涂层材料的断裂分析(英文)

和基体厚度相比,涂层很薄,因此细观力学模型可把基体作为半无限弹性体。由于涂层和基体材料的膨胀系数及弹性系数不匹配,涂层材料中残余热应力的解析解为 E_c/(1-γ_c)·(α_s-α_c)△T。用有限元法校核,该应力和解析解吻合得好。通过对涂层产生裂纹驱动力和断裂韧性的讨论,提出了抗裂涂层厚度公式。     

涂层材料的断裂分析

和基体厚度相比，涂层很薄，因此细观力学模型可把基体作为半无限弹性体，由于涂层和基体材料的膨胀系数及弹性系数不匹配，涂层材料中残余热应力的解析解为Ｅｃ／（１－ｙｃ）·（αｓ－αｃ）△Ｔ。用有限元法校核，该应力和解析解吻合得好，通过对涂层产生裂纹驱动力和断裂韧性的讨论，提出了抗裂涂层厚度公式。     

小裂纹条件下核电关键材料304的裂尖力学特性

小裂纹条件下的环境致裂是准确预测核电关键构件在役寿命和确定检修周期的重要技术环节,但是目前对小裂纹下的环境致裂扩展少有研究。本文以核电关键材料304作为研究对象,利用断裂力学弹塑性有限元分析研究稳态下小裂纹裂尖的力学特性,研究结果表明,线弹性条件下裂纹长度对裂尖应力应变场影响不大,但是在弹塑性条件下,裂纹长度小于约1mm之后,裂纹长度减小时J积分和CTOD都明显增大,甚至远大于长裂纹条件下的参考值,此时再使用J积分和CTOD来描述裂尖强度会有很大偏差。研究工作对后续研究及工程应用有一定的参考价值。     

曲轴材料48MnV钢及其具有3Cr13电弧喷涂涂层的疲劳行为

汽车发动机再制造中,采用电弧喷涂技术修复曲轴具有一定的潜在应用价值,本文对曲轴材料48MnV钢及其具有3Cr13电弧喷涂涂层的疲劳行为进行了研究。选用标准48MnV钢材料及其具有不同厚度涂层的试样进行拉伸和疲劳试验,计算了其疲劳极限并加以分析比较,同时对断口做了分析。发现基体材料为48MnV钢,具有3Cr13电弧喷涂层的试样在轴向载荷下的疲劳性能有相当程度的降低。涂层越厚,疲劳性能越差,疲劳极限越低。疲劳性能降低的主要原因是涂层的结合强度较小,以及喷砂时残留的铝氧化物引起疲劳裂纹萌生。     

梯度涂层材料中裂纹问题的非均匀元分析

本文采用非均匀等参有限元的方法研究了薄膜梯度涂层/均匀基材中的界面裂纹问题,并与双材料界面裂纹情况进行了对比计算。研究表明:在均匀基材上采用梯度涂层,与双材料相比可以有效地降低裂尖场应力强度因子;同时还分析了涂层厚度与梯度参数对界面应力强度因子的影响。结果表明:当薄膜厚度大于或等于裂纹长度时,应力强度因子(K_I、K_Ⅱ)对其尺度的变化显得不敏感;对梯度参数的影响而言,当材料性能曲线的幂指数m大于1时,裂尖场的应力强度因子K_Ⅱ相对K_I很小且基本不随m变化,因此裂尖场与均匀材料情况类似;当m小于1时,应力强度因子K_Ⅱ随m减小而急剧增大,裂尖场由K_I及K_Ⅱ控制,断裂趋于混合型。     

混凝土结构Ⅰ型裂纹裂尖塑性区研究

应用双剪统一强度理论,研究了Ⅰ型裂纹的塑性变形问题。给出了包含反映材料拉压性能差异的参数拉压比及反映中间主应力效应的参数b的Ⅰ型裂纹裂尖塑性区形状和大小的统一解。已有的Tresca准则、Mises准则和Mohr-Coulomb准则解均是本文的特例或线性逼近。针对混凝土结构,画出了不同参数b情况下的裂尖塑性区半径变化图。得出了材料拉压比对Ⅰ型裂纹裂尖塑性区影响很大。b对Ⅰ型裂纹裂尖塑性区影响随拉压比的不同而不同,拉压比较大时,b对塑性区影响大,拉压比较小时,b对塑性区影响小的结论。该统一解可以适应于各种不同材料,能充分发挥材料潜力,具有普遍性和广泛的适应性,有一定的工程应用价值。结论对于研究各种材料的断裂问题有参考作用。     

混凝土结构I型裂纹裂尖塑性区研究

应用双剪统一强度理论,研究了I型裂纹的塑性变形问题。给出了包含反映材料拉压性能差异的参数拉压比及反映中间主应力效应的参数b的I型裂纹裂尖塑性区形状和大小的统一解。已有的Tresca准则、Mises准则和Mohr-Coulomb准则解均是本文的特例或线性逼近。针对混凝土结构,画出了不同参数b情况下的裂尖塑性区半径变化图。得出了材料拉压比对I型裂纹裂尖塑性区影响很大。b对I型裂纹裂尖塑性区影响随拉压比的不同而不同,拉压比较大时,b对塑性区影响大,拉压比较小时,b对塑性区影响小的结论。该统一解可以适应于各种不同材料,能充分发挥材料潜力,具有普遍性和广泛的适应性,有一定的工程应用价值。结论对于研究各种材料的断裂问题有参考作用。     

有限宽板偏心裂纹在裂纹面受两对点力时的弹塑性分析

有裂纹的有限宽板的弹塑性解是弹塑性裂断力学最困难的问题之一，本文采用线场分析方法对理想弹塑性有材料有限宽板偏心裂纹在裂纹面上受两对反平面集中力的情形进行弹塑性分析，本文的分析不受小范围屈服条件的限制，求得了裂纹线附近的弹塑性解析解，裂纹线上的塑性区长度随外荷载的变化规律及有限宽板具有偏心裂纹的承载力，其结果在裂纹线附近足够精确。     

含倾斜裂纹三点弯动态断裂试验研究

为研究冲击荷载下巷道围岩不同角度径向裂纹的破坏机制,采用落锤冲击加载平台和数字激光动态焦散线实验系统,以有机玻璃为试验材料,设计冲击荷载下半圆孔上不同角度裂纹的三点弯动态断裂试验,记录预制裂纹的角度α的改变对裂纹动态力学行为的影响,通过分析动态应力强度因子和裂纹扩展轨迹的分形维数对实验现象进行归纳总结。研究发现:①预制裂纹角度对裂纹尖端应变能的积累和释放的快慢有较大影响,随着角度的增大,起裂时间变短,起裂更容易,裂纹尖端应变能积累的更快;②裂纹尖端应变能释放的快慢在α=45°两侧表现出不同的规律;③不同角度裂纹的Ⅰ型动态应力强度因子随时间的变化规律具有相似性,但最大值却具有差异性;④不同角度裂纹的扩展轨迹满足一定的分形规律。     

材料不均匀层对垂直裂纹的作用

界面层(或界面相)断裂行为是复合材料细观力学的一个重要问题。本文研究裂纹垂直侵入双材料之间刚度性质呈单调变化的界面层的断裂问题。近似分析与大规模有限元计算均表明:当裂纹从软相一侧跨越界面层时,裂尖应力强度因子不断上升;当裂纹从硬相一侧跨越界面层时,裂尖应力强度因子不断下降。