应力梯度对陶瓷材料断裂强度的影响

研究了结构陶瓷在非均匀应力场下应力梯度对断裂强度的影响,通过均强度准则解释了为什么应力梯度越高强度越高的现象。采用氧化物陶瓷作为试样,测试了不同厚度的试样在三点弯曲下强度的变化,证明了应力梯度对最大破坏应力有作用。     

梯度功能陶瓷材料的热应力分析

梯度功能陶瓷材料是一种非均匀材料,在一定温度场下会由于热胀不一致而形成的热应力,本文给出了该温度场条件下的解析解,从而设计,制备梯度功能陶瓷材料提供了计算依据。     

梯度功能材料的裂纹问题

从断裂力学的角度,阐述了有关梯度功能材料裂纹问题的基本概念。系统归纳和总结了梯度功能材料的裂纹模型,着重讨论了裂纹尖端应力场和应力强度因子及其影响因素,并对梯度功能材料裂纹的研究发展前景提出了一些建议。     

直管外表面轴向半椭圆裂纹应力强度因子K_Ⅰ分析

应用有限元软件ANSYS建立了含外表面轴向半椭圆裂纹有限元模型,采用参数化建模对内压下裂纹的应力强度因子KI进行计算,得出了影响应力强度因子的主要因素。计算表明,应力强度因子随a/t及a/c成线性变化,并与t/Do为乘幂关系。一般情况下,表面裂纹在最深点(90°)处应力强度因子最大,然后随着角度的减小应力强度因子依次减小,但是在最浅点(0°)处应力强度因子有回升趋势,且随着a/t的增加,回升趋势逐渐明显,甚至出现当a/t=0.8时,最浅点应力强度因子超过最深点的现象,这时对于结构的脆性起裂位置要慎重判断,不能单纯的以最深点KI为断裂依据。     

用杂交有限元计算应力强度因子

本文阐述了一种用假定应力分布的杂交有限元模型来计算裂纹问题中应力强度因子的方法。实践证明:该方法具有精度高、效率高的优点,并可以很方便地考虑体积力载荷以及裂纹表面的分布载荷,所以它的使用范围十分广泛。     

直管外表面轴向半椭圆裂纹应力强度因子KⅠ的有限元分析

利用有限元法对含外表面轴向裂纹的直管进行了分析,应用有限元软件ANSYS建立了裂纹有限元模型,采用参数化建模对内压下裂纹的应力强度因子KI进行计算,得出了影响应力强度因子的主要因素。计算表明,应力强度因子随a/t及a/c成线性变化,并与t/Do为乘幂关系。一般情况下,表面裂纹在最深点（90°）处应力强度因子最大,然后随着角度的减小应力强度因子依次减小。但是在最浅点（0°）处应力强度因子有回升趋势,且随着a/t的增加,这种回升趋势逐渐明显,当a/t=0.8时,甚至出现最浅点KI超过最深点KI的现象,这时对于结构的脆性起裂位置要慎重判断,不能单纯地以最深点KI为断裂依据。     

对称型梯度功能陶瓷材料抗热震性的研究

通过水淬实验并结合热冲击过程瞬态热应力场的计算，研究了Al2O3/W(W,Ti）C系列对型梯度功能陶瓷材料的抗热震性能。结果表明，采用合理的梯度组成分布规律可提高陶瓷材料的抗热震性。     

含纵向内裂纹管道的应力分析及应力强度因子研究

裂纹是压力管道中常见的缺陷形式,其失稳扩展将引起灾难性事故。以断裂力学基本理论为依据,采用1/4节点法和二维奇异单元建立了含纵向内裂纹管道的有限元分析模型,对含裂纹管道进行了应力分析,并对裂纹尖端的应力强度因子进行了分析计算。研究结果对于压力容器及管道的安全分析具有重要的参考价值。     

弯曲载荷作用下孔边角裂纹的应力强度因子与疲劳扩展规律

本文运用边界元方法提出了弯曲载荷作用下,平板中孔单边角裂纹裂尖的应力强度因子(SIF)的计算式。并通过实验研究了孔单边角裂纹在交变的弯矩作用下,裂纹的形貌变化规律及裂纹扩展速率,指出角裂纹沿长度方向的扩展可以用Paris公式来描述,而沿深度方向则不然,但两者之间具有幂函数的关系。     

梯度功能陶瓷刀具材料的残余应力设计及制备

根据陶瓷刀具切割时刀楔内的应力分布规律及刀具损坏机理的分析,首次提出以陶瓷刀具材料的组成分布进行设计以及梯度的模型,通过对不同组成分布的刀具材料制备过程中的残余应力及刀具切削过程中的热应力,机械应力进行模拟,以残余应力与外加应力部分抵消为目标优化设计了梯度组成分布,按设计结果,采用粉末铺填－热压烧结工艺研制成功Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＣ系梯度功能陶瓷刀具材料。     

新型梯度功能陶瓷刀具材料的设计模型

本文首次提出对陶瓷刀具材料的组成分布，微观结构进行设计以形成梯度模型，通过不同组成分布的刀具工作过程中的热应力，机械应力及材料制备过程中的残余热应力进行了模拟，以使刀具材料内部形成与外载应力部分抵消的机制，从而提高陶瓷刀具抗磨损破损的性能。     

基于高承载能力的梯度功能材料设计

本文首次提出了梯度功能材料梁的等效抗弯刚度概念,并给出了其理论表达式。利用梯度功能材料梁的等效抗弯刚度概念可计算外载作用下FGM梁滑梯度方向的应力分布,从而可方便地评价FGM的承载能力。等效抗弯刚度的提出为高承载FGM等热应力缓和以外的梯度功能材料的组成分布和结构设计提供了一条新途径。     

TiC／Ni3Al系梯度功能材料在稳定状态下的隔热应力及其组成分布优化

通过实验方法，测定了ＴｉＣ／Ｎｉ３Ａｌ复合材料的诸物性参数，在此基础上，对于ＴｉＣ／Ｎｉ３Ａｌ系梯度材料（ＦＧＭ）在稳定状态下产生的隔热应力，利用有限元方法进行了热弹性模型下的三维解析，在考虑热应力最小，比应力最小以及ＴｉＣ侧应力状态等因素之后，对圆反状ＴｉＣ／Ｎｉ３Ａｌ系梯度材料的组成分布进行了优化。     

MgO／Ni系梯度功能材料的设计与制备

对ＭｇＯ／Ｎｉ系梯度功能材料（ＦＧＭ），分别用实验和微观力学模型测定和计算了用于热应力缓和设计的各物性参数。讨论了两种结果之间存在差异的原因。用有限元方法模拟了制备过程中ＦＧＭ的热应力，得到ＭｇＯ／Ｎｉ系ＦＧＭ的综合设计准则。按设计结果进一步调整粉末工艺性质，成功地烧制出ＭｇＯ／Ｎｉ系ＦＧＭ。     

PSZ－Mo系梯度功能材料的热应力缓和设计与制备

对ＰＳＺ－Ｍｏ系梯度功能材料（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｌｙｇｒａｄｉｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｓ简称ＦＧＭ）在制备过程中的热应力缓和性能进行了优化设计，用有限元方法解析了ＰＳＺ－Ｍｏ系两层叠层材料（即非梯度功能材料）在制备过程中的热应力分布情况。同时解析了ＰＳＺ－Ｍｏ系ＦＧＭ在制备过程中的热应力分布及缓和规律。揭示了ＰＳＺ－Ｍｏ系ＦＧＭ在制备过程中的热应力大小与组成分布形状指数Ｐ的关系，对所研究的体系通过热应力解析，得到制备中热应力缓和最佳时的Ｐ值，同时，对ＦＧＭ的制备工艺进行了研究，用粉末法分别制备出２４ｍｍ×５．６ｍｍ和３０ｍｍ×５ｍｍ完整的ＦＧＭ试样。