一种新型断料工艺—应力断料的研究

半个世纪以来,为了研究材料在低应力状态下的突然脆断,不少专家化费大量精力,深入探讨如何防止和控制构件的断裂破坏,“断裂力学”这门新学科也应运而生。甘肃工大的同志们,创造性地把材料低应力脆断现象,应用于机械加工工艺中,将防止断裂转化为谋求断裂,他们称之为“断裂设计”.这是一种新的设想,我们希望,本文的发表,将能引起有关同行们的兴趣和关注,共同对这种“裂纹技术”进行探讨和研究。     

复杂应力状态下铝硅合金（ZL105）的强度实验研究

铝硅合金(ZL105)是典型的拉伸和压缩性能不同的材料。本文对铝硅合金薄壁圆管试件进行了轴向拉伸(压缩)和内压的双向强度实验研究。给出了铝硅合金在拉—拉和拉—压双向应力状态下的强度。实验表明:破坏的形式分为拉断和剪断,在压应力占优势时剪应力起主要作用,有较大的塑性变形发生,破坏形式为剪断;在拉应力占优势时拉应力起主要作用,破坏呈弹性拉断。并根据断裂的形式解释了铝硅合金(ZL105)拉、压强度不同的原因。     

韧性材料的几种断裂形式及判据讨论

考察几种韧性材料的复合型断裂试验过程，用传统强度理论思想认定启裂位置与启裂方向，通过对不同物理机制的断裂形式变化规律的研究，判定韧性材料的主要断裂形式有三类，以空穴成核、扩张、聚合为主导机制的正拉断，和以局部剪切带形成、发展为主导机制的两种不同类型的剪切断裂。局部大塑性变形的出现在材料内引起损伤，空穴的聚合或局部剪切带的出现仅发生在载荷达到某一临界值时。导致材料断裂发生的根本因素，是危险点上某应力参数达到了材料的断裂临界值，以此对不同断裂形式的断裂判据进行讨论，提出新的韧性断裂判据。     

脆断问题(一)

一、绪言1.历史情况自上世纪以来,就已认识到普通延性材料有发生脆断的可能性。但是只在最近,特别是在焊接结构出现以后,在选择和使用能减少脆断危险的材料方面才作了大量的工作。脆断一般是灾难性的,会使结构完全损坏。它的特征是破坏发生于相当低的外加应力水平,经常低于各种设计规范所许可的应力水平。脆性表现于断裂开始时总的变形很小,而     

平纹编织C/SiC材料复杂应力状态的力学行为试验研究

利用Arcan夹具,实现对2D平纹编织C/SiC复合材料拉剪、压剪加载试验,研究材料在复杂应力状态下的力学行为,分析材料的损伤演化和失效模式。试验结果表明,材料在拉剪复杂应力状态下不同角度的应力—应变曲线呈现非线性关系;在压剪复杂应力下,随着加载角度增大,应力—应变曲线非线性程度增大。断口分析表明纯剪切形成平齐断口,受拉应力影响材料在拉剪复杂应力状态下形成斜断口。试验分析表明,适当的压应力能提高抗剪切破坏能力。偏移型椭圆失效判据与试验值吻合较好,该失效判据能较好地描述材料在复杂应力状态下的破坏行为,能较好反映材料的强度特征。     

圆柱螺旋弹簧防断裂破坏设计与计算

运用断裂力学理论，建立了圆柱螺旋弹簧断裂破坏的应力强度因子判据，提出了静载或变载下圆柱螺旋弹簧防断裂破坏的设计与计算方法，为制订热卷圆柱螺旋弹簧允许表面缺陷的标准提供了理论依据。     

双向载荷下威布尔应力参量的研究

以往对双轴断裂的研究多采用线弹性断裂力学参量且限于弹性材料，局部法理论提出了威布尔应力参量，威布尔应力作为度量脆性断裂概率的参量已广泛采用。为研究双向载荷对威布尔应力的影响，文中开发了威布尔应力计算程序并进行考核验证，以威布尔应力为参量，以ASTM A36钢中心裂纹板为研究对象，结合有限元分析方法，研究二维裂纹问题在不同双向载荷比下威布尔应力参量的变化规律，从而得到双向载荷对脆断概率的影响。计算结果表明，平面应力状态下，双向载荷对威布尔应力和脆断概率基本上没有影响；而在平面应变状态下，威布尔应力和脆性断裂概率随双向载荷比增大而增大。     

单晶锗各向异性对加工表面粗糙度的影响

为了减少锗组件加工时易发生断裂破坏和加工表面质量不均一问题,从单晶锗结构的各向异性特征出发,研究了单晶锗材料解理面和滑移面上的应力变化;给出晶体取向对切屑脆-韧去除方式影响程度的判据;建立了单晶锗任意晶面的解理面和滑移面上应力计算模型;分析了单晶锗车削表面粗糙度以及切削力的各向异性分布规律。并对典型晶面及任意晶面的切屑脆-韧去除方式和晶向之间关系进行了计算。通过切削试验,验证了模型和判据的正确性。     

关于低温低应力脆断问题

本文分三个方面分析讨论了低温低应力脆断问题。针对影响金属材料断裂性质变化的主要因素——温度,提出了在特定情况下以材料的韧-脆转变温度为分界线,来划分金属材料是否处于“低温”的看法。并试图给所谓低温低应力脆断下个定义。     

环状阀片的破坏

氨压缩机中环状阀片破坏形式大部分是径向断裂或局部剥落并伴有磨损。国内不少资料论述了环状阀片的受力状态、运动规律、冲击速度等影响寿命的力学条件。本文通过断口实例分析,提出30CrMnSiA钢制环状阀片断裂的主要原因:在交变冲击载荷作用下,亚表面产生最大切应力与材料本身的缺陷致使裂纹产生,造成表面块状剥落,断面积减小,应力急剧增大而导致阀片的径向断裂。     

拉/扭复合应力下脆性材料断裂的一般准则

根据脆性材料的正应力断裂准则，提出适用于在拉／扭复合应力下无机玻璃(包含陶瓷)等脆性材料的断裂准则，并利用文献中的试验结果对该准则进行了客观的校验。提出的拉／扭复合应力下结构陶瓷材料的断裂准则，既适用于脆性材料的光滑试件，也适用于具有不同应力集中系数的切口试件或结构件。此外．该准则具有简洁的形式，不合任何经验常数；更重要的是，可以根据抗拉和抗剪强度的概率分布，求得拉／扭复合应力下结构陶瓷材料带存活率的断裂准则。     

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.     

U形切槽梁准脆性材料力学双参数测试法

提出用变化U形切槽根部圆角半径的纯弯曲梁或三点弯曲梁同时测试准脆性材料断裂韧度和抗拉强度的方法.其测试原理为:首先对U形切槽二等分线上的弹性张开应力在断裂过程区长度上积分,再除以该长度,得到平均应力;然后用非局部应力法和平均应力得到含有断裂韧度和抗拉强度的破坏准则;将材料试验机测得的几组U形切槽梁的临界载荷代入平均应力破坏准则,得到有关这两个力学参数的超定方程组,再用恰当的数值方法求解.用此力学双参数测试方法必须知道U形切槽梁相应的应力集中系数,为此分别给出纯弯曲和三点弯曲U形切槽梁在宽范围内的应力集中系数,它们扩充和改进了现有应力集中系数手册中的有关数据.利用相关文献中的U形切槽梁实验数据验证了建议的测试方法是可行的.     

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。     

A new high-cycle fatigue criterion applied to out-of-phase biaxial stress state

A new multiaxial high-cycle fatigue criterion based on the so-called critical plane approach is presented. According to such a criterion, the critical plane orientation is proposed to be correlated with the averaged principal stress directions deduced through the weight function method. Then the fatigue failure assessment is performed by considering a nonlinear combination of the maximum normal stress and the shear stress amplitude acting on the critical plane. The proposed criterion is applied to a general sinusoidal biaxial stress state, for which analytical formulae can be derived. The theoretical results calculated according to the present criterion, together with those of other common critical plane criteria, are compared with experimental data related to different brittle (hard) metals under in-phase or out-of-phase sinusoidal biaxial normal and shear stress states.     

Evaluation on the fracture toughness and strength of fiber reinforced brittle matrix composites

It is well known in the fracture mechanics community that the performance of brittle materials, such as different types of ceramics which have low fracture toughness, improves significantly when fibers are added into the material. This is because the presence of fibers deters the crack propagation. Fibers bridge the gap between two adjacent surfaces of the crack and reduce the crack tip opening displacement, thus make it harder to propagate. Several investigators have experimentally studied how the length, diameter and volume fraction of fibers affect the fracture toughness of fiber reinforced brittle matrix composite materials. However, to this date not much work has been done to develope a micro-mechanics based simplified mathematical model of fiber reinforced composites that can quantitatively explain the increase of the fracture toughness and strength of a composite with volume fraction, length and diameter of fibers, used for strengthening the composite, this is what is attempted in this paper.     

Transition temperature and fracture mode of as‐castand austempered ductile iron

The ductile to brittle transition temperature is a very important criterion that is used for selection of materials in some applications, especially in low‐temperature conditions. For that reason, in this paper transition temperature of as‐cast and austempered copper and copper–nickel alloyed ductile iron (DI) in the temperature interval from ?196 to +150°C have been investigated. The microstructures of DIs and ADIs were examined by light microscope, whereas the fractured surfaces were observed by scanning electron microscope. The ADI materials have higher impact energies compared with DIs in an as?cast condition. In addition, the transition curves for ADIs are shifted towards lower temperatures. The fracture mode of Dls is influenced by a dominantly pearlitic matrix, exhibiting mostly brittle fracture through all temperatures of testing. By contrast, with decrease of temperature, the fracture mode for ADI materials changes gradually from fully ductile to fully brittle.     

精铸热锻模具钢的强韧性与早期脆断

通过精铸热锻模的应用及对失效形式、工况条件的分析和性能测试，探讨精铸热锻模具钢的强韧性与早期脆断的关系。结果表明，精铸热锻模早期脆性断裂往往是由于热处理不当和操作不合乎要求引发的内应力与显微裂纹等所致，精铸热锻模具钢低的冲击韧度不是导致早期脆性断裂的根本原因，通过材料和工艺的改进，精铸热锻模早期脆性断裂是可以避免的。     

CCCD-SHPB动态断裂试验系统原理及数值分析

提出在分离式Hopkinson压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)上用中心裂纹圆盘(central cracked circular disk,CCCD)型试件形成CCCD-SHPB试验系统来实施脆性材料的动态断裂试验.该系统的基本思想是基于SHPB的一维试验原理,得到中心裂纹圆盘型试件两端载荷的平均载荷;推广准静态的应力强度因子公式,并以此平均载荷代入以获得动态应力强度因子.对此动态断裂试验系统的三维动力学数值分析表明,CCCD-SHPB动态断裂试验方法是有效的,用此动态应力强度因子表征和测试脆性材料动态断裂韧度的方法也是有效可靠的.