—Mises屈服准则,考虑厚壁圆筒三向应力分布的不均匀性以及圆筒的几何特性,推导给出了厚壁圆筒在内压和轴向力共同作用下的极限载荷表达式。文中的理论解与前人的解比较结果表明,文中的解比现有解精确,用于薄壁圆筒时,其解与现有的薄壁解一致。