K_(IC)测试中试件最小厚度的新判据

本文通过量纲理论和数值分析,推导出一个关于在测试平面应变K_(IC)时试件最小厚度B的新判据——B≥1880(K_I)_C~2/E~(4I3)(σ_Y)~(2I3)。新判据与美国材料试验学会(ASTM)给出的判据B≥2.5(K_(IC)/σ_r)~2及 J.C.Ritter给出判据B≥400(K_I)_C~2/Eσ_r均出自同一组试验数据。通过三者之间的比较可强度钢来说,新厚应判据比另外二以得出结论:对于高强度钢和超高判据更合适些。     

开口圆环紧凑拉伸断裂韧度试样的应力强度因子K_1有限元——J积分计算

为了把断裂力学原理应用于工程实际,测定金属材料的断裂韧度值,需要找到相应条件下裂纹尖端的应力强度因子 K_1。近年来通过解析法、近似计算法、光弹性法,已对很多具有初始裂纹构件及试样的应力强度因子进行了研究,并积累了大量资料。但有时为了解决特殊问题,不得不采用形状特殊的试样来测定材料的平面应变断裂韧度值K_(1c)。本文所计算的试样的应力强度因子 K_1,就属于这种情况。     

用表面裂纹法测中强钢板材断裂韧性K_(IE)和K_(IC)的探索

用表面裂纹法在室温下研究了三种厚度(10、8和5mm)、三种宽度(110、80和56mm)的30CrMnSiA板材的断裂韧性。用最大载荷P_(max)计算断裂韧性、不易得到板材的K_(IE)值。如选用相对有效裂纹扩展△α/α_0=10%和5%确定的“条件载荷”P_(10)和P_5计算,在P_(max)/P_(10)≤1.2和P_(max)/P_5≤1.3条件下,可以得到K_(IE)和K_(IC)值。作K_R-△α曲线,即是以K描述的阻力曲线。规定裂纹真正扩展△α=2%α_0和7%α_0,相应的阻力各为K_(IC)和K_(IE)。它们与用“条件载荷”计算的K_(IC)和K_(IE)符合得很好。K_(IC)还和J积分换算的K_(IC)值吻合,K_(IE)还和用P_(max)计算的有效K_(IE)值吻合。K_(IC)和K_(IE)存在着近似的关系,为: K_(IC)=(0.85～0.90)K_(IE) 对试件尺寸要求: 板厚,B≥1.0(K_(IE)/σ_(0.2))~2[或1.25(K_(IC)/σ_(0.2))~2] 板宽,8≤W/B≤10,4≤W/2c≤5 有效长度,l≥2W     

梯度功能材料的断裂准则

基于断裂力学的能量释放率理论 ,研究了平面应变条件下梯度功能材料的Ⅰ ,Ⅱ型复合裂纹问题 .讨论了裂纹尖端附近的应力场和应力强度因子 ,建立了具有一般性的梯度功能材料的断裂准则即能量释放率判据 .     

梯度功能材料的断裂准则

基于断裂力学的能量释放率理论，研究了平面应变条件下梯度功能材料的Ⅰ，Ⅱ型复合裂纹问题．讨论了裂纹尖端附近的应力场和应力强度因子，建立了具有一般性的梯度功能材料的断裂准则即能量释放率判据．     

九江长江大桥基材15MnVN大试件在低温(-110℃～-140℃)下平面应变断裂韧性K_(1C)的测试技术研究

本文介绍了对九江长江大桥钢结构基材15MnV N在低温-110℃～-140℃下,以三点弯曲大试件测定其平面应变断裂韧性K_(IC)的研究结果。文中着重叙述了利用大试件在低温下测K_(IC)的设备与特殊测试技术,这将有助于低温工程中的断裂问题的解决与低温断裂韧性测试技术的应用。     

幂硬化粘塑性材料动态扩展裂纹尖端的渐近解

采用弹性-粘塑性本构模型,对幂硬化粘塑性介质中反平面剪切动态扩展裂纹尖端的应力、应变场进行了渐近分析,给出了反平面剪切动态扩展裂纹尖端场的渐近方程.分析结果表明,在裂纹尖端应力具有(In(R/r))~(1/(n-1))的奇异性,应变具有(In(R/r))~(n/(n-1))的奇异性.从而本文揭示了幂硬化粘塑性材料反平面剪切动态扩展裂纹尖端场的渐近行为.     

平面裂纹的起裂准则

针对著名断裂教授 sin 提出的著名[S]_(min)准则中所存在的若干缺陷,作者曾利用宏微观相结合的方法在文献[1,2]中提出了三个三维裂纹的起裂准则并很成功地解决了三维表面裂纹问题。本文的主要贡献在于:1 针对平面裂纹的特殊个性,对文献[1,2]的假定作了更符合实际的改变,提出了二维裂纹的[U_v]_(max)、[σ_α]_(max)和[γ_p]_(min)准则。2 推出了平面裂纹起裂角和载荷的一般方程。3 求出了Ⅰ型和Ⅱ型裂纹的起裂角θ~*和相应的 K_(Ⅲc)/K_(Ⅰc)值,这些值和实验结果比较表明本文所提准则较其它准则更佳。4 讨论了 Possion(泊松)比 v 和应力状态对θ~*和 K_(Ⅱc)/K_(Ⅰc)值的影响,得出了 v 和应力状态对θ~*几乎无影响而对 K_(Ⅱc)/K_(Ⅰc)有较大影响这一令人满意和从未有过的新发现。给出了三准则适用条件。     

LY12CZ铝合金板材中的疲劳裂纹扩展

本文总结了 LY12CZ 铝合金板材在不同应力比 R 下的疲劳裂纹扩展速率、尤其是近门槛区的裂纹扩展速率 da/dN 和裂纹扩展门槛值⊿K_(th)的实验结果,并应用根据裂纹扩展的静态断裂模型导出的公式,对 LY12CZ 这样的疲劳裂纹以典型条带机制扩展的合金中的裂纹扩展,进行定量分析。实验和分析结果表明,在 R=0～0. 5和 da/dN<1. 0×10~(-3) mm/cycle 的范围内,根据裂纹扩展的静态断裂模型导出的公式:da/dN=B(⊿K-⊿K_(th))~2,能很好地拟合 LY12CZ 板材的裂纹扩展的实验结果;式中 B 值可按下式估算:B=1/2π(0. 1E)~2,⊿K_(th)之值可根据裂纹扩展的实验数据进行回归分析求得。在应力比 R=0～0. 5的范围内,⊿K_(th)=9. 3(1-R)~(0. 933) ,da/dN=3. 18×10~(-7) (⊿K-9. 3(1-R)~(0. 933) )~2。     

平面复合型疲劳裂纹扩展问题

本文要解决的是平面复合型疲劳裂纹扩展方向以及疲劳寿命的预测问题。主要内容如下: 1.提出“等双剪应力线上δθmax平面复合型裂纹开裂判据”。与其它判据相比较;本判据所预测的裂纹开裂方向更接近于疲劳裂纹扩展试验的结果。 2.文中指出:是Z形裂纹的分支方向,而不是其主裂纹方向,在Z形裂纹的K_Ⅰ,K_Ⅱ值中起着支配性的作用。接着提出二个计算Z形裂纹应力强度因子的近似方法。 3.为预测复合型疲劳裂纹扩展的寿命,文中提出了一个新的裂纹扩展速率表达式,即折合张应力强度因子指数公式。此式所预测的寿命较接近于实验值。 最后,还讨论了应用主应力强度因子K~*,应变能释放率G,应变能密度因子S,预测复合型疲劳裂纹扩展的寿命问题。     

过滤净化对铝合金断裂韧性的影响

取过滤的与未过滤的LD_5铝合金试样进行平面应变断裂韧性测试和断口扫描电镜分析。据此分析了金属夹杂物对铝合金断裂韧性的影响,并进行了定量讨论。结果表明,过滤净化可显著改善铝合金断裂韧性,在本实验条件下,使该台金的K_(1c)值提高12.7%。铝合金的断裂韧性与非金属夹杂物含量密切相关,对实验数据的回归分析袁明,该合金的K_(1c)与夹杂物的平均间距(?)的0.44次方成正比,符合理论上的推导。     

铝合金疲劳裂纹扩展过程中夹杂物影响的量化分析

本研究测量了Al 7075—T651铝合金的疲劳裂纹扩展率和中间△K疲劳载荷区间的疲劳条纹间距,对材料微观结构在疲劳裂纹扩展中的作用进行了量化分析,建立了剪切断裂机制和夹杂物断裂—韧窝形成机制引起裂纹扩展的实验方程。研究还发现了K_(max,o)和K'c两个转折点,低于K_(max,o),裂纹仅由剪切断裂机制引起;高于K'c,裂纹由夹杂物断裂—韧窝形成机制主导,在K_(max,o)和K'c之间,疲劳裂纹扩展由上述两者共同组成。     

Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ复合型裂缝应力强度因子与能量释放率的关系

基于断裂力学理论,应用复合型断裂判据中的最大周向应力判据和最大拉应变判据,以单一型裂缝应力强度因子K与能量释放率G的关系为基础,推导出Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ复合型裂缝应力强度因子K_Ⅰ、K_Ⅱ、K_Ⅲ与能量释放率G_(Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ)关系公式;并应用有限元软件进行Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ复合型裂缝的有限元模拟,模拟值与理论值之间相差为1.14%,拟合良好,分析验证了复合型裂缝应力强度因子K_Ⅰ、K_Ⅱ、K_Ⅲ与能量释放率G_(Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ)关系公式的合理性。     

关于30Cr Mn Si Ni 2A钢平面应力断裂韧性Kc的测定及有关问题的探讨

近廿年来,断裂力学这门新学科有了迅速的发展,特别是线弹性断裂力学的平面问题,巳经日臻成熟。但对于如何测定板材平面应力断裂韧性 K_c 这么一个最基本而又为航空部门特别关注的问题,却长期未获妥善介决。国际上,直至1975年美国材料试验协会(ASTM)才颁布了一个推荐试用的试验方法,它与巳有的平面应变断裂韧性 K_(1c)试验方法相比,虽还不够成熟,但总算有了个初步东西。国内一些兄弟单位近年来在 K_c 测试方法研究方面     

一个普遍的疲劳裂纹扩展公式--确定ΔK_(th)的新方法

业己证明,疲劳裂纹扩展的断裂模型以及根据这一模型导出疲劳裂纹扩展公式:da/dN=B(△K-△K_(th))~2,可用于描述疲劳裂纹扩展机制为:微孔连接、显微解理和晶间分离等机制的金属中的疲劳裂纹扩展过程。本文用实验结果进一步证明,疲劳裂纹扩展的断裂模型以及据此导出疲劳裂纹扩展公式,也可用于描述疲劳裂纹以条带机制扩展的金属中的疲劳裂纹扩展,因而可以认为是普遍适用的。公式中的常数 B,在疲劳裂纹以条带机制扩展的合金中,可根据杨氏模量 E 计算:B=1/[2π(0. 1E)~2] 。实验结果还表明,根据上述公式对疲劳裂纹扩展的实验数据进行回归分析,可以求得精确的疲劳裂纹扩展门槛值△K_(th)。这是一种确定△K_(th)值的新方法,不需要专门的实验,可节约时间和经费。     

粘塑性介质中反平面剪切动态扩展裂纹尖端的奇异场

采用弹性-粘塑性模型对粘塑性介质中反平面剪切动态扩展裂纹端的应力变场进行了渐近分析.假定在位移函数为u=r~(1-δ)g(θ)的情况下,该裂纹尖端的应力应变场具有r~(-δ)幂函数奇异性时,得到了裂纹尖端应力应变场的渐近方程.通过数值计算得到了各种M~2和α情况下裂纹尖端的应力场T_θ(θ)的T_r(θ)的角分布曲线.     

多次冲击法测定金属断裂韧性的研究

多次冲击条件下裂纹尖端应力强度因子为 K_1=(WE/BW)~~(1/2)F(a/W),并用柔度法对公式进行了实验标定。用这种方法只需从试样断口上测出临界裂纹尺寸,便可从有关曲线上查得材料的断裂韧性,把断裂韧性的测试设备及测试技术大大地简化。所测得的结果相当于加载速率为10~5kg/mm~(3/2)/秒下的动态断裂韧性。对所用小试样测得数据有效性进行了分析,并指出临界裂纹在 a/W 0.36～0.6范围内,所测得的断裂韧性值有效。     

应变损伤材料Ⅲ型动态扩展裂纹尖端的弹塑性场

采用应变损伤模型,对应变损伤材料Ⅲ型动态扩展裂纹尖端的弹塑性场进行了研究。在假定材料服从J_2流动理论的前提下,应用应变弱化形式给出了近似损伤结果,推导了反平面剪切情况下的本构方程,并且给出了Ⅲ型动态扩展裂纹尖端场的渐近方程。分析结果表明,在裂纹尖端,应变具有(1n R/r)~δ奇异性,应力具有(1n R/r)~(-nδ)奇异性。从而揭示了应变损伤材料Ⅲ型动态扩展裂纹尖端场的渐近行为。     

计算韧性断裂传播阻力的颈缩区模型

报告了对用销钉加载、双面开槽的双悬臂梁试件拉伸撕裂试验测定韧性断裂传播阻力的试验方法的改进，提出了描述韧性断裂传播问题的颈缩区模型：在平面应力条件下韧性裂纹传播路径的两侧，存在着总宽度为ｄｎ的颈缩区，实验表明该区内的平均应变εｎ仅仅取决于材料性能和试件厚度。根据这一模型导出了计算韧性断裂传播阻力的工程方法。进行了一系列对低碳钢的试验以改进试件的设计并考察颈缩区模型的合理性。     

复合材料翼盒低速冲击分层阈值力模型

基于II型裂纹能量释放率和层间剪切强度(ILSS)的分层阈值力模型,提出翼梁与蒙皮T型连接边缘区域的冲击分层阈值力经验计算公式.在具有不同蒙皮厚度的复合材料翼盒表面开展低速冲击实验.冲击点分为两类:一类位于两翼梁之间的中点(A型),另一类位于梁缘条和蒙皮T型连接区域的边缘(B型).根据某区域A型冲击点分层阈值力(DTL),获得材料的II型裂纹能量释放率和层间剪切强度,计算其他区域的分层阈值力.结果表明,对于A型冲击点,基于II型裂纹能量释放率的分层阈值力模型仅在冲头尺寸相同的情况下计算精度较高;基于层间剪切强度的模型考虑到冲头尺寸的影响,对不同冲头作用下冲击分层阈值有较好的计算结果;使用基于层间剪切强度的模型时,当预测区域的厚度与参考区域厚度相差较大时,精度较差,采用修正接触半径的方法后结果较好.使用提出的模型,用A型区域的分层阈值力可以很好地预测B型区域的分层阈值力.构造相应的线性函数,基于多组实验数据进行线性拟合的结果普遍较好,但精度低于采用修正接触半径的方法.