三维裂纹体的断裂分析

本文采用边界元方法,引入等参奇性元,求解了三维裂纹体的复合应力强度因子,在此基础上预估变幅载荷作厨下的三维裂纹体的疲劳寿命.文中给出了两个数值算例,并将计算值与试验结果进行了比较.结果表明,本文的方法与程序是满足工程分析要求的.     

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。     

管道内表面裂纹的断裂随机分析

在小扰动随机概念了建立了工程随机分析理论,并将其应用于管道内表面裂纹的弹性,全塑性和工程弹塑性断裂分析,并形成管道内表面裂纹断裂的随机分析方法,最后给出了若干算例。     

预应变对管线钢低温断裂韧度影响研究

油气管线无论是在安装还是在服役过程中,都会不可避免地产生大塑性应变(即预应变).为了研究预应变对材料力学性能和断裂韧度的影响,对X80管线钢原材料和塑性变形材料分别进行不同温度下的拉伸试验和断裂韧度试验,并对试样断口形貌进行分析.试验结果表明,温度对管线钢的断裂韧度具有显著作用,钢材的断裂韧度随着温度的降低显著减小,断裂方式也由延性断裂转变为脆性断裂;拉伸预应变因工作硬化提高了钢材的屈服强度与抗拉强度,而压缩预应变因包申格效应降低了钢材的屈服强度与抗拉强度,但两者都降低了钢材的塑性及断裂韧度,进一步增加脆性断裂发生的概率.因此,在管道设计、选材、安全分析及评定时,应充分考虑温度和预应变对管线钢断裂行为的影响.     

管线钢断裂韧度测试实验研究进展

随着管道钢强度和韧度的增加,表征材料断裂韧度的参数也在变化,同时断裂韧度测试技术也得到了不断的发展。本文介绍了几种测试材料断裂韧度的小试件实验以及存在的问题。重点介绍了一种准静态测试CTOA的小试件,以及测量CTOA的实验方法,为天然气管道止裂研究提供帮助。     

直裂纹三点弯曲圆梁断裂韧度试样的J积分估算公式

直裂纹三点弯曲圆梁是一种新型的断裂韧度试样［１～３］。本文推导了这种试样在约束朔性条件下的Ｊ积分估算公式，其结果与通常采用的矩形截面梁［４，５］不同。采用Ｚａｈｏｏｒ的推导方法［４］，所得结果没有深裂纹和净截面屈服的限制，这也区别于熟知的Ｒｉｃｅ方法［５］。     

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。     

三维裂纹问题的第二类边界积分方程

给出了三维弹性力学问题的第二类基本解,导出了一般三维裂纹问题的第二类积分方程组。作为特例,该积分方程组退化得到了文[2]给出的无限大三维弹性体中的平片裂纹的第二类积分方程。本研究结果为基于第二类边界积分方程的三维裂纹问题的边界元计算方法提供了理论基础。     

一种表面裂纹可靠性分析方法

建立受剪应力表面裂纹塑性失稳扩展的可靠性分析模型。采用三维弹塑性模型对其综合变量Ｊ积分进行了计算，分析在不同的无量纲裂纹尺寸和外载应力情况下，裂纹失稳扩展的失效概率分布规律，为工程检测和维修提供指导。     

表面疲劳裂纹扩展的三维效应

以拉伸圆杆为例，阐述表面疲劳裂纹扩展中的三维效应及其特点，利用最新的三维断裂力学成果给出一种考虑表面疲劳裂纹扩展三维效应的具体方法，通过该方法可以得到考虑三维应力状态的材料da/dN-ΔKeff曲线，以20CrMo钢为例，处理获得20CrMo材料的da/dN-ΔKeff基线，以此对圆杆表面疲劳裂纹的扩展进行预测分析，分析结果表明，使用该方法以及来自标准穿透裂纹试件的材料da/dN-ΔK数据可准确地预测圆杆表面疲劳裂纹的扩展寿命，该方法还可用于其他复杂结构的疲劳裂纹扩展分析。     

断裂力学判据存在的一个问题及讨论

利用细观力学对材料断裂机理的认识,结合脆性材料常规破坏试验结果,提出了一个新的拉断破坏条件,该拉断强度条件与常用的几何脆断强度条件相比,能更好地解释材料在复杂应力状态下发生的脆断与小塑性韧断,并对常用的断裂力学判据存在的问题进行了讨论,通过分析影响裂尖空穴扩张的主要因素,给出能适应不同应力状态的新的断裂判据。     

含氮奥氏体钢的穿晶脆断

通过断口分析研究了含氮高锰奥氏体钢在超低温下的冲击断裂特性,探讨了其断裂机理。分析表明：穿晶脆断刻面是含氮高锰奥氏体钢的一种特有的断口形貌。由于合金元素和试验温度的影响,使钢的正断抗力S (OT)小于切断抗力τ k,因此产生了穿晶断裂。断裂面是{111}γ或孪晶界;当τ k和S (OT)相近时,形成了各种复杂形貌的断口。氮量过高会导致钢产生穿晶脆断。     

精铸热锻模具钢的强韧性与早期脆断

通过精铸热锻模的应用及对失效形式、工况条件的分析和性能测试，探讨精铸热锻模具钢的强韧性与早期脆断的关系。结果表明，精铸热锻模早期脆性断裂往往是由于热处理不当和操作不合乎要求引发的内应力与显微裂纹等所致，精铸热锻模具钢低的冲击韧度不是导致早期脆性断裂的根本原因，通过材料和工艺的改进，精铸热锻模早期脆性断裂是可以避免的。     

高速工具钢的超长寿命S-N曲线特征和内部裂纹萌生行为

为了研究高速工具钢超长寿命S-N曲线特征和内部裂纹萌生行为,使用沙漏形状试样在室温空气环境下进行旋转弯曲的疲劳试验。结果表明,材料的S-N曲线均由表面裂纹萌生型和内部裂纹萌生型组成。表面裂纹萌生型的S-N曲线位于高应力幅短寿命区,内部裂纹萌生型的S-N曲线位于低应力幅长寿命区。前者的S-N曲线向后者的转移几乎是连续的,回火温度对疲劳强度和寿命没有明显的影响。分别使用扫描电子显微镜、扫描探针显微镜和电子探针X射线微区分析仪对内部裂纹萌生位置和材料组织进行对比观察,在萌生内部裂纹的夹杂物周围存在一个颗粒区域,该区域内凸起的颗粒是组织中的球形碳化物。颗粒区是在内部裂纹扩展的应力强度因子门槛值范围以下形成的,对超长寿命疲劳起着重要的作用。     

宝钢宽厚板断裂韧度试验若干问题的研究对策

概述宝钢在开展宽厚板断裂韧度试验过程中所面临的若干问题及研究对策.主要包括单试样柔度法测定JIC与CTOD指标的试验方法;开发和设计针对大尺寸宽厚板试样的JId试验手段,以满足平面应变断裂的有效性判据;针对高韧性厚钢板落锤撕裂试验(drop weight tear test,DWTT)试验容易出现无效异常断口的现象,文中初步分析试样缺口类型对异常断口的影响.     

10Cr9Mo1VNbN铁素体钢的动态断裂韧度

采用标准夏比Ｖ型缺口试样的示波冲击试验获得了１０Ｃｒ９Ｍｏ１ＶＮｂＮ钢的冲击特性和动态断裂韧度,对冲击过程进行了断裂力学分析,并检验了裂纹启裂能量,裂纹扩展能量,总冲击能量,动态断裂韧度之间的相关性。     

PD3和U71Mn钢轨钢疲劳裂纹扩展速率研究

利用MTS试验机, 在常温下对两种钢轨PD3和U71Mn进行疲劳裂纹扩展速率试验研究,根据Paris公式确定两种钢轨的疲劳裂纹扩展速率,利用极大似然估计法计算带有一个随机变量描述的疲劳裂纹扩展速率的概率方程.结果表明,裂纹扩展速率曲线符合一般疲劳裂纹扩展规律;PD3的强度性能优于U71Mn,但U71Mn表现出更好的抗疲劳裂纹扩展性能,扩展速率低于PD3钢轨;疲劳裂纹扩展速率的不确定性方程与试验结果相符.     

弯扭组合轴表面裂纹应力强度因子修正系数的光弹性确定

评价了将轴表面半椭圆裂纹简化为有限边界平板和单边裂纹问题和半无限体表面穿透直线裂纹问题来处理的局限性。通过三维光弹实验成功地测定了轴表面半椭圆裂纹前缘各点的应力强度因子ＳＩＦ，并根据几组弹数据回归出轴表面对ＳＩＦ的影响修正系数ＭＹ与裂纹相对深度α／Ｆ之间的关系曲线。     

压弯组合应力下高强钢焊接板表面裂纹疲劳寿命计算

潜艇上浮下潜运动使得其耐压壳承受交变的外压载荷。潜艇耐压壳的疲劳热点为锥一柱过渡结构连接焊缝焊趾处，该处所受的应力特征为压弯组合应力。压弯组合应力下表面裂纹应力强度因子及其疲劳寿命的计算尚无报道。弄清楚压弯组合应力作用下带表面裂纹焊接板试件的疲劳特性对潜艇等结构的疲劳研究是必要的。文中提出用成一定角度的对接焊板试件和轴向加载获得压弯组合应力来模拟潜艇耐压壳锥一柱焊接结合区的应力特征的实验方法。用980高强钢作试件，研究焊趾处预制表面裂缝，并在压弯组合应力为特征的疲劳载荷作用下表面裂纹的疲劳行为。给出高强钢焊趾表面裂纹在压弯组合应力下应力强度因子及其疲劳寿命计算式。该结果可供海洋平台、压力容器及管道的某些受力特征为压弯组合应力的重要结构的疲劳设计时参考。