有机玻璃纯Ⅰ型和纯Ⅱ型动态断裂行为的实验研究

采用尖槽式中心切口圆盘试件,在分离式霍布金森压杆试验装置上对有机玻璃纯Ⅰ型和纯Ⅱ型加载条件下的动态断裂行为进行了实验研究。结果表明,加载速率对有机玻璃的断裂行为有显著的影响,有机玻璃纯Ⅰ型和纯Ⅱ型断裂韧度的测试结果均表现出明显的加载速率相关性,且随着加载速率的增加而增大。     

纯Ⅰ型加载条件下有机玻璃中心切口圆盘断裂的尺寸相关性

采用直槽式和尖槽式中心切口圆盘试件,对有机玻璃在纯Ⅰ型准静态加载条件下的断裂行为进行了实验研究.结果表明,中心切口圆盘试件的切口形状对断裂行为和断裂韧度的测试结果有显著的影响.直槽切口偏离理想裂纹,裂纹起裂始于切口端部的角点,实测的断裂韧度值偏高且具有尺寸相关性;尖槽切口接近理想裂纹,裂纹起裂始于尖角的顶点,实测的断裂韧度不存在尺寸相关性,即是材料常数.     

Ⅱ型加载条件下疲劳裂纹扩展试验研究

对４种金属材料在Ⅱ型加载条件下的疲劳裂纹扩散行为进行的试验研究表明：在Ⅱ型加载条件下，裂纹可能仍沿Ⅱ型方向继续扩展，亦可能发生分支转变成Ⅰ型甚至Ⅰ＋Ⅱ型扩展，主要取决于材料本身的性质和它们的微观结构以及应力水平。当裂纹仍沿Ⅱ型方向扩展时，其扩展速率比相当应力水平的Ⅰ型裂纹扩展速率要大得多。     

紧凑四点剪切砼Ⅱ型断裂实验研究与数值分析

有关Iosipescu四点剪切实验的争论很多,国内外的研究者提出了各种各样的结果。本文对紧凑四点剪切加载下砼Ⅱ型断裂破坏机理进行了大量的实验研究和数值分析。通过对实验中试件裂纹的扩展过程及开裂角cq等的分析,结合有限元法对裂尖应力场进行了研究。分析了加载点与裂纹面的距离对Ⅱ型断裂性能的影响。可以看出,虽然随着加载点与裂纹面距离的缩短,CKⅡ在逐渐增大,但纯剪加载下裂纹扩展并不是沿剪应力所在方向,即破坏并不是剪切破坏。     

温度与加载应力对双轴取向聚甲基丙烯酸甲酯蠕变行为的影响

考察了不同试验温度下YB-DM-11航空有机玻璃的拉伸性能,基于拉伸性能研究结果,在加载应力不超过对应温度下有机玻璃屈服强度的情况下,研究了蠕变温度和加载应力对有机玻璃蠕变行为的影响。结果表明,温度从25℃升至115℃,有机玻璃的屈服强度从85.69 MPa下降到9.89 MPa,降幅达88%。有机玻璃蠕变行为是温度、应力耦合作用的结果,升高温度或增加加载应力均能较大地提高有机玻璃的蠕变速率;通过降低蠕变温度或减小加载应力能有效地将有机玻璃蠕变过程控制在前2个阶段。采用广义蠕变方程和有效时间理论的蠕变模型对YB-DM-11航空有机玻璃前2个阶段的蠕变曲线进行拟合,所得拟合曲线与实验结果具有较高的重合度。     

巷道内Ⅰ型及Ⅰ/Ⅱ复合型裂纹在冲击载荷作用下的断裂行为分析

研究了巷道内纯Ⅰ型及Ⅰ/Ⅱ复合型裂纹在冲击载荷作用下的动态扩展特征,预制裂纹位于巷道拱顶圆弧区域与巷道对称轴线平行,并与巷道对称轴线的间距不同。以中低速落锤冲击试验机对砂岩巷道模型试样进行动态冲击加载,巷道内裂纹的起裂时间与扩展特性采用粘贴在裂纹尖端的应变片进行相应的测试分析。采用AUTODYN模拟巷道内裂纹的扩展路径,总体上数值结果与试验结果比较吻合,采用ABAQUS计算裂纹的应力强度因子,结合试验-数值法确定巷道模型内预制裂纹的起裂韧度。研究结果表明:Ⅰ/Ⅱ复合型裂纹起裂过程中,既有Ⅰ型起裂韧度又有Ⅱ型起裂韧度,其比例大小与裂纹距离巷道对称轴的距离有关;纯Ⅰ型与Ⅰ/Ⅱ复合型裂纹的扩展行为有很大差别,纯Ⅰ型裂纹起裂沿着原裂纹方向竖直向上扩展,而Ⅰ/Ⅱ复合型裂纹与原裂纹成一定角度起裂,形成翼型裂纹,最后沿着最大主应力方向进行扩展,并且复合型裂纹在扩展过程中,存在明显的拐点特征。     

不同缺口尺寸试样断裂行为的加载速率敏感性

对三种不同缺口尺寸的16MnR钢试样(3V，3I和3C)在-110℃和1～500mm／min的加载速率范围内进行了三点弯曲断裂试验。发现应力集中和塑性拘束度按3V，3I和3C依次增大的三种试样，其断裂行为敏感的加载速率范围按1～120mm／min，1～60mm／min和1～30mm／min依次降低。在敏感的加载速率范围内，断裂模式随加载速率的增加由延-脆转变断裂迅速转变为全脆性解理断裂，韧性随之迅速降低。在超出敏感速率范围的较高速率范围内，三种试样的断裂行为对加载速率不敏感，断裂模式保持为全脆性解理断裂，韧性较低，并基本不随加载速率变化。     

成层混凝土的剪切强度和Ⅱ型断裂韧度

该文对成层混凝土的层间结合性能进行研究,通过直接剪切试验和双边缺口单边加载断裂试验测得混凝土层间的抗剪强度参数和Ⅱ型断裂韧度,研究了混凝土浇筑的层间间隔时间对成层混凝土层间结合性能的影响。试验结果表明:Ⅱ型断裂韧度K_Ⅱc与粘聚力c具有较好的线性相关性,而其与摩擦系数f不具有明显相关性。同时根据Ⅱ型断裂的定义假定断裂时满足摩尔库伦准则,推导出K_Ⅱc与c具有线性相关性。因此Ⅱ型断裂韧度可根据粘聚力直接估计出,避免了进行复杂而难以控制试验要素的Ⅱ型断裂试验。此方法为成层混凝土日后的断裂力学研究,提供了可参考的参数。     

冲击载荷作用下岩石Ⅰ型裂纹动态断裂试验研究

以可调速落锤冲击试验机作为试验加载装置,采用数字散斑相关方法作为试验的观测手段,通过搭建高速数据采集系统,对岩石Ⅰ型裂纹在冲击载荷作用下的动态断裂进行试验研究。试验研究了冲击载荷作用下岩石Ⅰ型裂纹扩展过程位移场的演化特征;分析了岩石在冲击加载速度下裂纹扩展速度以及裂纹扩展距离随时间的变化规律;定量得到了岩石Ⅰ型裂纹动态断裂的裂纹张开角;同时开展了不同冲击加载速度下岩石Ⅰ型裂纹扩展速度的关系研究,研究结果表明,在试验所进行的中低速冲击加载情况下,裂纹扩展速度随着冲击速度的增加而增加,近似呈线性关系。     

YB-DM-10航空定向有机玻璃疲劳裂纹扩展性能

通过研究定向有机玻璃(YB-DM-10)疲劳裂纹扩展性能,得到该种定向有机玻璃疲劳断裂阈值。发现其疲劳裂纹扩展速率曲线遵循Pairs公式以及Walker公式。研究平面内不同角度、不同频率和应力比对疲劳裂纹扩展的影响;通过对比Paris公式以及Walker公式的回归系数以及断裂表面不同阶段的扫描图像,分析不同参数对疲劳裂纹扩展的影响。结果表明:材料板材平面内,不同切割角度的试样疲劳裂纹扩展速率基本相同;加载频率对疲劳裂纹扩展速率影响不大,但在da/d N-ΔK曲线的第三阶段,数据有分离的趋势;相同的ΔK情况下,应力比增大,疲劳裂纹扩展速率增加。本工作结果为该种定向有机玻璃的应用以及航空座舱透明件损伤容限性能研究奠定了基础。     

光弹贴片法研究混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝扩展过程

该文采用光弹贴片方法对最大尺寸为2500mm×600mm×200mm的混凝土四点剪切梁,Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝起裂、稳定扩展直至失稳破坏全过程进行了系统的研究,通过照相机拍摄光弹贴片所显示的裂缝扩展全过程,得到了混凝土裂缝稳定扩展阶段完整而直观的观测结果。根据光弹贴片所显示的彩色条纹序列,测得了四点剪切荷载作用下裂缝尖端附近主应变场分布,得到了荷载-裂缝扩展量曲线。根据光弹贴片所观察的裂缝扩展长度?a,借助有限元计算了裂缝扩展过程中尖端应力强度因子的变化,并模拟断裂过程。结果表明,对于混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂,裂缝在失稳扩展前存在着明显的亚临界扩展,采用光弹贴片方法可有效地记录这一过程,而以往不考虑裂缝扩展量得到的断裂准则是偏于保守的。试验结果还表明,在裂缝起裂后,虽然加载方式仍为Ⅰ-Ⅱ复合型,但断裂类型已由Ⅰ-Ⅱ复合型退化为纯Ⅰ型断裂。     

不同加载速率下尼龙－6的断裂机制研究

研究了尼龙－６在不同加载速率下的断裂行为。断裂韧性出现了由加载速率引起的韧脆转化，断口形貌呈沿晶型，准沿晶型和延性的３种机制分别对应于脆性，低延性和高延性状态。提出了裂纹扩展的３种模式。采用断口形貌分析可以辅助研究高分子的形态结构     

超强钢18Ni(250)的剪切断裂韧性行为

针对马氏体时效钢18Ni(250)在动态拉伸和不同速度泰勒杆冲击下呈现剪切断裂破坏的特征,为了理解其剪切及Ⅱ型断裂韧性在复合型断裂中所起到的作用,借助Hopkinson拉杆装置,对18Ni(250)进行了高加载率下的复合受力试验。并根据该材料在不同加载率下剪切断裂模式的特征,重点对该材料进行了不同加载率下的Ⅱ型动态断裂韧性试验研究。结果表明:随着加载率的提高,18Ni(250)钢的起裂时间逐渐减小,但其Ⅱ型动态断裂韧性值不断增大;通过SEM微观分析发现,在不同加载率下18Ni(250)钢Ⅱ型动态断裂呈现以晶面滑移为主的绝热剪切特性。     

不同加载速率下尼龙—6的断裂机制研究

研究了尼龙－６在不同加载速率下的断裂行为。断裂韧性出现了由加载速率引起的韧脆转化，断口形貌呈沿晶型，准沿晶型和延性的３种机制分别对应于脆性，低延性和高延性状态。提出了裂纹扩展的３种模式。采用品断口形貌分析可以辅助研究高分子的形态结构。     

T应力对Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹扩展的影响

利用最大周向正应力判据MTS重新分析研究了脆性破坏的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹扩展,其中考虑了平行于裂纹方向的非奇异项T应力。以平板中的斜裂纹处于双向受力为研究对象,通过两个方向力的不同组合以及裂纹与受力方向的夹角变换得到包括纯I型和纯II型在内的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹,分析了T应力对裂纹扩展方向以及断裂时的应力强度因子的影响,并将预测结果与现有的实验数据进行了比较。在此基础上,给出了不同T应力条件下通用的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹扩展条件,可用于给定几何试件的脆性断裂判定。分析结果表明:裂纹尖端非奇异项T应力对裂纹扩展的影响是不可忽略的,尤其是对II型断裂的影响更为明显。     

Ti/Al_3Ti层状复合材料层间断裂性能研究

金属间化合物基层状复合材料Ti/Al_3Ti是采用Ti-6Al-4V箔和Al箔按照一定顺序叠加后,在真空环境下热压烧结成由韧性金属Ti和金属间化合物Al_3Ti组成的叠层结构。利用ENF(End-Notch-Flexure)和MMF(Mixed-Mode-Flexure)测试方法,对Ti/Al_3Ti层状复合材料的Ⅱ型及Ⅰ+Ⅱ型层间断裂能、层间断裂行为以及能量释放率等方面进行了研究。结果表明,Ti/Al_3Ti层间断裂时,裂纹在复合材料界面处发生起裂,而在传播过程中发生偏转,最终导致Al_3Ti层开裂。由此可见,在实验过程中裂纹的表现形式是在Ti/Al_3Ti界面及Al_3Ti层中共同扩展;Ⅰ+Ⅱ型层间起裂能量释放率G_(Ⅰ+Ⅱ)为46 J/m~2,Ⅱ型层间起裂能量释放率G_Ⅱ为1453 J/m~2,表明Ⅱ型层间断裂比Ⅰ+Ⅱ型层间断裂更困难。     

低温/饱水耦合作用下红砂岩静动态Ⅱ型断裂特性试验研究EI北大核心CSCD

利用伺服压力机、分离式霍普金森压杆对干燥室温、饱水室温、-40℃干燥冻结和-40℃饱水冻结四种工况下的红砂岩试件分别进行了静、动态短芯压剪试验;通过分析对比静、动态以及动态范围内不同加载率下的断裂韧度、断裂能等参数变化规律,研究了低温和水饱和效应对红砂岩的Ⅱ型断裂力学特性的影响并探讨了二者的作用机制。结果表明:(1)水对砂岩Ⅱ型断裂韧度与断裂能产生弱化效应,水饱和红砂岩静态Ⅱ型断裂韧度为干燥下的77%;(2)冻结作用使红砂岩静、动态断裂韧度分别提升36%和18%以上,静态荷载下干燥冻结砂岩Ⅱ型断裂韧度最高,动态荷载下饱水冻结砂岩具有最大的Ⅱ型断裂韧度;(3)冻结与干燥室温红砂岩断裂韧度率敏感性近似相同,而饱水室温红砂岩具有最高的Ⅱ型断裂韧度率敏感性和动态增强因子。     

正交异性纯弯梁应力强度因子的研究

本文运用复合材料断裂理论推导出带单边切口的纯弯梁不同纤维增强方向时v位移分量与K_Ⅰ、K_Ⅱ的关系式。用贴片云纹干涉法与有限元法确定纯弯梁裂纹尖端v位移,从而得出应力强度因子值。文中给出了复合材料纯弯梁不同裂纹长度,不同纤维增强方向时的云纹图,最后将测试结果与有限元计算值进行了误差对比。     

基于虚拟裂纹闭合技术的应变能释放率分析

基于虚拟裂纹闭合技术(VCCT),建立了复合材料层合板层间裂纹尖端的应变能释放率(SERR)三维有限元计算模型。该模型考虑了裂纹尖端大转动和离散单元形状变化对应变能释放率计算的影响,修正了裂纹尖端应变能释放率的计算方法。利用该模型计算了裂纹长度为15 mm和35 mm时纯Ⅰ型和纯Ⅱ型的应变能释放率,纯Ⅰ型应变能释放率分别为 207 J/m2和 253 J/m2;纯Ⅱ型应变能释放率分别为 758 J / m 2和 1040 J / m2;计算值与试验值吻合得很好。同时,该模型计算了混合型不同比值 R=(G_Ⅱ/G_Ⅰ+G_Ⅱ)的长裂纹层合板层间断裂过程的应变能释放率,其中Ⅰ型和Ⅱ型应变能释放率计算值与试验平均值的最大误差为 11.4%,最小误差为 0.4%。该模型能有效计算裂纹尖端的应变能释放率。     

(Ⅰ+Ⅱ)型载荷下LY12的J积分与COD的关系

应用大应变有限元方法和断裂实验研究了铝合金LY12在（Ⅰ＋Ⅱ）型载荷下弹塑性断裂参量J积分与COD随外载荷变化规律及相互关系，结果表明：1）（Ⅰ＋Ⅱ）型下LY12的J积分和COD关系为：J＝dn·σ0·DⅠ＋ds·T0·DⅡ；J＝d·σ0．2·D．其中dn、ds、d为系数，随复合比而变，σ0、T0为裂尖屈服带上正应力和切应力、DⅠ和DⅡ为COD（D）的Ⅰ型和Ⅱ型分量；2）随Ⅱ型分量增加，LY12的起裂J积分和D值增加