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。     

云纹干涉法测定金属材料断裂韧度

运用云纹干涉法的波前干涉原理和非接触测量面内位移方法,测试三点弯曲试件裂纹嘴张开位移,并将此方法用于高温断裂韧度测试中.经过大量的金属材料断裂韧度测试,建立一套线弹性、弹塑性断裂韧度非接触测试方法,解决高温环境下的断裂韧度测试.     

球墨铸铁断裂韧度测试技术研究进展

断裂韧度是材料重要的抗断指标.总结了平面应变断裂韧度、弹塑性断裂韧度、裂纹尖端张开位移和动态断裂韧度测试技术的研究概况及在球墨铸铁材料上的应用,介绍了温度、显微组织、试样尺寸对球墨铸铁断裂韧度的影响规律,探讨了球墨铸铁断裂韧度试样中的裂纹长度测试问题,介绍了基于J-Q(J积分-三轴性应力因子)理论的球墨铸铁断裂韧度测试方法;认为基于J-Q理论的多参数断裂韧度测试是未来研究的重点,并且若要使断裂韧度真正用于工程安全评定,必须在测试时综合考虑实际服役时的加载模式及环境.     

基于示波冲击实验材料动态断裂韧度测试技术的研究

采用预裂纹Charpy冲击试样,基于示波冲击试验建立了测试材料动态断裂韧度的试验方法。与以往预裂纹试样动态应力强度因子的计算方法不同,采用Timoshenko梁理论,提出了一种简单方法来计算三点弯曲试样的刚度K(a),由此建立了三点弯曲试样动态应力强度因子的计算方法,通过实验测得启裂时间,从而确定动态断裂韧度。采用有限元方法对试样动态应力强度因子的理论计算方法进行了验证。结果表明,建立的计算方法准确、可靠,避免了复杂的数值计算,便于工程应用。     

两种缺口Q420钢的低温断裂韧度

结合工程应用背景,采用Q420桥梁用钢板,加工成W/B=2、S/W=5的非标准三点弯曲试样,通过线切割和线切割后预制疲劳裂纹两种方式得到相同长度的初始缺口,对其-30 ℃的低温断裂韧度进行试验研究,分析比较两种缺口试样断裂韧度测试条件值Kq和强度比Rsb,评价具有以上两种缺口时材料对脆性失稳扩展的不同抵抗能力,并求得相应的缺口修正系数;最后,从试样的P-V曲线图和断口分析其中的原因.试验分析结果为Q420钢的具体工程应用提供依据.     

用于断裂韧度测试的C形环小试样的规则化方法与应用

伴随结构精细化、小型化的发展,薄板、薄壁管件等小尺寸构件得到应用,试样小型化对满足特殊取样要求和材料断裂韧度测试需求有重要工程意义,而基于非标小试样的材料断裂性能测试方法尚难满足需求。设计用于延性材料断裂韧度测试的C形环小试样,提出应用该类小尺寸试样获取材料延性断裂韧度的、基于量纲一载荷分离理论的规则化测试方法。分别采用C形环小试样和传统紧凑拉伸型(Compact tension,CT)大试样完成转子材料26Ni Cr Mo V11-5钢和压力容器材料A508-Ⅲ钢的J阻力曲线试验,讨论C形环小试样厚度、初始裂纹长度对试验结果的影响。结果表明,试样厚度和初始裂纹长度对C形环的J阻力曲线测试结果影响有限,但C形环试样裂尖具有更高的约束水平,由C形环试样得到的J阻力曲线明显低于CT试样的结果。     

基于ABAQUS的纯弯曲梁正应力实验模拟

本文以实验室XL3418材料力学多功能实验台为原型,建立纯弯曲梁的三维力学模型,通过ABAQUS软件的前处理、求解器、后处理三个步骤进行了纯弯曲梁正应力分布实验的模拟,并给出详细的实现过程,对降低实验室的维护及增强学生对梁横截面上应力分布的认识具有积极意义。     

用于金属和非金属材料的人字形切槽断裂韧度试样

介绍四种人字形切槽断裂韧度试样,短圆棒、短方棒(以上两种统称短棒)、三点弯曲方棒和三点弯曲圆棒。这些新颖的试样克服传统直裂纹试样的一些缺点,使测试方法更加方便和经济,其中的短棒试样还有体积小巧的优点,这对研究环境(腐蚀、幅射、围压和温度)和工艺(热处理、成分和加工)对各种材料断裂韧度的影响十分有利。国际上权威的学术机构(ASTM,ISRM)已将短棒和三点弯曲圆棒试样标准化。除了主要用于 K_(IC)测试外,还有潜力用于 K_(ISCC)、da/dn 等其它断裂参数的测试。     

混凝土K判据及KIC计算公式的探讨

根据已有的断裂实验测试资料和计算结果,对比按经典断裂韧度计算式计算的断裂韧度KIC和双K断裂准则中的起裂韧度Kini IC和失稳韧度Kun IC,并计算按经典断裂韧度计算式用临界有效裂缝长度代替预制裂缝长度时的KIC值,认为工程中通常采用的按经典公式算得的KIC并不能全面体现混凝土开裂的真实情况.提出工程中宜采用双K断裂准则,并综合考虑安全因数进行设计.由于混凝土断裂试验中CMOD较难准确测定,提出通过△与CMOD的换算,以△c代替CMODc计算临界有效裂缝长度ac,从而降低了实验难度.文中还对双K断裂准则中粘聚力的假定分布进行探讨.     

微桥法研究低应力氮化硅力学特性及误差分析

用微机械悬桥法研究低应力氮化硅薄膜的力学性能。对符合弹性验则的微桥进行测试 ,在考虑衬底变形的基础上 ,利用最小二乘法对其载荷—挠度曲线进行拟合 ,得到低应力lowpressurechemicalvapourdeposited (LPCVD)氮化硅的弹性模量为 3 14 .0GPa± 2 9.2GPa ,残余应力为 2 65 .0MPa± 3 4.1MPa。探讨梯形横截面对弯曲强度计算和破坏发生位置的影响 ,得到低应力氮化硅的弯曲强度为 6.9GPa± 1.1GPa。对微桥法测量误差的分析表明 ,衬底变形、微桥长度和厚度的测量精度对最终力学特性的拟合结果影响最大     

含裂纹结构剩余强度的一种估算方法

剩余强度分析对结构断裂安全性评价十分重要。现有的剩余强度分析方法中,Feddersen工程分析法具有代表性,它对简单含裂纹结构比较有效。但这类方法一般需要预先得到弹性断裂应力的连续曲线,才有可能进行短裂纹阶段的弹塑性修正和长裂纹时的净截面屈服修正,使用不方便,有时甚至不适用。本文认为含裂纹结构的破坏是静力学模式破坏和断裂力学模式破坏共同作用的结果,从而建议一种结构剩余强度的实用估算方法。通过表观断裂韧度准则确定的弹性断裂强度和净截面全面屈服后的静力学破坏强度的结合,估算剩余强度许用值。该方法可以方便地估算任意时刻的剩余强度。分别进行含中心裂纹的有限宽板和含裂纹耳片结构的剩余强度试验,并与估算结果进行比较,表明本文方法预测精度良好,有望推广到其他结构形式。文中强调,表观断裂韧度Kapp值的合理与否对估算结果有明显影响。     

断裂力学判据存在的一个问题及讨论

利用细观力学对材料断裂机理的认识，结合脆性材料常规破坏试验结果，提出了一个新的拉断破坏条件，该拉断强度条件与常用的几何脆断强度条件相比，能更好地解释材料在复杂应力状态下发生的脆断与小塑性韧断，并对常用的断裂力学判据存在的问题进行了讨论，通过分析影响裂尖空穴扩张的主要因素，给出能适应不同应力状态的新的断裂判据。     

31Si2MnCrMoVE钢薄板试样表面裂纹断裂韧度测试

31Si2MnCrMoVE钢是为符合固体火箭发动机壳体设计需要而专门研制的超高强度钢。随着冶炼技术的进步,31Si2MnCrMoVE钢断裂韧度不断提高,构件采用的板厚也越来越薄。由于较高的断裂韧度和较小的板厚,给钢板表面裂纹断裂韧度测试带来困难,韧带尺寸偏小,难以满足有效性判据。这种情况下,不应该用线弹性断裂力学方法评价材料的断裂韧度,而应采用弹塑性断裂力学测试材料的延性断裂韧度JIC。基于以上原因,在条件断裂韧度不满足有效性判据的情况下,采用试验与有限元分析相结合的方法,通过试验测出裂纹启裂时的条件载荷,用有限元法计算出在条件载荷作用下的延性断裂韧度JIC,再用断裂力学理论转换成表面裂纹断裂韧度KIe。用JIC作为断裂参量,就必须分析J积分的有效性,因此讨论超高强度钢表面裂纹前缘的J守恒和J主导的有效性,从而为固体火箭发动机设计提供依据。     

含有泡沫铝芯的复合板弯曲断裂行为的原位研究

对由泡沫金属铝芯和金属面板组成的三层和多层复合板四点弯曲条件下的变形和断裂行为进行原位观察。研究结果表明：在弯曲条件下,复合板有两种基本的破坏方式,一种是复合板表面凹陷(Indentation, ID),它是表面局部集中塑性变形的结果;另一种是泡沫铝内芯切断 (Core shear, CS),它是内芯在最大切应力作用下的破坏。对一个给定的三层复合板,当凹陷破坏的载荷极限FID大于内芯切断的载荷极限FCS时发生内芯切断式破坏,反之发生表面凹陷式破坏。对于多层复合板,破坏方式受金属面板制约,不能直接应用三层板的破坏判据。若三层板发生凹陷型破坏,具有与三层板相同金属面板厚度的多层复合板发生凹陷加内芯切断的混合型破坏。当三层板只发生内芯切断型破坏时,具有与三层板相同金属面板厚度的多层复合板完全发生内芯切断型破坏。     

22MnB5钢焊点的力学试验

对淬火后22MnB5钢点焊结构进行了试验分析。通过拉伸试验结合应变片测得超高强钢的弹性模量、泊松比和焊点周边的力学特性及硬度与金相的观察分析,通过光学显微镜分析焊点处的断口样貌,得到了点焊结构破坏的原因,初步确定超高强钢点焊结构由塑性环、焊核、母材三部分组成。焊点处的力学变化是复杂的,远力端首先破坏失效,并且显示出了受力方向,塑性环是硬度最小部位,拉伸作用后连接部分产生负弯矩,该变矩作用能使焊核产生很小的转动角度。     

试样尺寸对钢的细观解理断裂应力的影响

通过三维有限元计算并结合起裂源位置的测量，精确测定一种C-Mn钢不同尺寸(W、B和α)和宽度(B)的四点弯曲(4PB)缺口试样的细观解理断裂应力。发现随试样尺寸和试样宽度的增加，断裂载荷明显变化，但细观解理断裂应力基本不变。不同尺寸和宽度的缺口试样的解理断裂主要由正应力判据控制。稳定的下限细观解理断裂应力值可以用较大尺寸的缺口试样测得，可用于评价钢的断裂韧度和结构安全性。在缺口试样中，解理断裂的临界事件是铁素体晶粒尺寸的裂纹扩展进入基体，不随试样尺寸和宽度变化。细观解理断裂应力主要由临界裂纹的长度决定。     

Bending strength analysis of micro WC-shaft manufactured by micro electro-discharge machining

Micro electro-discharge machining (micro-EDM) is a critical technology to fabricate high aspect ratio 3D micro-components. However, the surfaces of micro-components manufactured by micro-EDM will exhibit micro-cracks to produce notch effects, and lead to stress concentrate and reduction of fatigue strength. This paper performs micro-bending tests to investigate the influence of various roughness and size on the bending fracture strength of micro WC-shafts manufactured by micro-EDM. The experimental results indicate that the surface roughness, axial surface area, volume, and length of the specimen will affect its bending fracture strength. For specimens with the same size, the mean bending fracture strength decreases as the surface roughness increases, and the bending fracture probability of the specimens also increases (roughness effect). For specimens with the same roughness, reducing the length or axial surface area will increase the mean bending fracture strength, and reduces the bending fracture probability (size effect).     

Monte-Carlo法计算含缺陷油气输送管线的失效概率

利用Monte-Carlo方法全面分析了裂纹深度、裂纹深长比、断裂韧度、屈服强度和输送压力等主要随机参数对含裂纹长输油气管线结构的失效概率的影响。利用故障树分析中的参数敏感性方法确定了随机参数的敏感性。计算结果表明,断裂韧度和裂纹深度对结构的失效概率影响较大,裂纹深长比对结构的失效概率也有重要影响。此外,还分析了焊接接头在不同的裂纹深度下,强度匹配对失效概率的影响,并还给出了管线在不同的失效模式下的年失效概率。     

Bending fatigue characteristics of wire rope

Wire rope in elevators can become disconnected by tensile stress from friction between the rope and sheave, and by repeated stress including bending stress from various effects formed during contact between the rope and sheave. It is known that in designing wire rope, its strength is affected when wire disconnection occurs. However, insufficient related data is available. Therefore, fracture strength reduction and the effect of bending fatigue on wire rope life is difficult to evaluate. We considered the effects of wire rope diameter and tensile stress on fracture strength and wire rope life. We observed that fracture strength rapidly decreased when bending fatigue accumulated at the same time that the wire became disconnected. Moreover, bending fatigue was shown to be a crucial factor in decreased wire rope life.     

多处损伤的疲劳裂纹扩展分析方法研究

多处损伤(multiple site damage，MSD)是影响老龄飞机结构完整性的重要因素之一。文中以线弹性断裂力学为基础，将应力强度因子组合模型、裂纹连通准则、断裂准则以及MSD扩展中相关性处理综合在一起，建立一种等幅载荷谱下MSD裂纹扩展分析方法，并用所编程序对三种典型MSD模式的扩展与断裂过程进行计算分析。结果表明，寿命预测结果与试验结果吻合很好。