有机玻璃纯Ⅰ型和纯Ⅱ型动态断裂行为的实验研究EI北大核心

采用尖槽式中心切口圆盘试件,在分离式霍布金森压杆试验装置上对有机玻璃纯Ⅰ型和纯Ⅱ型加载条件下的动态断裂行为进行了实验研究。结果表明,加载速率对有机玻璃的断裂行为有显著的影响,有机玻璃纯Ⅰ型和纯Ⅱ型断裂韧度的测试结果均表现出明显的加载速率相关性,且随着加载速率的增加而增大。     

纯Ⅰ型加载条件下有机玻璃中心切口圆盘断裂的尺寸相关性

采用直槽式和尖槽式中心切口圆盘试件,对有机玻璃在纯Ⅰ型准静态加载条件下的断裂行为进行了实验研究.结果表明,中心切口圆盘试件的切口形状对断裂行为和断裂韧度的测试结果有显著的影响.直槽切口偏离理想裂纹,裂纹起裂始于切口端部的角点,实测的断裂韧度值偏高且具有尺寸相关性;尖槽切口接近理想裂纹,裂纹起裂始于尖角的顶点,实测的断裂韧度不存在尺寸相关性,即是材料常数.     

半圆盘构件冲击断裂特性的动态焦散线实验研究

采用动态焦散线实验系统,对有机玻璃（PMMA）在冲击载荷下的I型和I-II混合型裂纹在起裂和扩展时的动态断裂特性进行了研究。结果表明：随着PMMA由I型断裂转变为I-II混合型断裂,从落锤作用在试件上到裂纹起裂所需时间不断增加,说明裂纹起裂需要的能量有所增加,同时从裂纹起裂到最终贯通所需时间不断减少,说明裂纹平均扩展速度也不断增大;在I型断裂中,PMMA的断裂韧度KIC为2.04 MN/m3/2,而在I-II混合型断裂中,PMMA的断裂韧度KIC低于I型断裂时的断裂韧度KIC,但是KIIC有所增大;对于I-II混合型断裂,PMMA极限扩展速度约为366m/s,当达到极限扩展速度后,裂纹尖端出现微裂纹增韧现象,使裂纹的表面能迅速增大,随后裂纹的扩展速度迅速减小。     

定向有机玻璃断裂特性试验研究

有机玻璃材料具有较好的强度和透光性而广泛应用于飞机座舱盖、风挡等结构中。目前,国内对YB-DM-3型航空有机玻璃研究比较多,但对YB-DM-10（锦西化工研究院研制）及POLY20001（国外进口）的断裂特性研究较少,因此有必要对这三种材料的断裂特性进行试验研究,为飞机座舱盖航空有机玻璃选材、使用及维护提供依据。     

混凝土、纤维混凝土的Ⅰ型断裂

本文论述求混凝土、纤维混凝土试件在小于断裂荷载的外力作用下,裂纹的非线性扩展及如何用它来确定材料的断裂韧度。另介绍了作者提出的纤维混凝土的一般拉伸软化曲线及分析裂纹构件最大断裂荷载的有关方法。     

混凝土/花岗岩界面Ⅰ-Ⅱ复合型动态断裂试验研究

为研究混凝土/岩石界面在复合型应力条件下的动态断裂性能,考虑四种应变率(10-5~10-2 s-1)及三种模态(21.8°,41.7°和60.3°)工况,对混凝土/花岗岩复合试件进行了四点剪切试验,获得了荷载与裂缝张开位移及裂缝剪切位移的关系曲线;结合界面力学理论和结构动力分析得到了界面Ⅰ型和Ⅱ型动态应力强度因子,据此得到并分析了断裂韧度、应变能释放率的率相关性及模态比相关性。结果表明:在所研究的应变率和模态角范围内,同一时刻的裂缝张开位移均大于裂缝剪切位移;Ⅰ型和Ⅱ型断裂韧度均随应变率的提高而增加,Ⅰ型断裂韧度随模态角的增大而减小,Ⅱ型断裂韧度随模态角的增大而增加;应变能释放率随应变率和模态角的增加均呈现出增长趋势。     

岩石Ⅰ型断裂韧度测试方法研究进展

岩石断裂韧度测试方法研究是准确获取岩石断裂韧度值的重要前提, 也是进行岩石断裂力学理论和应用探索的重要途径. 本文综述了国内外岩石Ⅰ型断裂韧度测试方法, 着重介绍了美国材料与测试协会 (ASTM) 和国际岩石力学协会 (ISRM) 提出的建议测试方法及其研究进展; 对比了不同测试方法获得的岩石Ⅰ型断裂韧度值之间的差异, 并分析了产生这种差异的原因; 指出了岩石断裂韧度测试方法中有待于进一步研究的问题.     

含裂纹悬臂梁的动态弯曲断裂行为研究

本文采用动态焦散线方法对含裂纹悬臂梁承受横向冲击的弯曲断裂行为进行了动态断裂力学实验研究，分析了无量ａ／ｈ（ａ：初始裂纹长度；ｈ：梁高度）对于裂纹动态扩展行为（裂纹起始状态、裂纹尖端的应力强度因子、裂纹扩展速度、裂纹扩展轨迹）的影响，并借助动态光弹性应力分析，对应力波与扩展裂纹的相互作用、以及应力波传播规律进行探讨。     

成层混凝土的剪切强度和Ⅱ型断裂韧度

该文对成层混凝土的层间结合性能进行研究,通过直接剪切试验和双边缺口单边加载断裂试验测得混凝土层间的抗剪强度参数和Ⅱ型断裂韧度,研究了混凝土浇筑的层间间隔时间对成层混凝土层间结合性能的影响。试验结果表明：Ⅱ型断裂韧度K_Ⅱc与粘聚力c具有较好的线性相关性,而其与摩擦系数f不具有明显相关性。同时根据Ⅱ型断裂的定义假定断裂时满足摩尔库伦准则,推导出K_Ⅱc与c具有线性相关性。因此Ⅱ型断裂韧度可根据粘聚力直接估计出,避免了进行复杂而难以控制试验要素的Ⅱ型断裂试验。此方法为成层混凝土日后的断裂力学研究,提供了可参考的参数。     

防辐射含钆有机玻璃的断裂韧性研究

利用紧凑拉伸实验方法,测定含钆有机玻璃的平面应变断裂韧性KIC,并对紧凑拉伸试样的断面形貌进行分析。利用环境扫描电子显微镜原位拉伸测试技术,分析含钆有机玻璃在拉伸应力下的断裂过程,认为用裂尖银纹-裂纹模型和次级破裂模型分别解释含钆有机玻璃的慢速裂纹扩展和快速裂纹扩展过程是合适的。     

冲击载荷作用下岩石Ⅰ型裂纹动态断裂试验研究

以可调速落锤冲击试验机作为试验加载装置,采用数字散斑相关方法作为试验的观测手段,通过搭建高速数据采集系统,对岩石Ⅰ型裂纹在冲击载荷作用下的动态断裂进行试验研究。试验研究了冲击载荷作用下岩石Ⅰ型裂纹扩展过程位移场的演化特征;分析了岩石在冲击加载速度下裂纹扩展速度以及裂纹扩展距离随时间的变化规律;定量得到了岩石Ⅰ型裂纹动态断裂的裂纹张开角;同时开展了不同冲击加载速度下岩石Ⅰ型裂纹扩展速度的关系研究,研究结果表明,在试验所进行的中低速冲击加载情况下,裂纹扩展速度随着冲击速度的增加而增加,近似呈线性关系。     

动态断裂韧度与冲击功之间关系的探讨

将冲击功分为温度敏感分量和非温度敏感分量,通过对断裂过程中能量的分析,认为冷脆性金属材料在下平台的断裂阻力主要决定于非温度敏感分量,在塑-脆过渡区,随着温度升高,温度敏感分量的作用越来越大.得到动态断裂韧度(KId)与冲击功(CVN)之间的关系:K2Id=A+B(CVN),该式在上平台、塑-脆过渡区和下平台对KId的预测均与试验结果符合得比较满意.     

粗骨料体积分数对混凝土Ⅱ型断裂参数的影响

对不同粗骨料体积分数下的混凝土Ⅱ型断裂性能进行了研究。根据最大泥浆厚度(Maximum paste thickness, MPT)理论,给出了断裂韧度K_{Ⅱ C}与粗骨料体积分数V_a之间的经验关系式。通过对含有四种粗骨料体积分数(19%、25%、31%、37%)的无切口试件开展半边加载断裂试验,测得相应的峰值荷载、断裂韧度、能量释放率等断裂参数,并分析了断裂韧带表面的裂纹分布规律。试验结果表明:随着粗骨料体积分数的增加,混凝土的Ⅱ型断裂韧度K_{Ⅱ C}和临界能量释放率G_{Ⅱ C}明显增加,名义断裂韧带处的裂纹轮廓线更长、更曲折;各配比试件的开裂模式基本一致,剪切裂纹主要集中在名义断裂韧带区域。同时,利用数字图像相关技术(Digital image correlation, DIC)对试件表面的损伤演化进行分析,结果表明,试件表面的应变局部化能够较好地表征断裂过程区(Fracture process zone, FPZ)的形态特征及演化过程。随着粗骨料体积分数的增加,FPZ的形态更不规则,分支更多。      

NiTi合金动态断裂过程的实验和数值方法研究

为获得Ni Ti合金的动态起裂韧度和动态扩展速度与动态加载率之间的定量变化规律。利用分离式霍普金森压杆(SHPB)测试系统对单边三点弯曲试样(SENB)进行冲击加载试验,采用实验-有限元相结合的方法,获得动态断裂参数随时间的变化规律。SENB试样裂纹起裂时刻和裂纹扩展速度由粘贴在裂纹尖端的裂纹扩展计(CPG)测定。采用上述方法和数据获得Ni Ti合金的I型动态起裂韧度和动态扩展速度。实验结果表明:裂纹扩展计测得的起裂时刻与粘贴在同一试样上的监裂应变片测得的结果基本相符,因此可以利用裂纹扩展计代替传统的监裂应变片来监测裂纹起裂时刻,并获得Ni Ti合金的起裂韧度。同时,可以利用裂纹扩展计(CPG)获得裂纹动态扩展过程,绘制出裂纹扩展速度与时间的关系曲线,从而探讨Ni Ti合金的动态断裂韧度和裂纹扩展速度与动态加载率之间的定量变化规律。     

Ⅱ型Ⅲ型动态裂纹尖端断裂过程区近似评估方法

动态裂纹尖端断裂过程区轮廓的确定问题仍然是一个没有得到完全解决的问题。基于弹性动力学的理论和复应力函数方法,提出一种伪应力函数方法,用于近似评估动态裂纹尖端应力场。通过与已知应力场计算结果对比,验证了伪应力函数的正确性。利用此近似方法通过Von Mises强度准则和Tresca强度准则,分别确定了不同强度准则条件下、不同裂纹扩展速度下断裂过程区的轮廓。计算结果表明:II型和III型动态裂纹尖端断裂过程区关于裂纹面对称分布,随着裂纹扩展速度增大而增大。当裂纹传播速度接近瑞利波速时,断裂过程区变化加剧。利用Tresca强度准则计算得到的动态裂纹尖端断裂过程区面积比利用Von Mises强度准则计算得到的断裂过程区的面积大。     

预加载下岩石的动态力学性能研究

动态和静态载荷共同作用下的岩石力学特性是深部地下岩石工程的关键问题。设计了用于测试静态预加载下岩石动态力学性能的分离式霍普金森压杆系统,并详细介绍了具有预加载装置的分离式霍普金森压杆系统的原理、数据分析和应力波的传播过程。通过具有预加载装置的分离式霍普金森压杆系统研究了岩石在不同预拉伸应力下的拉伸强度。结果表明:动态拉伸强度和总拉伸强度随着加载率的增加而增加,同时,在相同加载率下,动态拉伸强度随着预拉伸载荷的增加而减小,而总拉伸应力与预拉伸载荷的大小无关。此外,对不同预加载条件下岩石的动态断裂韧度也进行了研究,实验结果说明岩石的动态断裂韧度和总断裂韧度随着加载率的增加而增加。在相同加载率下,动态断裂韧度随着预加载荷的增加而减小,而总断裂韧度随着加载率的增加而增加。     

热塑性树脂含量对CCF800H碳纤维环氧复合材料Ⅰ型层间断裂韧度的影响

采用国产CCF800H高强中模碳纤维增强环氧制备了复合材料,研究不同热塑性树脂含量对复合材料张开(Ⅰ)型层间断裂韧度的影响,研究表明:随着热塑组分含量的提高,复合材料的裂纹起始应变能量释放率(GⅠC-init)与裂纹稳态扩展应变能量释放率(GⅠC-prop)都获得了大幅度提升,在增韧组分质量分数大于20%时,增韧聚芳醚酰亚胺粉体可在复合材料层间富集形成层间高韧区,并在复合材料层间形成了由"连续相"和"分散相"组成的层间增韧结构。     

用变裂缝单一尺寸试样确定大理岩的断裂韧度

采用具有不同长度裂缝单一尺寸的中心圆孔平台圆盘试件,测定了大理岩的断裂韧度。基于Bazant的尺度律理论,根据有限元分析的结果拟合得到了无量纲能量释放率g(α0)的函数表达式,当无量纲裂缝长度α0=a0/R在0.28~0.51的范围时,与试件形状有关的函数g′(α0)/g(α0)的变化范围为1.0～5.8,能够满足Bazant尺度律公式中对脆性数β范围的需求。由试验结果得到了与试件尺寸无关的断裂韧度的真实值KImc和断裂过程区长度cf。用该方法确定岩石的断裂韧度,能够避免使用较大尺寸的试件,以及为得到足够大的β值范围而使用两种或两种以上试件的准备和试验带来的困难。     

超高强结构钢AF1410的断裂韧度试验研究

平面应变断裂韧度是材料进行损伤容限设计时用到的重要力学性能指标,因此如何通过试验手段获得该指标显得格外重要。本文对超高强结构钢AF1410进行了平面应变断裂韧度和延性断裂韧度的试验研究,结果表明:由于该材料的断裂韧度值较高,使得确保处于平面应变状态的试样尺寸过大,难以在普通低吨位的试验机上完成,而选用合适的试样尺寸,通过延性断裂韧度试验和相关的公式计算,则可以间接地获得超高强结构钢材料的有效平面应变断裂韧度值。     

基于声发射技术的30CrMnSi钢断裂机理研究

采用三点弯曲试样加载过程声发射监测实验,结合断口SEM观察及X射线能谱分析,考察了30CrMnSi合金钢延性断裂的整个物理过程.结果表明:30CrMnSi钢的断裂过程从宏观上可以分为裂尖塑性变形、裂纹亚临界扩展和裂纹失稳扩展三个阶段.其机理如下:裂尖塑性变形过程是位错的滑移、堆积而引起的孔洞形核和长大;裂纹亚临界扩展过...