紧凑拉伸试样厚度对镍基合金裂纹尖端力学特性的影响

为研究试样几何拘束对镍基合金应力腐蚀裂纹尖端力学特性的影响,对表征裂纹尖端扩展驱动力的应力应变及应力三轴度进行了分析。研究结果表明:试样中间层比表面层附近区域更先启裂,裂纹扩展速率也更大;由于裂尖拘束效应的影响,含裂纹的厚试样具有更大的裂纹扩展驱动力,更容易发生开裂和扩展;试样厚宽比B/W≥0.3时,裂尖拘束效应几乎不起作用。     

扩展初始角对镍基合金焊接过渡区裂纹应力腐蚀行为的影响

焊接接头过渡区的复杂成分分布和材料性能梯度都会改变裂尖的力学状态,进而影响接头的应力腐蚀开裂行为。为了对镍基合金焊接过渡区的应力腐蚀裂纹扩展行为进行准确预测,利用ABAQUS软件对不同扩展初始角裂纹尖端的应力应变及扩展驱动力进行了分析,研究结果表明:裂纹扩展到达熔合线边界后会停止扩展;若扩展驱动力足够大,裂纹会发生偏折,转为沿熔合线边界在镍基合金焊缝内扩展;有限元分析的结果与实验结果一致。     

成形系数及强度组配对焊缝区裂尖力学特性的影响

为了解镍基合金焊接接头焊缝成形系数及强度组配对裂纹尖端力学特性的影响,借助有限元数值模拟手段,分析了焊缝成形系数及不同组配条件下裂纹尖端力学特性。低组配下,裂尖Mises应力、等效塑性应变及J积分均随着成形系数的增大而增大;等组配下,裂尖力学特性不变;高组配下,裂尖Mises应力、等效塑性应变及J积分均随着成形系数的增大而减小。随着组配比的增加,裂尖Mises应力随之增加,裂尖等效塑性应变和J积分逐渐减小。研究结果表明,强度组配对裂尖力学特性有较大的影响,焊缝成形系数对裂尖力学特性影响较小。     

氧化膜厚度对应力腐蚀裂纹尖端蠕变的影响

针对应力腐蚀开裂裂纹尖端的基体金属在高应变条件下发生的蠕变现象,采用有限元软件ABAQUS对高温水环境下合金600含氧化膜的应力腐蚀开裂裂纹尖端的高应力状态进行了数值模拟,并对裂纹尖端的力学场分布规律及氧化膜厚度对基体材料蠕变的影响进行了分析。结果表明:蠕变后,基体金属裂尖应力值减小,应变值会增大;氧化膜越薄,基体金属裂尖区域的蠕变量越大;高蠕变区域主要分布在与裂纹扩展方向线垂直的方向上,裂纹会沿氧化膜破裂方向扩展。本研究为准确预测核电关键结构材料应力腐蚀开裂裂纹的扩展速率奠定了一定的基础。     

输气管道壁面凹坑的应力应变分析

研究管道壁面凹坑对输气管道运行的影响。以X60管线钢输气管段为例,对残余应力测试及分析和内压-应变测试及分析进行探讨。结果表明,凹坑深度对残余应力的影响很大,当凹坑深度超过6%时,实测残余应力已经超过管道的屈服极限,此时管道必须进行维护处理。对管道凹坑进行内压-应变同步分析,提出了输气管道表面凹坑内压-应变测试方法,以确定凹坑的风险。     

面层与基层层间摩擦系数对应力强度因子影响的研究

开裂为沥青混凝土路面中存在的主要问题。基于线弹性断裂力学理论,采用ABAQUS软件中的平面应变单元法,分别分析了变温作用下裂缝的长度、面层与基层层间摩擦系数态对含表面裂缝和含反射沥青混凝土路面的应力强度因子分布规律的影响。得出了含表面裂缝和反射裂缝路面体的应力强度因子均随着裂缝长度的增加逐渐增大。表面裂缝裂尖位于面层中时,应力强度因子随着摩擦系数的增加而逐渐减小;裂尖位于基层中时,应力强度因子随着摩擦系数的增加而逐渐增大。反射裂缝裂尖位于基层中时,应力强度因子随着摩擦系数的增加而减小;反射裂缝裂尖位于面层中且长度小于某一值时,应力强度因子随着摩擦系数的增加而增大;反射裂缝裂尖位于面层中且裂缝长度大于某一值时,应力强度因子随着摩擦系数的增加而减小。     

酸雨对水泥砂浆表面腐蚀损伤的影响

基于干湿循环模拟酸雨侵蚀试验,通过球压痕法测试不同pH值模拟酸雨中的水泥砂浆应力-应变曲线,研究了酸雨侵蚀对水泥砂浆表面腐蚀损伤的影响试验。结果表明:酸雨酸度和腐蚀龄期对水泥砂浆表面腐蚀损伤有显著影响。酸雨酸度越高,腐蚀龄期越长,水泥砂浆表面腐蚀越严重。体视显微观察表明,酸雨对水泥砂浆的侵蚀破坏是一种由表及里的溶蚀性破坏过程。用球压痕法可以实时监测水泥砂浆酸雨侵蚀发展状态及其破坏历程。     

渗透环境下化学腐蚀裂隙岩石破坏过程的CT 试验研究

 通过CT扫描试验研究渗透及无渗透环境下受化学腐蚀及未受化学腐蚀预制裂隙砂岩的三轴压缩破坏过程,分析试件破坏过程中各层面的CT数变化规律,并对渗透环境下不同试验阶段试验参数的变化规律以及渗透环境对砂岩强度的影响进行分析。试验结果表明,在微裂隙扩展与主裂隙贯通的过程中,对于无渗透环境,由于微裂隙发育导致裂尖处有所密合,之后随着试件的破裂CT数逐步减小;而对于渗透环境,由于孔隙水压力作用,在此过程中裂尖处无密合现象,而是继续开裂,CT数继续减小直至破坏。试件破坏后,无渗透环境下试件破坏时产生的裂隙较单一,而渗透环境下由于渗透作用和孔隙水压力作用,试件破坏时产生的裂隙相对来说较复杂,说明渗透环境对试件的破坏损伤作用较大。在试件变形从应力–应变曲线的线性阶段开始到裂尖破裂阶段,渗透环境的影响对应力以及变形所经历的时间大小起主要决定作用;在试件变形从裂尖破裂到裂隙贯通阶段,应力以及变形所经历的时间受化学腐蚀程度和渗透环境共同影响。渗透环境对砂岩强度的影响非常明显,无渗透环境下试件的强度远大于渗透环境下试件的强度,如试件经浓度为0.01 mol/L,pH值为2的NaCl溶液腐蚀后,其强度只有无渗透环境下的16.6%。     

酸沉降环境下混凝土断裂韧度的试验研究

通过实验室加速腐蚀方式和三点弯曲试验研究酸雨腐蚀对混凝土断裂韧度的影响,得到在酸雨腐蚀条件下混凝土裂尖的劣化样貌以及断裂韧度的劣化情况。在模拟酸环境下,腐蚀深度随着浸泡时间的延长而增加,混凝土裂尖腐蚀层材料发生物理化学变化,并随着腐蚀时间的延长而变得松弛并产生微裂隙,导致混凝土裂纹尖端抵抗开裂的能力降低。三点弯曲试验结果表明:相比未腐蚀试件,腐蚀试件断裂韧度发生了明显改变,并且随腐蚀时间呈现出先增加后减小的趋势。断裂韧度的劣化过程受p H值的影响,溶液p H值越小,则腐蚀初期的性能强化时间越短,断裂韧度劣化越快。腐蚀层混凝土材料的劣化是导致混凝土力学性能下降的主要因素,通过试验得到了腐蚀混凝土断裂韧度和腐蚀深度间的关系曲线。     

陶瓷材料磨削表面的研究

本文在实验基础上,利用电子显微镜对磨削加工后氧化铝陶瓷材料表面的显微结构进行了研究。文中提供了陶瓷材料磨削表面主要特征的各种照片,包括大量的凹坑、沟槽以及细微划痕等。它不仅表明,脆性破坏是陶瓷材料磨削加工的主要方式,而且由于磨粒刃尖的特性作用,陶瓷材料表面还存在塑性变形。从而分析和提出了陶瓷材料磨削表面的形成机理,并就如何评定磨削加工表面质量作了讨论。