关于动态钝化线方程与J-R法确定JId的讨论

在摆锤式示波冲击试验机上采用小角度冲击方法测试了某船用低舍金钢的动态弹塑性断裂韧度JId。针对多试样,R阻力曲线法因钝化线的不易确定性常造成测试结果JId误差较大的情况,考虑了加载速率对塑性流变应力的影响,给出了一新的动载争件下的钝化线方程：J-2NK（0．5Er）^nΔα。在J-R阻力曲线法测定材料的JId时,用该方程可得到与小角度冲击方法相一致的测试结果。     

高温长期运行Cr-Mo钢断裂性能微试样测试实验研究

开展采用小冲杆微试样试验技术评定材料断裂性能的研究.针对2.25Cr-1Mo钢(脆化态和脱脆态)及1.25Cr-0.5Mo钢,将小冲杆试验测试结果与常规冲击韧度及断裂韧度试验结果相关联,得到小冲杆试样变形过程中消耗的总变形能与常规夏比冲击功间的对应关系经验公式,以及小冲杆试样等效断裂应变与材料延性断裂韧度间的关联式,说明可以直接采用小冲杆试验结果估算材料的冲击及断裂韧度值,为无法取标准试样进行材料抗断裂性能测试场合提供了一种可行的间接测试技术.     

试样几何尺寸对347L材料断裂性能的影响

开展了347L不锈钢材料紧凑拉伸试样在不同厚度及裂纹长度下的断裂韧性试验研究，并通过有限元分析了上述试样的拘束水平，建立了表观断裂韧度J_Q0.2BL与裂尖拘束Q的关联方程。结果表明：试样的断裂韧性J_Q0.2BL值随试样厚度增大而减小，1C(T)试样的J-R曲线基本不随初始裂纹长度改变而发生变化，受初始裂纹长度影响的1/2C(T)试样的J_Q0.2BL值随裂尖Q减小而增大。研究结果对于材料断裂韧性测试以及含缺陷结构安全评价具有参考意义。     

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。     

应用仪器化DWTT试验评价管线钢的动态韧断行为

基于三点弯曲试样韧断铰链模型,建立了根据加载点位移与韧带宽度关系定量评价材料裂纹尖端张开角度(CTOA)值的单试样方法。使用能量高达40k J的摆锤冲击机对压制缺口落锤撕裂试样(DWTT)试样实施仪器化冲击,采用关键曲线法验证了韧断过程中试样极限载荷与韧带宽度平方值的线性关系,进而提供了一种评测材料参数A*σf的试验方法。针对全板厚与减薄试样的试验结果表明,尽管由于初始韧带截面积的不同导致试样在承载耗能上存在显著差异,但在裂纹扩展阶段两组试样的CTOA值与变化趋势近似一致。所设定的对应裂纹长度25 mm~40 mm的稳态阶段,临界CTOA值,即CTOAC作为材料止裂性能的本征参数,其结果不受试样厚度影响而基本保持基本恒定。     

机械振动焊接对焊接质量的影响

采用机械振动焊接与埋弧自动焊接钢板对比实验方法，通过冲击试验分析研究了机械振动焊接对冲击功Ax值的影响。结果表明，机械振动焊接可提高焊缝及热影响区试样的冲击功；试样冲击功Ax值提高百分率与频率、振幅(激振力)有显著关系。     

Hopkinson压杆入射杆形状对动态断裂参量影响的数值方法研究

利用Hopkinson压杆测量三点弯曲试样材料的动态应力强度因子,应力波载荷的惯性效应和弥散效应对试验结果不可忽略的影响已被许多学者的实验结果证实。将不同Hopkinson压杆入射杆形状产生的载荷—时间历程曲线作为动态有限元模型的载荷信息,采用Ansys/LS-DYNA有限元软件,基于虚拟裂纹闭合技术(virtual crack closure technique,VCCT)计算得到三点弯曲试样的动态应力强度因子变化曲线,曲线上起裂时间对应的值即为材料的动态断裂韧度。进一步考虑入射杆形状及惯性效应对冲击载荷曲线的影响,研究动态应力强度因子的变化规律,为Hopkinson压杆测试动态断裂韧度提供合理、可行的方法。     

层合复合材料冲击损伤的评定

用损伤力学分析方法评定了玻璃/环氧层合汽车板弹簧材料的抗冲击性能,由带测试装置的先进动态落锤冲击测试系统测定了冲击损伤的发展过程。通过对单试样和多试样的实验结果分析和研究,得到了该材料的冲击损伤变化规律和评定这种损伤的定量判据,包括材料的临界冲击损伤值D_C 损伤快速扩展的临界能量值G_C 以及损伤起始能量门槛值G_1等。研究的结果,为该材料的工程应用提供了可靠的设计选材和安全使用评定依据,也为复合材料的动态冲击损伤提供了一个新的和工程上能实用的定量评定方法。     

激光熔覆涂层在多冲载荷下的力学行为分析

根据多次冲击载荷的特性，从应力波传播、多冲磨损、多冲硬化与软化和多冲塑性变形方面，对带有激光熔覆层试样在多冲冲击载荷下的部分力学行为进行了试验研究。结果表明：在多冲载荷作用下，应力波在涂层和基体的；台金接合面发生反射，形成拉伸波造成涂层的纵裂和角裂；在涂层表面由于应力集中，涂层表面发生微观点蚀和深层剥落；冲击载荷能量的积累．造成涂层试样硬度变化和塑性变形。     

LC4CS铝合金三维复合型断裂的试验研究

设计并完成了LC4CS铝合金2mm,4mm,8mm,14mm等四种不同厚度紧凑拉伸试样的Ⅰ＋Ⅱ复合型断裂试验，得到各个厚度下不同加载条件时不同加载条件的载荷位移曲线和裂纹起角。结果表明试样厚度和载荷复合比对试样的承载能力，裂纹起裂角均有明显影响，纯I型载荷下载薄试样的承载能力好于厚试样；Ⅰ＋Ⅱ复合载荷条件下4mm的承载能力最大，2mm和8mm接近，14mm最小，纯Ⅱ型载荷条件下各厚度的承载能力基本一致。2mm试样的起裂角值与14mm试样的值很接近，4mm试样的值略高，8mm试样的值低得多，基于平面假设基础上的最大周向应力准则能够很好地预测2mm薄试样和14mm厚试样的裂纹起裂角，但预测8mm中间厚度时误差很大，此结果为建立三维复合型断裂准则提供必要的试验基础。     

COEC微小试样用于延性断裂行为评定的规则化法研究

在材料断裂行为评定中,试样小型化不仅具有取样方便和节约成本的优点,而且对满足特殊取样要求的断裂韧度测试有重要工程意义。采用含外侧边裂纹C形压缩（C-shaped outside edge-notched compression, COEC）小试样,基于量纲一载荷分离理论发展了其用于获取延性材料的断裂韧度的规则化测试方法。采用A508-III压力容器钢完成了不同规格COEC、紧凑拉伸（Compact tension, CT）和单边裂纹弯曲（Single edged-notched bending, SEB）试样的J阻力曲线试验。结果表明,相比试样厚度,初始裂纹长度对COEC试样的J阻力曲线测试结果影响更大。同时,由于COEC试样具有更高的裂尖约束水平,其J阻力曲线明显低于标准CT、SEB试样的结果。     

加载速率对焊接接头断裂行为的影响

在不同温度、不同加载速率下，对典型建筑结构用钢及其焊缝进行拉伸试验，测试其基本力学性能。采用能综合考虑加载速率及高加载速率下材料温度变化的R参量，确定本构关系。通过断裂力学试验，测试不同温度及加载速率下供试钢材及其焊接接头的断裂韧度值。随加载速率的增大，断裂韧度降低，但存在有较大的分散性。不同加载速率下裂纹尖端应力场数值分析结果表明，裂纹尖端最大主应力随加载速率的增大而升高。最后基于局部法，研究不同加载速率下母材及接头的断裂行为。局部断裂参量－－威布尔应力不受温度、加载速率的影响，可有效地描述材料的断裂行为。     

非均质焊接接头断裂行为预测研究

基于局部法定量研究了焊接接头中强度匹配、试样几何形式对接头断裂行为的影响。首先由标准三点弯曲试样的断裂韧度值,得出反映材料脆性断裂的控制参量,再根据该参量对不同接头强度匹配下三点弯曲和双边裂纹拉伸试样的断裂行为进行了定量预测,当考虑由于延性裂纹扩展所造成的应力升高后,其结果与试验结果相当吻合。表明局部法能很好地描述材料的断裂行为。     

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。     

球墨铸铁断裂韧度的可靠性分析

通常球墨铸铁与其他铸铁材料一样被认为属于脆性材料，断裂韧度应该用线弹性力学理论进行研究。本文发现由于球墨铸铁中的石墨呈球状，当裂纹通过石墨时，裂纹扩展机理将发生相应的变化，结果显示用弹一塑性理论来研究球墨铸铁的断裂韧度是适应和有效的。对可靠度为95％球墨铸铁断裂韧度的区间估计进行分析，以便对工程中的断裂韧度提供相关的数据。     

油气输送管线钢的分层机理及其对断裂的影响

对不同厚度油气输送管线钢进行各种裂纹的断裂试验，对各裂纹的断口进行了分析，探讨了分层机理及其对不同形式裂纹体承载能力的影响。结果表明，分层在各裂纹形式中均存在，此钢在室温为韧性断裂。对于非穿透裂纹，裂纹先起裂，穿透后情形就与穿透裂纹相似，由于扩展初期无分层，裂纹端部保持高的三维应力约束，所以其起裂应力强度比穿透裂纹要低。因此不能直接用穿透裂纹试验得到的断裂韧度值来评定管道中的非穿透裂纹起裂。     

Measurement of dynamic fracture toughness and failure behavior for explosive mock materials

In this work, a pre-cracked semi-circular shaped explosive simulant was loaded using a split Hopkinson pressure bar (SHPB). A high-speed camera was used to capture the deformation and fracture process of the specimen in situ. The digital images were processed using the digital image correlation (DIC) method. Next, full displacement and strain fields were obtained. The displacement vector field shows that the specimen fractured under tensile stress action. The strain field can be used to predict the crack propagation. Results show that the method of combined DIC and SHPB is effective to study the dynamic deformation and fracture behavior of explosive simulants. In addition, the specimen was loaded using a drop weight. The fracture toughness of the specimen was preliminary measured.     

Numerical Investigation on Fracture Initiation Properties of Interface Crack in Dissimilar Steel Welded Joints

Fracture toughness property is of significant importance when evaluating structural safety. The current research of fracture toughness mainly focused on crack in homogeneous material and experimental results. When the crack is located in a welded joint with high-gradient microstructure and mechanical property distribution, it becomes difficult to evaluate the fracture toughness behavior since the stress distribution may be affected by various factors. In recent years, numerical method has become an ideal approach to reveal the essence and mechanism of fracture toughness behavior. This study focuses on the crack initiation behavior and driving force at different interfaces in dissimilar steel welded joints. The stress and strain fields around the crack tip lying at the interfaces of ductile-ductile, ductile-brittle and brittle-brittle materials are analyzed by the numerical simulation. For the interface of ductile-ductile materials, the strain concentration on the softer material side is responsible for ductile fracture initiation. For the ductile-brittle interface, the shielding effect of the ductile material plays an important role in decreasing the fracture driving force on the brittle material side. In the case of brittle-brittle interface, a careful matching is required, because the strength mismatch decreases the fracture driving force in one side, whereas the driving force in another side is increased. The results are deemed to offer support for the safety assessment of welded structures.     

Experimental and numerical investigations of mode I delamination behaviors of woven fabric composites with carbon, Kevlar and their hybrid fibers

This paper studied the effect of the hybridization of carbon and Kevlar fibers on mode I interlaminar fracture toughness and crack propagation behaviors with double cantilever beam (DCB) tests. The crack propagation characteristics, crack growth trend and rate, and fracture surfaces were observed using an optical microscope and SEM micrographs for the three different types of materials. Moreover, details of the stress distribution around the crack tip and the crack propagation pattern across the width of the DCB specimen were investigated using the finite element method, including a cohesive element. The mode I interlaminar fracture toughness of carbon-Kevlar hybrid/epoxy was nearly average for carbon/epoxy and Kevlar/epoxy. The maximum load predicted by the numerical method showed good agreement within an error of 5% with the experimental results.     

优化组织球铁的力学性能及其微观断裂行为

根据球铁断裂过程中石墨及石墨-基体界面的微观力学行为,对球铁组织进行优化设计.以强相(马氏体)或强韧相(奥氏体-贝氏体组织)环包围石墨,基体组织为马氏体或奥氏体-贝氏体组织,加上适量的铁素体,并通过快速加热短时保温后淬火或等温淬火获得.实验结果表明,优化组织球铁具有很高的强韧性.采用扫描电镜动态拉伸观察优化组织球铁断裂过程,发现微裂纹在石墨-基体界面萌生并沿界面扩展,马氏体环或奥-贝环阻碍界面裂纹的萌生与扩展,基体中的硬相和软相分别提高球铁的强度和韧性,这些都有利于提高优化组织球铁的强韧性.