橡胶夹层/复合材料粘接界面疲劳裂纹扩展行为的研究

用 型加载下的双悬臂夹层梁试样 ,以应变能释放率为裂纹扩展参量 ,研究橡胶夹层 /复合材料粘接界面疲劳裂纹的扩展行为。结果表明 ,循环载荷下的裂纹扩展速率对试验频率、载荷比、温度及橡胶夹层厚度反映较敏感。     

热力载荷下多材料构件连接区的界面断裂分析

应用改进的虚裂纹闭合技术对热、力载荷作用下多材料构件连接区界面进行断裂分析。首先,通过对含橡胶夹层的复合材料层合板单腿弯曲（SLB）试件断裂分析,研究了在不同温度载荷作用下,橡胶夹层对试件能量释放率及其各型分量的影响。其次,对具有热流边界下,典型复合材料-橡胶-金属组成的多材料圆柱壳体连接裙结构进行了热力耦合断裂分析,结果表明裂纹总能量释放率随温度升高而增大。最后,针对该连接裙结构讨论了裂纹位置和橡胶层厚度对裂纹能量释放率的影响,指出适当增加橡胶层厚度可以降低裂纹能量释放率,但橡胶厚层度与界面韧性之间存在尺寸效应。     

夹层材料裂纹体疲劳载荷作用下的J积分研究

通过弹塑性有限元方法研究了裂纹平行于界面时夹层材料在平行于界面时夹层材料在Ｉ型疲劳功载荷作用下扩展裂纹的Ｊ积分的适用性，结果表明，在疲劳裂纹的起裂阶段，Ｊ积分具有良好的守恒性，而在随后的疲劳裂纹扩展过程中，由于裂纹尖端区域残留应力的影响，Ｊ积分具有明显的路径依赖性。     

泡沫金属夹层板自冲铆接头的疲劳性能及失效机理

对铝合金自冲铆接头及泡沫金属夹层结构自冲铆接头进行疲劳实验,通过三参数经验公式采用S-N曲线拟合法绘制接头的F-N曲线,分析接头的疲劳寿命及泡沫金属夹层对自冲铆接头疲劳性能的影响;采用扫描电子显微镜对接头的疲劳失效断口进行观测,分析其微观失效机理。结果表明:泡沫金属夹层缩短了自冲铆接头的疲劳寿命,不同泡沫金属夹层对自冲铆接头疲劳性能的影响具有差异性,在高疲劳载荷下泡沫铜夹层接头疲劳性能更优。三组接头疲劳失效形式都为下板断裂,在高疲劳载荷下裂纹易在铆扣区域萌生,在中低疲劳载荷下裂纹萌生于下板一侧,沿铆扣区域下侧向板材另一侧扩展。     

聚脲弹性体夹芯防爆罐抗爆性能研究

应用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对三种防爆罐在1.2kgTNT爆炸载荷作用下的动态响应过程进行数值模拟。研究了无夹层、聚脲弹性体夹层和橡胶夹层防爆罐的抗爆性能。分析了不同夹层对防爆罐整体变形的影响,并分析了聚脲弹性体和橡胶夹层的吸能特性。通过聚脲弹性体夹层防爆罐在爆炸载荷作用下的变形试验研究,验证了数值计算结论的可靠性。结果表明,在相同爆炸载荷作用下,无论是在变形还是在能量吸收方面,聚脲弹性体夹层防爆罐都要优于无夹层防爆罐和橡胶夹层防爆罐;冲击波在聚脲弹性体传播过程中衰减幅度最大。     

干摩擦下含不同角度预制裂纹丁腈橡胶的裂纹扩展

干摩擦下橡胶裂纹的扩展方向与初始预制裂纹角度息息相关。目前人们对于橡胶裂纹扩展研究主要集中在橡胶材料配方对裂纹扩展的影响以及在拉压或剪切作用下裂纹的扩展规律等方面,很少有人研究干摩擦下初始预制裂纹角度对裂纹扩展的影响。文中通过往复式摩擦试验和ANSYS有限元分析,观察不同预制裂纹角度橡胶试样的裂纹扩展过程,并计算裂纹尖端撕裂能大小。结果表明,裂纹扩展过程中扩展路径基本上可分为初始扩展阶段、水平扩展阶段和最后断裂阶段;随着裂纹角度的增加,裂纹扩展三个阶段所需的时间都有所延长;裂纹尖端的撕裂能随初始预制裂纹角度的增加而逐渐增大,有限元分析结果很好地证实了试验结果。     

加载载荷对ADB610钢疲劳裂纹扩展性能的影响研究

针对ADB610新型低碳贝氏体钢,采取紧凑拉伸试样、恒幅加载方式,在应力比为0.1时进行3种不同加载载荷下多试样的疲劳裂纹扩展试验,并测出裂纹扩展长度a和循环寿命N的a-N试验数据。然后采取七点递增多项式法对a-N试验数据拟合计算疲劳裂纹扩展速率。结果表明,加载载荷较小时,ADB610钢循环寿命较长;在疲劳裂纹扩展的初始阶段,加载载荷小的疲劳裂纹扩展速率相对较慢,但随着疲劳裂纹逐渐扩展,加载载荷小的疲劳裂纹扩展速率反而更大一些。     

轮胎中橡胶材料断口形貌及破坏机理分析

采用透射电镜及扫描显微镜,观察了橡胶中微观组织结构,研究了轮胎中橡胶在疲劳情况下的断口形貌,分析其微观破坏机理,说明了材料微观损伤断裂的力学和物理过程。其目的是为轮胎的结构设计和制造提供依据。实验结果表明疲劳载荷下的橡胶裂纹首先沿片晶结合面萌生,然后穿晶扩展破坏,且存在次生裂纹。轮胎橡胶增韧的关键是要增强晶界之间的强度。     

用双悬臂夹层梁试样研究复合材料与 橡胶粘接界面的断裂韧性

用Ⅰ 型加载下的双悬臂夹层粱试样, 借助于线弹性断裂力学和声发射技术研究橡胶/复 合材料的粘接界面的断裂韧性GIC与裂纹扩展阻力R 并探讨加载速率、试验温度及橡胶片厚度对 它们的影响。结果表明, 在本试验范围内, 低速加载或高温将会降低界面的断裂韧性, 增大橡胶片 厚度会使断裂韧性稍有提高。      

基于显微CT的泥岩单轴压缩破坏特征的声发射表征

研制了基于实时声发射采集和实时加载CT扫描同步进行的加载控制系统,组建了对岩石损伤、破坏过程进行声发射表征的实验系统和实验方法。研究表明:①在峰值载荷28%前,原生裂纹宽度基本无变化,而后经历先变窄再变宽的过程。在峰值载荷47%前,原生裂纹长度基本无变化,而后开始增长,原生裂纹在宽度上先进行扩展从而引起原生裂纹在长度上的增长;②在峰值载荷65%前,裂纹的延伸发生在裂纹尖端的软弱介质中,而后才是真正的原生裂纹起裂,并快速延伸扩展;③新生裂纹易产生在软硬夹层交界处,新生裂纹产生时的载荷约为峰值载荷的56%～75%,在峰值载荷84%前,裂纹处于稳定扩展阶段,三条裂纹同时各自发展;④裂纹宽度变大、原生裂纹在其尖端软弱介质中延伸、软硬交界处新生裂纹的产生过程中声发射较少,当这些过程连在一起时,便形成了声发射平静期;⑤建立了岩石孔隙率、裂纹长度和宽度与声发射能量、振铃计数之间的表征方程,并提出不同加载阶段岩石状态评价的判据。     

软弱夹层对岩石爆破裂纹扩展影响的研究

为研究平行于炮孔的软弱夹层对岩石爆破裂纹扩展的影响，通过制作含不同软弱夹层的水泥砂浆试块进行爆破模拟试验，并用高速摄影仪对试块爆破裂纹扩展过程进行观测。同时，通过有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对含不同软弱夹层试块的爆破裂纹扩展起因进行数值模拟分析。结果表明：随着软弱夹层强度的降低，软弱夹层侧爆炸反射应力波强度逐渐增加、透射应力波强度逐渐降低，这使得软弱夹层侧裂纹扩展速度逐渐增加、裂纹扩展也越充分。同时，随着软弱夹层强度的降低，爆炸应力波在软弱夹层侧的衰减速度逐渐加快。试验结果与数值模拟结果具有较强的一致性，表明数值模拟对实践具有一定的指导意义。     

[±20°]钢丝/橡胶复合材料的疲劳损伤累积

对 钢丝帘线增强的橡胶复合材料在拉伸循环载荷下的疲劳损伤累积进行了研究。结果表明:在载荷控制的疲劳过程中,材料的周期最大应变发展曲线呈现明显的三阶段规律。帘线端头处基体裂纹的出现是宏观疲劳损伤的初始,损伤的累积表现为裂纹数量增加、帘线/基体脱粘和层间裂纹的扩展。以动蠕变为参量建立了线性疲劳损伤累积模型,该模型能够较好地预报两级加载条件下材料的第二级疲劳寿命。     

温度/机械载荷作用下高强度刨链裂纹扩展的随机化分析

为了描述温度/机械载荷作用下裂纹扩展速率,基于疲劳和蠕变裂纹扩展的线形叠加模型,提取圆环链的材料参数,引入对数正态随机过程,建立温度/机械交变载荷共同作用下高强度圆环链的裂纹扩展随机模型,采用泰勒级数法获得指定裂纹长度下寿命分布和指定寿命下裂纹长度分析的表达式,并进行刨链裂纹扩展的实验测试研究.结果表明,建立的圆环链随机化模型与试验结果一致.     

不同超弹性本构模型和多维应力下开裂能密度的计算方法

橡胶隔振器的疲劳失效多属于大变形(有限变形)下的多轴疲劳问题。在多轴疲劳载荷下,有效用来驱动裂纹扩展的那部分应变能密度称为开裂能密度。基于开裂能密度和橡胶材料的裂纹扩展特性预测橡胶部件的疲劳寿命时,须计算在外载荷下橡胶部件的开裂能密度。为了由有限元软件ABAQUS默认输出的应变计算在有限变形下的开裂能密度,该文推导了不同超弹性本构模型下开裂能密度在主坐标系下的计算式和所需的积分方法。基于该文开裂能密度的计算方法,采用3次Ogden本构来描述大变形下橡胶材料的本构行为,计算分析了不同应变状态下开裂能密度的分布特点。通过分析计算得到的开裂能密度与应变能密度的关系,说明该文开裂能密度计算方法的准确性。最后将上述计算方法应用到橡胶隔振器的多轴疲劳寿命预测中。     

预制裂纹角度对橡胶拉伸断裂影响的有限元分析

初始裂纹的形态影响着裂纹尖端的应力场和扩展方向,进而决定着橡胶材料的使用寿命。目前人们关于预制裂纹试样拉伸断裂的研究主要集中在直裂纹,很少涉及预制裂纹角度的改变对橡胶拉伸断裂的影响。文中应用ANSYS有限元分析软件计算拉伸状态下含不同裂纹角度橡胶试样裂纹尖端的等效应力值和撕裂能的大小,判断裂纹是否扩展及扩展方向,并对橡胶试样进行拉伸验证试验测试。结果表明,在拉伸断裂过程中,裂纹尖端的应力值和撕裂能随着初始预制裂纹角度的增大而增大,裂纹尖端形状均由初始的尖点变成圆弧状;含不同裂纹角度橡胶试样的拉伸断裂形貌与裂纹预测扩展方向基本一致,验证了有限元分析的正确性。     

[±20°]钢丝/橡胶复合材料的疲劳损伤累积

对[±20°]钢丝帘线增强的橡胶复合材料在拉伸循环载荷下的疲劳损伤累积进行了研究.结果表明:在载荷控制的疲劳过程中,材料的周期最大应变发展曲线呈现明显的三阶段规律.帘线端头处基体裂纹的出现是宏观疲劳损伤的初始,损伤的累积表现为裂纹数量增加、帘线/基体脱粘和层间裂纹的扩展.以动蠕变为参量建立了线性疲劳损伤累积模型,该模型能够较好地预报两级加载条件下材料的第二级疲劳寿命.     

谱载荷下裂纹扩展计算模型及其在真实飞行谱中的应用

本文讨论了复杂谱载荷作用下裂纹扩展寿命预测的问题,选择了到目前为止功能较强的两种裂纹扩展模型:修正的广义的Willenborg模型和修正的Maarse模型;并对这两个模型就塑性区计算与超载延缓区计算等方面作了改进。 将本文改进后的上述两个模型应用于歼击机真实飞行谱载荷下裂纹扩展寿命的计算,计算结果与实验结果的比较表明:经本文改进后的模型功能强、精度较高、使用方便,可推广应用于各种复杂谱载荷下疲劳裂纹扩展预测的工程实践中去。     

拉压加载下纤维增强铝合金层板疲劳裂纹扩展的压载荷效应与预测模型

基于增量塑性损伤理论与纤维增强金属层板疲劳裂纹扩展唯象方法, 推导出在拉-压循环加载下, 纤维增强金属层板疲劳裂纹扩展速率预测模型。并通过玻璃纤维增强铝合金层板在应力比R=-1,-2的疲劳裂纹扩展实验对预测模型进行验证。结果表明, 纤维增强铝合金层板疲劳裂纹扩展的压载荷效应分为两种情况: 在有效循环应力比R_C>0时, 表现为压载荷对铝合金层所承受残余拉应力的抵消作用; 当R_C<0时, 表现为压载荷抵消残余拉应力后, 对纤维增强铝合金层板金属层的塑性损伤, 对疲劳裂纹扩展存在促进作用。纤维铝合金层板疲劳裂纹扩展的压载荷效应不可忽略, 本文中得出的在拉-压循环加载下疲劳裂纹扩展速率预测模型与实验结果符合较好。     

再制造零件基体裂纹扩展行为研究

再制造毛坯是具有既往服役历史的废旧零件,裂纹扩展严重影响再制造零件的寿命.本文通过试验手段和数值模拟技术对再制造零件基体内部裂纹的扩展行为进行研究,并探寻基体裂纹倾斜角度、裂纹埋藏深度及位置等因素对基体裂纹扩展的影响.研究结果表明:在三点弯曲试验下,垂直裂纹扩展时的临界载荷小于45°倾斜裂纹的临界载荷,更易发生裂纹扩展现象;当裂纹倾斜角度一定时,越靠近试件中心的裂纹越易发生裂纹扩展现象,越危险;而当裂纹形貌一定时,随着裂纹埋藏深度的增加裂纹扩展的临界载荷逐渐增加,且当埋藏深度达到一定程度时,没有出现裂纹扩展现象.经过实验进行对比,实验结果与模拟结果相近,验证了模拟的正确性.     

莫来石陶瓷的室温应力腐蚀开裂行为

分别在空气、蒸馏水和碱性溶液中测定了莫来石陶瓷材料在不同外加应力水平下的室温断裂寿命,探讨了应力腐蚀裂纹缓慢扩展机理．研究表明,在高载荷下,吸附效应为裂纹扩展的主导机理,而在低载荷下,裂纹尖端钝化效应为主导机理．此外,在蒸馏水和碱性溶液两种介质中裂纹扩展指数N值有所不同,反映了介质对水合层的不同溶解能力．