颗粒和微观结构对Cu/WCp复合材料疲劳裂纹萌生和扩展行为的影响

通过原位扫描电子显微镜(SEM)研究了粉末冶金制备的Cu/WCp复合材料的疲劳裂纹萌生和扩展行为,分析了颗粒和微观结构对Cu/WCp复合材料疲劳裂纹萌生和早期扩展行为的影响。结果表明:疲劳微裂纹萌生于WCp颗粒和基体Cu的界面;微裂纹之间相互连接并形成主裂纹,当主裂纹和颗粒相遇时裂纹沿着颗粒界面扩展。在低应力强度因子幅ΔK区域疲劳小裂纹具有明显的"异常现象",并占据了全寿命的71%左右。疲劳小裂纹的早期扩展阶段易受局部微观结构和颗粒WCp的影响,扩展速率波动性较大,随机性较强;当小裂纹长度超过150μm时,裂纹扩展加快直至试样快速断裂。裂纹偏折、分叉和塑性尾迹降低了疲劳裂纹扩展速率,而颗粒界面脱粘则提高了复合材料的疲劳裂纹扩展速率。通过数值模拟也可以发现颗粒脱粘增大了材料的疲劳扩展驱动力,从而提高了疲劳裂纹扩展速率。     

不同应力比下Cu/WCp复合材料疲劳裂纹扩展行为及影响机制分析

通过粉末冶金工艺制备了一种高压电触头用Cu/WCp颗粒增强复合材料。研究了不同应力比下Cu/WCp颗粒增强复合材料的疲劳裂纹扩展行为,并结合裂纹闭合模型和两参数驱动力模型分析了应力比对Cu/WCp颗粒增强复合材料疲劳裂纹扩展速率的影响机制。研究结果表明:随着应力比R的增大裂纹扩展速率增大,尤其在近门槛值附近裂纹扩展速率差别最明显。裂纹闭合模型和两参数驱动力模型均可以较好地将不同应力比R下(da/d N-ΔK)关系曲线关联起来,且两参数驱动力模型的相关性更好。这说明导致不同应力比R下Cu/WCp颗粒增强复合材料疲劳裂纹扩展速率差异的原因主要是Kmax引起裂纹尖端单调损伤,其次是裂纹闭合效应。根据SEM断口分析发现高应力比的断面较低应力比的粗糙,低应力比时断口以基体撕裂为主而高应力比时以颗粒基体脱粘为主。     

SiC颗粒体积分数对SiCp/Al复合材料疲劳裂纹扩展的影响

本文通过对疲劳裂纹扩展速率的测试和对疲劳裂纹扩展路径及疲劳断口的观察分析,研完了SiC颗粒体积分数对SiCp/Al复合材料疲劳裂纹扩展的影响.结果表明:随着SiC颗粒体积分数的增加,复合材料疲劳裂纹扩展抗力增加,但只有SiC颗粒体积分数为15％时,复合材料的疲劳裂纹扩展抗力才优于基体.      

粉末冶金铝合金的疲劳裂纹扩展行为

疲劳性能是粉末冶金铝合金一项重要的使用性能,研究疲劳裂纹扩展行为是研究疲劳性能的一种重要的方法。总结了影响粉末冶金铝合金疲劳裂纹扩展速率的各种外部因素和内部因素,外部因素主要包括应力比、温度、制备方法等,内部因素有晶粒尺寸、夹杂物、铝基复合材料中的增强相颗粒等,并详细阐述了这些因素的影响机制。     

纤维增强复合材料界面疲劳裂纹扩展的模拟研究

脱粘是纤维增强复合材料界面裂纹扩展的主要表现形式.基于剪切筒模型和常用的实验加载方式,研究了纤维增强复合材料中纤维与基体界面在拉-拉循环荷载作用下的裂纹扩展.借助描述疲劳裂纹扩展的Paris公式,得到了疲劳裂纹扩展速率、扩展长度以及界面上摩擦系数与加载次数的关系.在分析中,考虑了疲劳加载引起的脱粘界面的损伤及损伤分布的不均匀性,同时还考虑了材料的泊松效应.     

WC体积分数对WC_p/Fe复合材料组织及压缩性能的影响

为研究WC体积分数对WC_p/Fe复合材料组织、界面及压缩性能的影响,采用粉末烧结法制备了不同WC体积分数的WC_p/Fe复合材料。结果表明:在不同WC体积分数的WC_p/Fe复合材料中,WC颗粒发生了不同程度的溶解,其与基体间均呈冶金结合。随着WC体积分数的增加,WC_p/Fe复合材料的界面等效宽度呈现递减趋势,当WC体积分数为50%时,界面等效宽度最小,为39.8μm;复合材料的压缩强度呈先增大后减小趋势,当WC体积分数达到45%时,压缩强度达到最大值;复合材料的断裂方式由准解理断裂逐渐转向纯解理断裂,当WC体积分数达到50%时,WC_p/Fe复合材料的断裂方式为纯解理断裂。     

橡胶夹层／复合材料粘接界面疲劳裂纹扩展行为的研究

用Ⅰ型加载下的双悬臂夹层梁试样,以应变能释放率为裂纹扩展参量,研究橡胶夹层／复合材料粘接界面疲劳裂纹的扩展行为。结果表明,循环载荷下的裂纹扩展速率对试验频率、载荷比、温度及橡胶夹层厚度反映较敏感。     

SiCp/Al梯度复合材料疲劳裂纹扩展和亚临界扩展行为

采用粉末冶金法制备了SiC颗粒增强铝基梯度复合材料，研究了其疲劳裂纹扩展行为及其亚临界裂纹扩展行为。疲劳裂纹从30％SiC层向5％SiC层扩展时，发生了裂纹扩展延滞；而在静载下，当裂纹从30％SiC层向5％SiC层扩展时，随着裂纹长度的增加其裂纹扩展阻力增大。     

C/C复合材料层间裂纹扩展研究

作为一种耐高温高性能复合材料,Ｃ／Ｃ复合材料具优异的高温力学性能,但是材料本身的脆性是其弱点之一,其中,对于二维碳碳复合材料而言,层间裂纹扩展是其主要损伤机理,本文针对Ⅰ型和Ⅱ型层间裂纹扩展进行实验研究,深入分析了不同密度及加入填充剂填充的二维碳／碳复合材料的层间裂纹扩展方式,测试了Ⅰ型和Ⅱ型层间裂纹扩展能,发现裂纹扩展能随密度的增大而增大,加入石墨粉或热解炭粉可以有效提高材料的裂纹扩展能．     

残余应力与胶粘剂对ARALL层板疲劳裂纹扩展特性的影响

研究了粘剂性质、含量及残余应力状态对纤维－铝合金胶接层板（ＡＲＡＬＬ）疲劳裂纹扩展特性的影响，分析了裂纹扩展过程中的分层状态的变化，结果表明，ＡＲＡＬＬ层板内富胶层的剪切形变和伴随裂纹扩展的分层区越大，即这两方面耗散能量越多，则疲劳裂纺扩展速率越低；胶粘剂含量的影响不明显，给层板施加预应力极大降低了层板的疲劳裂纹扩展速率，其本质在于裂尖在同样的疲劳载荷下实际所受到的有效应力降低。     

利用原位观察技术测定TC4钛合金的疲劳裂纹扩展门槛值

针对目前金属材料疲劳裂纹扩展门槛值测定中存在的测定周期长、试样尺寸较大以及单位周次裂纹扩展长度测量误差较大等问题,采用扫描电镜原位观察技术测定了TC4钛合金的疲劳裂纹扩展门槛值,即通过扫描电镜对裂纹扩展长度的实时精确测定实现快速获得材料的疲劳裂纹扩展门槛值。结果表明：利用该方法测得的TC4钛合金的疲劳裂纹扩展门槛值与已报道的数据基本一致,并且具有快速简便等优点,表明该方法可以用来测定金属材料的疲劳裂纹扩展门槛值。     

超细晶纯钛疲劳裂纹的扩展行为

对纯钛进行2道次室温等径弯曲通道变形(ECAP)、等径弯曲通道变形加旋锻复合变形(ECAP+RS)并在旋锻后在300℃和400℃退火1 h,制备出4种具有不同组织的超细晶纯钛。对这4种超细晶纯钛进行疲劳裂纹扩展实验并观察分析超细晶纯钛的显微组织和疲劳断口的形貌,研究了裂纹的扩展行为。结果表明：显微组织对超细晶纯钛的疲劳裂纹扩展门槛值和近门槛区有显著的影响;超细晶纯钛的疲劳裂纹扩展门槛值随着塑性变形量的增大而增大,随着旋锻后退火温度的提高而降低;疲劳裂纹扩展速率曲线因超细晶纯钛晶粒尺寸和强度的影响出现转折,转折前ECAP+RS复合变形纯钛的抗疲劳裂纹扩展能力比ECAP变形强,且随着退火温度的提高而降低;转折后4种超细晶纯钛的疲劳裂纹扩展速率相差较小,呈现出相反的结果。疲劳裂纹扩展寿命中转折前近门槛区裂纹扩展寿命占绝大部分,因而转折前的门槛值与近门槛区的扩展速率对抗裂纹扩展能力更为重要。     

On the Effect of Plate Thickness on Post-Overload Fatigue Crack Growth

Plate thickness can have a profound effect on fatigue crack growth following theapplication of an overload cycle. A modified strip-yield model is presented for determining the effects of plate thickness based on the mechanism of plasticity-induced crack closure and first-order plate theory. This approach eliminates the need for any empirical or fitting parameters. Comparisons are made with experimental data for the case of a single tensile overload applied under otherwise constant. ΔK loading. The theoretical crack growthpredictions are found to be in good agreement with the experimental data.     

Fatigue Crack Growth and Fracture of 30 wt% B4C/6061Al Composites

This paper focuses on studying the fatigue crack growth (FCG) characteristics and fracture behaviours of 30 wt% B₄C/6061Al composites fabricated by using powder metallurgy and hot extrusion method. Compact tension (CT) specimens having incisions parallel to the extrusion direction (T‐D) and perpendicular to the extrusion direction (E‐D) were investigated through FCG tests. Results show that, at low/medium stress‐intensity factor range levels (ΔK ≤ 9), crack propagation rate in E‐D specimens is lower than that in T‐D specimens because the elongated B₄C particles parallel to the extrusion direction in E‐D specimens can deflect the crack. The scanning electron microscope micrographs of the fractured surface illustrate that crack mainly propagates in the matrix alloy at the initial stage of its propagation and propagates more remarkably near the particle‐matrix interface with the increase of ΔK value. B₄C particles are also found to be easy to fracture during the rapid crack propagation. Based on fracture analyses, considering the impacts of factors like crack deviation, plastic zone size at the crack tip, and crack driving force, a 2‐D crack propagation model was developed to study the fatigue crack propagation mechanism in the 30 wt% B₄C/6061Al composite.     

碳/碳复合材料的疲劳行为研究

碳/碳复合材料作为理想的高温结构材料,在服役过程中不可避免地涉及疲劳加载的情况,其疲劳行为的研究具有十分重要的意义.本文对近年来碳/碳复合材料疲劳行为的研究情况进行了综述,总结出了疲劳行为特点.提出了"界面控制"疲劳机理分析模型,并用此模型合理解释了碳/碳复合材料优异的抗疲劳性能以及异常的"疲劳强化"现象.并在此基础上,对今后的研究工作发表了一些看法.     

Effect of Pre-loading on Short Fatigue Crack Growth at a Notch

Results indicate that under cyclic tension thegrowth rate of short fatigue crack from notch rootwill be lowered greatly by tensile pre-loading,butonly a little change by compressive pre-loading.The effect of tensile pre-loading will decrease withthe increase of stress ratio.The variation of shortfatigue crack growth rate is related to the residualstress distribution around notch root.