高温构件材料临界损伤的定量分析

以石化企业工业炉常用的炉管材料HK40为研究对象,采用定量金相技术,测定了裂纹尖端的A参数,应用A参数和损伤D的关系,得到材料的微观临界损伤值。并比较了A参数方法与应用局部损伤力学理论方法以及测定高温构件材料的弹性模量方法获得的材料临界损伤值。高温构件材料的临界损伤值的测定为准确进行高温构件寿命预测提供了条件。     

裂隙岩体损伤局部化分析

裂隙岩体损伤局部化与裂隙扩展状态密切相关,裂隙扩展到一定长度后裂隙的扩展状态发生分叉,一部分裂隙继续扩展,另一部分裂隙停止扩展。裂隙岩体损伤局部化是由裂隙扩展状态分叉产生的,损伤局部化起始位置也取决于裂隙扩展状态。通过对多裂隙扩展状态的分叉分析,得到了含矩形分布裂隙岩体损伤局部化弯折裂纹临界扩展长度及临界应力。根据系数矩阵的特征值与特征向量,确定了裂隙岩体损伤局部化的位置,而且考虑了裂隙之间的相互作用。最后,通过算例分析得到了裂隙岩体损伤局部化临界应力与裂隙列间距、行间距、围压和原生裂隙倾角的关系。     

基于连续损伤力学的表面涂层损伤模拟

针对传统宏观力学研究涂层问题的局限性,开展了基于损伤力学的表面涂层有限元模拟方法研究。首先建立损伤力学材料模型;然后通过有限元软件ABAQUS提供的子程序(VUMAT)接口,将该材料模型嵌入到ABAQUS求解器;最后对涂层进行数值模拟以分析涂层的力学性能。用该材料模型分析不仅可以得到涂层的应力分布,而且可以得到涂层在载荷作用下的损伤过程。通过研究反力与涂层厚度的关系,提出用裂纹穿透涂层时的反力来衡量涂层的承载能力。此外,还可以根据在一定载荷作用下涂层厚度与裂纹深度的关系得到涂层的临界厚度,进而为涂层厚度设计提供参考。     

金属材料裂纹尖端损伤研究

依据Lemaitre损伤演化模型，建立了裂纹尖端塑性区内空穴型损伤材料的损伤演化，并对金属材料裂纹尖端空穴型损伤实验结果进行了分析．     

SRT-IV-HS型裂解炉管损伤分析

通过现场测试和实验室试验 ,研究了SRT -IV -HS炉管的损伤失效形式。结果表明 :高温渗碳、热冲击开裂和蠕变是造成炉管失效的主要原因。当炉管长期在高温下工作时 ,介质中的碳会渗入到显微组织中 ,这不仅使材料脆化 ,而且使渗碳表面产生残余应力 ,导致炉管开裂。热冲击是由于炉管在某些部位温度变化大 ,炉管和结焦物的热膨胀系数不同 ,而产生较大的温差应力 ,使炉管产生裂纹。高温蠕变损伤是由于过热引起的 ,过热使金相组织内部产生蠕变空洞 ,在热应力下空洞扩展连接而形成蠕变裂纹。根据失效损伤分析 ,提出了防止炉管损伤并延长其使用寿命的 6条措施     

非线性损伤材料中Ⅲ型裂纹尖端场

为了研究损伤对裂纹尖端场的影响，在Krajcinovic一维脆性材料损伤模型的基础上，从宏观的唯象角度出发，采用连续损伤力学中的热力学内变量理论，推导出三维空间非线性损伤材料的本构方程，建立了一种非线性应变损伤模型，得出非线性损伤材料皿型裂纹尖端应力、应变和损伤场的解析表达式及其数值计算结果．经过分析得出损伤指数n和损伤变量D对裂尖场的影响较大，应力、应变为有限值，不具有奇异性，从而在理论上解释了实际材料在有限应力下破坏的现象，与工程实际相符．     

静止裂纹尖端的损伤场：反平面问题

采用新的损伤本构模型和自相似假定，对静止裂尖端应力，应变场进行了渐近分析，在反平面问题中，给出尖端场的构造，在上半平面，场是由一人损伤区和一个弹性构成的，场为单参数场，它由远场外载荷的在小来确定，在损伤区中存在应变的奇异性，对不同材料常数计算应力（应变）分布，揭示了裂纹尖端场的损伤行为。     

熔丝制造3D打印CFRP层内损伤破坏机理与模型研究

为将3D打印技术应用到桥梁工程中,以熔丝制造3D打印碳纤维复合材料锚环为研究对象,开展了材料层内损伤失效机理的基础性研究工作.首先,对锚环进行了张拉锚固破坏试验,明晰材料的损伤失效模式.其次,测试分析了材料的弹性参数及强度参数值,供后续仿真分析使用.最后,通过VUMAT子程序构建了材料的损伤失效本构关系,利用ABAQUS仿真分析软件模拟熔丝制造3D打印碳纤维复合材料锚环的渐进损伤失效全过程,分析其层内损伤失效机理.结果表明：熔丝制造3D打印碳纤维复合材料具有显著的层内损伤现象;选用Hashin损伤起始判据与刚度瞬间退化模型作为熔丝制造3D打印碳纤维复合材料损伤力学模型偏于安全,具有一定的可行性;锚环在高度方向产生纵向裂纹是由纤维拉伸失效导致的.     

金属板材中裂纹尖端区的损伤分析

从连续介质损伤力学的基本理论出发，研究了金属试件中裂纹尖端损伤区的发展和区内损伤的演变。基于改进的Dugdale模型和已有的材料损伤率，计算了损伤区内的损伤分布和拉伸应力，讨论了损伤在整体材料破坏过程的作用。结果表明，材料细现对宏现裂纹的起裂和扩展有很大的影响。     

SRT—IV—HS型裂解炉管损伤分析

通过现场测试和实验室试验,研究了SRT－IV－HS炉管的损伤失效形式。结果表明：高温渗碳、热冲击开裂和蠕变是造成炉管失效的主要原因。当炉管长期在高温下工作时,介质中的碳会渗入到显微组织中,这不仅使材料脆化,而且使渗碳表面产生残余应力,导致炉管开裂。热冲击是由于炉管在某些部位温度变化大,炉管和结焦物的热膨胀系数不同,而产生较大的温差应力,使炉管产生裂纹。高温蠕变损伤是由于过热引起的,过热使金相相组织内部产生蠕变空洞,在热应力下空洞护展连接而形成蠕变裂纹。根据失效损伤分析,提出了防止炉管损伤并延长其使用寿命的6条措施。     

水作用下软岩软化与损伤断裂效应的时间相依性

为研究水作用下软岩损伤劣化效应的时间相依性,通过采用RYL-600岩石试验机和Instron1342电液材料伺服试验机对经过水浸泡不同时间后的软岩试验样品进行力学参数以及双扭试件的亚临界裂纹扩展试验,分别得到了软岩含水率、强度与变形参数、亚临界裂纹扩展速度V与应力强度因子KI、断裂韧度KIC等参数,试验结果分析表明:软岩含水率、力学参数等与水岩作用时间具有高度线性相关性,可以通过含水率和弹性模量建立软岩劣化损伤速率(D)的函数关系;通过采用双对数坐标空间对常位移松弛法所测试的不同浸泡时间的软岩亚临界裂纹扩展速度V与应力强度因子KI之间的关系研究,发现1g KI-lg V关系具有极好的线性相关性,而且水腐蚀损伤对软岩断裂力学性质有弱化作用,能加快膨胀性软岩亚临界裂纹的扩展,并且软岩水腐蚀作用对岩石裂纹的断裂指标影响显著并具有时间效应.因此,进行软岩与水作用损伤断裂效应的时间相依性研究具有重要意义.     

基于损伤容限设计的冶金桥式起重机疲劳寿命研究

以180t×24．85m冶金桥式起重机为研究对象,通过无损探伤发现桥架北主梁的下盖板上有裂纹,应用有限元分析和损伤容限设计方：去对起重机裂纹的疲劳寿命进行计算。结果表明,起重机裂纹扩展到临界尺寸需要大约5年的时间。     

蒸汽发生器炉管剩余寿命可靠性分析

通过对炉管材料高温性能分析，结合蒸汽发生器工况条件，综合考虑影响其寿命的腐蚀、温度、损伤等不确定因素，利用可靠性理论和方法，建立炉管剩余寿命的预测模型，对炉管剩余寿命进行可靠性分析。计算分析表明，腐蚀速率是影响蒸汽发生器炉管寿命的重要因素，提高蒸汽发生器炉管运行寿命首要工作是减少炉管的腐蚀。以油田多台在役蒸汽发生器为例进行计算，结果表明，该预测模型是正确的，符合实际的。计算软件的应用为蒸汽发生器的维修决策提供了科学依据，并大大地提高了油田生产效率。     

测定临界破坏损伤变量的扭转实验法

在Ｌｅｍ ａｉｔｒｅ 损伤演变规律基础上,对各向同性硬化材料临界破坏损伤变量进行了研究。利用材料扭转实验的最大扭矩,结合材料单向拉伸的损伤起始应变门槛值与临界破坏应变的比值,推得测定该材料临界破坏损伤变量的扭转实验的一般测定公式．     

混凝土的分形性及其单轴应力下裂纹演化的混沌效应

基于分形几何、损伤力学和混沌理论研究混凝土的复杂结构和功能及其在单轴应力作用下其内部微裂纹动态演化规律和破坏特征．首先从唯象和分形角度描述混凝土裂纹的产生和扩展过程，然后，推导了混凝土损伤演化方程，划规为统一形式并检验其混沌特征，进而分析了混凝土裂纹演化的混沌效应；同时，利用混沌理论解释了单轴受压混凝土构件的破坏特征．通过研究混凝土裂纹演化的混沌效应，为混凝土破坏机理研究提供新的手段，也为混凝土结构设计和维护提供理论依据．     

含表面裂纹轧辊的振动特性分析

轧辊表面裂纹是轧辊工作时常出现的损伤现象,轧辊使用中必须进行裂纹损伤检测.通过建立含表面裂纹轧辊的有限元模型,计算轧辊的固有频率和振型,分析了轧辊表面裂纹位置和深度对轧辊固有频率的影响规律,为探索通过振动特性识别轧辊的裂纹损伤提供了基础.     

测定临界破坏损伤变量的扭转实验法

在Lemaitre损伤演变规律基础上,对各向同性硬化材料临界破坏损伤变量进行了研究.利用材料扭转实验的最大扭矩,结合材料单向拉伸的损伤起始应变门槛值与临界破坏应变的比值,推得测定该材料临界破坏损伤变量的扭转实验的一般测定公式.     

玄武岩纤维活性粉末混凝土与钢绞线粘结滑移过程声学特性表征

针对预应力锚索因粘结失效而导致的高边坡失稳问题,提出将预应力锚索与高性能材料结合应用的方法以提高边坡抗灾韧性。首先,开展了预应力钢绞线与玄武岩纤维活性粉末混凝土（BFRPC）中心拉拔试验,研究了公称直径为15.2 mm的钢绞线在两种浆体材料（BFRPC、M40普通水泥砂浆）下的钢绞线粘结性能,总结其破坏形式;其次,基于声发射特征参数的分布规律,识别应力状态下钢筋混凝土材料的损伤过程;再次,通过对上升时间/振幅-平均频率（RA-AF）值进行对比,明确钢绞线-混凝土拉拔过程中的损伤模式;最后,依据Ib值识别不同应力状态下钢绞线混凝土材料裂纹发展的各个阶段。研究结果表明：3个阶段的能量、幅值变化规律与试件内部裂纹的产生、扩展等损伤过程联系紧密;通过RA-AF分析得出,剪切裂纹主要发生在界面混凝土附近,而拉伸裂纹的宏观体现为垂直于加载方向上的裂纹;Ib值波动差至0.25时可以将其视为一个预警值,以警告预应力钢绞线-混凝土材料即将发生劈裂破坏。     

HK40炉管焊缝抗蠕变裂纹扩展能力的试验

在全面分析已服役１０ａ的ＨＫ４０炉管损伤状况的基础上,研究了ＨＫ４０炉管母材和焊接接头的蠕变裂纹扩展速率,评价了这两种不部位抗蠕变裂纹扩展的能力。结果表明：在长期正常的运行中,特别是服役后期,下部炉管焊缝中的蠕变裂纹扩展较母材快微观组织损伤和焊缝中的应力集中是致使焊缝蠕变裂纹扩展较快的两个重要因素。     

基于损伤修正M-K模型的高强度钢成形极限预测

为探究材料内部损伤演化对其成形特性的影响,在M-K凹槽失稳理论的基础之上,通过引入GTN损伤模型,建立了耦合损伤的高强度钢22MnB5成形极限预测方法,并确定了相关损伤参数。该方法以临界孔洞体积分数作为失稳判据,增强了预测方法的物理意义。通过理论计算分析了变形路径对板材失稳以及损伤演化的影响。同时,通过开展NAKAZIMA实验研究,获取了22MnB5的成形极限数据并对其变形特点进行了分析。通过与实验结果的对比,验证了本文预测方法的有效性。