裂纹尖端张开位移（CTOD）试验方法的进展──美国ASTME1290标准简介

介绍了美国ＡＳＴＭＥ１２９０一８９标准的主要内容和进展，为我国ＣＯＤ试验方法标准的修订提供重要的参考。     

裂纹张开位移的预测方法

把不同温度下的裂纹张开位移(CTOD)试验数据,用灰色理论中的累加方法,进行二次累加。可以使一组没有规律的数据,成为一条光滑的曲线。然后利用回归理论中的多项式模拟曲线,对其试验数据进行了预测,提出根据试验数据确定出预测数据的可能的区间范围。计算实例表明,其预测精度较高。     

裂纹张开位移的边界配位法计算方法

提出新的应力函数，该应力函数对于表面自由的或随均布载荷的裂纹都适用。利用该应力函数导出了各种裂纹模型，在各种边界条件下的应力强度因子的计算公式及裂纹面上各点位移的计算公式。并利用边界配位法，计算了方形中心裂纹板在各种条件下裂纹面上各点的位移。     

部分裂纹面受力情形下无限大板孔边双裂纹的张开位移研究

针对航空结构中常见的孔边裂纹问题,利用Muskhelishvili复变函数法和Cauchy积分理论推导了无限大板内圆孔边任意长度双裂纹在部分裂纹面受均布应力情形下的位移表达式,并计算了孔边裂纹对称和孔边裂纹不对称两种情况下的裂纹面张开位移。孔边双裂纹对称时,计算值与权函数方法的求解结果进行了对比,最大误差为16.21%。研究表明,应用复变函数法和Cauchy积分理论推导的裂纹面张开位移表达式,不仅适用于无限大板内孔边裂纹对称的情况,孔边裂纹不对称时同样适用,从而为圆孔边任意长度双裂纹的疲劳裂纹闭合分析和张开应力求解提供了研究基础。     

高应变区裂纹尖端张开位移COD表达式

根据工程构件常呈现局部高应变梯度的特征而不是全面屈服状态的事实,本文提出了高应变区中LiCOD表达式。将其与从Dugdale-Muskhelivili模型导得的低应力范围内的COD表达式相结合,即可得到全部应力应变范围内的COD表达式。作者设计了两种SCT试样,试验结果表明:在很大的应力应变范围内,该表达式计算值与试验数据相符。试验还证明:SCT试样成功地再现了实际工程构件(如压力容器接管)高应变梯度区的特征,且不再出现宽板标定曲线的COD冻结等奇异现象,从而证明该表达式可以应用于工程结构。     

三维准静载弹塑性弯曲裂纹张开位移

主要研究准静载荷作用下的三维弹塑性弯曲裂纹尖端的张开位移问题。综合考虑了准静作用应力,三维塑性区域边界上正应力与剪应力,利用二阶摄动方法计算了三维弹塑性弯曲裂纹尖端的张开位移。用数值解法计算出三维弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移,作图分析了三维弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移与三维裂纹体几何尺寸之间的变化关系。三维弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移随着三维裂纹体厚度的增大而减小,随着三维裂纹体厚度的均匀增大,三维弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移尺寸不断减小,减小的幅度越来越小,最终趋于平面应变状态下的弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移尺寸。当三维裂纹体几何尺寸相同时,三维弯曲裂纹尖端张开位移尺寸随外载荷的不断增大而逐渐增大。建立了一个计算三维弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移尺寸的崭新理论模型。     

铸铁黏聚裂纹的张开位移与应力分布

对于含缺陷材料结构的强度,以裂纹为主要特征的断裂力学是其力学行为分析的有效途径,裂纹扩展过程区能被简化成具有黏聚力的裂纹段。为探讨带切口的铸铁裂纹发展规律及黏聚裂纹张开位移与黏聚应力的本构关系,对8种不同切口尺寸的铸铁梁进行三点弯曲加载实验,通过应变计电测跟踪测试,得到预制裂纹端部的张开位移随载荷变化曲线。由确定黏聚裂纹张开位移与黏聚应力分布的解析方法,计算得到该材料黏聚裂纹张开位移及与应力的本构关系。计算预制裂纹尖端张开位移与应变计测试结果基本符合。     

幂硬化对准静载弹塑性弯曲裂纹张开位移的影响

研究准静载荷作用下的硬化材料弹塑性弯曲裂纹尖端的张开位移问题。综合考虑了准静作用应力,塑性区域边界上正应力与剪应力,利用二阶摄动方法与卡氏定理计算了硬化材料弹塑性弯曲裂纹尖端的张开位移。作图分析了弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移尺寸与材料硬化指数之间的变化关系。在幂硬化材料中,弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移随着材料硬化指数n的增大而减少,当n等速均匀增加时,弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移加速减少,减少的幅度越来越大。当材料的硬化指数相同时,弯曲裂纹尖端张开位移随外载荷的不断减小而逐渐减小。开拓了一个计算硬化材料弹塑性弯曲裂纹张开位移的理论模型的崭新领域。     

X80管线钢裂纹尖端张开角的试验研究

高压富气输送管道要求发展管道钢的裂纹尖端张开角（CTOA）的测试方法。采用准静态的撕裂过程和长裂纹扩展长度试件,进行了X80管道钢的裂纹扩展试验,用摄像机跟踪拍摄裂纹扩展全过程,从照片上直接测量出裂纹扩展全过程的CTOA值,分析了裂纹扩展中的断裂力学行为。结果表明：试件的韧带厚度越小,越容易获得稳定的扩展过程,且稳态裂纹扩展的CTOA值随试件韧带厚度的增加而增大,韧带太厚的试件不易得到稳态扩展过程。韧带厚度为4,8 mm试件的稳态的裂纹扩展阶段分别为7.8°1,2.8°,裂纹扩展长度与韧带厚度比在5～252,～10之间。     

单边裂纹弯曲试样的转动修正方法研究

由SEB( single edged bending)试样变形几何关系,提出断裂韧度测试中用于SEB试样J积分塑性功计算的裂纹嘴张开位移V0与加载点在加载线位移VLL的弹塑性转换公式.对SEB试样进行弹塑性有限元分析表明:试样转动中心位置受材料本构关系的影响微小,仅与裂纹长度α与试样宽度W之比有关,进而提出SEB试样转动半径R(裂纹嘴初始位置到转动中心的距离)的表达式,并对公式的有效性进行验证;应用线弹性柔度公式预测裂纹长度,可以忽略试样转动效应的影响,而刚性转动对SEB试样的J积分计算有一定影响,需采用考虑转动效应的载荷与加载线位移关系曲线来获得真实的J-△α阻力曲线.     

基于最大张口位移计算多条共线裂纹应力强度因子的方法研究

提出一种多裂纹应力强度因子计算的新方法.该方法是利用裂纹的最大张口位移量来确定多裂纹尖端的应力强度因子.首先基于单条穿透裂纹的张口位移与应力强度因子的解析解,推导出二者之间的对应解析关系,然后通过考虑双条共线穿透裂纹的板宽效应、裂纹间距比和裂纹长度比的影响,拟合出各种修正系数的变化曲线,进而确定双裂纹情况下裂纹尖端应力强度因子与裂纹最大张口位移之间的函数关系,最后利用复合法的思想,确定多裂纹与双裂纹修正系数之间的对应关系,进一步确定多裂纹的应力强度因子的计算方法.     

两种求解应力强度因子权函数方法的对比分析

对WXR权函数法和通用权函数法的特点进行了分析,并通过计算两种典型一维I型裂纹结构(有限宽板中心穿透裂纹、双边穿透裂纹)承受均布、梯度分布载荷下的应力强度因子,对两种权函数法的精度进行了对比评估。得到以下主要结论:对于二维线裂纹体WXR权函数法精度相对较高,但应用于三维面裂纹体时相对复杂亦不能表现三维效应,通用权函数法能够直接方便地适用于二、三维裂纹问题。两种权函数法对参考应力分布下的应力强度因子计算精度与对复杂非均匀应力分布下的计算精度基本一致,要保证其在复杂应力分布下具有较高的计算精度,必须提高参考应力强度因子解本身的精度。     

海军海水介质疲劳裂纹扩展速率标准试验方法的进展

目前腐蚀环境下金属材料的疲劳裂纹扩展速率试验是一个活跃的领域,许多发达国家都在积极开展。在国防、能源和交通运输业的材料应用方面,这项研究都占有重要地位。最近“ASTM 液态介质疲劳裂纹扩展速率试验工作组 E24.04.05”进行了一项鉴定,对九个非共产党国家的40多个试验室参加的腐蚀疲劳研究(使用预裂纹试样)予以总结。事实上所有现代的腐蚀疲劳裂纹扩展速率试验都使用断裂力学试验方法.这类试验的力学方面广泛采用 ASTM“大于10~(-(?))m/周恒幅疲劳裂纹扩展速率试验方法(E647)”中的程序.上述ASTM24.04.05的总结认为,腐蚀介质下用 ASTME647标准进行试验不存在什么问题。尽管在腐蚀疲劳裂纹扩展速率试验中应用 ASTME647有一些成功的报告,但进行这类试验需要引起注意的几个问题仍有待讨论。与腐蚀相关的试验因素能强烈地影响到试验结果。海军和核能工业在所进行的研究项目中都已意识到,腐蚀疲劳裂纹扩展速率数据在各实验室间的差异可能是一个严重的问题。海军已经起草了一个推荐方法,即“海水介质恒幅疲劳裂纹扩展速率标准试验方法”.本文阐述了该方法的核心内容、基本原理以及为检验该方法所采取的措施。     

厚钢板焊缝强度匹配对韧度影响的试验方法

提出了研究厚钢板焊缝强度匹配对韧度影响的试验方法：用“直接测量法”确定焊缝强度匹配系数；用裂纹尖端张开位移（CTOD）断裂韧度作为焊缝材料韧度的指标。用“直接测量法”确定了低合金高强钢S355ML钢板（厚65mm）自动埋弧焊和手工电孤焊的焊缝强度匹配系数，同时将这两项焊接工艺的对接焊缝制成全厚度断裂韧度试样，运用裂纹尖端张开位移试验方法测定其焊缝中心的断裂韧度。结果表明，厚钢板焊态对接焊缝，低匹配焊缝具有较高的韧度，高匹配焊缝的韧度比较低。     

E级钢的斜Y形坡口焊接裂纹的试验研究

为了满足电力机车生产制造发展的需要，我厂成功研制了低合金高强度铸钢E级钢材料，并成功地应用于电力机车配件SS9轴箱体、SS9拐臂和大容量缓冲器箱体上。E级钢的焊接性主要取决于它的化学成分，因其含碳量较高、合金元素多，因此焊接裂纹又是其主要缺陷。从材料性能分析，形     

含扩展裂纹板计及厚度效应的载荷—位移曲线解析闭合解

准确预测长寿命结构在其服役期内的剩余强度,是当前结构设计工程师面临的一个重大课题。而裂纹扩展过程中,精确的载荷—位移曲线将为这一问题的突破提供一种非常高效的方法。为此,在考虑厚度效应的断裂韧度与阻力曲线理论基础上,对含穿透裂纹板在裂纹扩展过程中的载—荷位移曲线进行理论与试验研究。用卡氏定理导出含驻止裂纹试件承受载荷作用时,外部载荷与试件中点挠度的关系表达式。引入计及厚度效应的断裂韧度与阻力曲线理论,导出裂纹扩展时试件中点处载—荷位移曲线的解析闭合解。进行准静载单调加载下的裂纹扩展试验。所得数据与由载荷—位移曲线解析闭合解得到的计算结果基本吻合,充分验证该解析闭合解的有效性。     

一种加筋板多裂纹应力强度因子的试验验证方法

给出一种加筋板多裂纹应力强度因子试验验证方法,是基于等幅载荷下裂纹扩展速率反推得到的.该方法不仅能确定复杂问题的应力强度因子,而且能验证确定加筋板多裂纹应力强度因子的类比法.进行LY12CZ铝合金加筋板多裂纹裂纹扩展试验,给出试验验证反推应力强度因子的方法及过程.并给出用类比法近似计算的结果和试验验证结果及平均值.同时也指出这一方法可解决复杂问题应力强度因子的确定,但裂纹扩展速率存在一定的分散性.得到的结果表明试验验证方法和类比法对于确定加筋板多裂纹应力强度因子是可用的.     

用钻孔应变测量决定残余应力的标准方法——ASTM标准:E837—81

引言钻孔应变测量法是测量材料表面附近残余应力的半无损的方法。本方法包括在表面安装应变计,并在应变计附近钻一个孔测量所释放的应变。测出的应变通过一组方程式和被释放的主应力相关。 1、范围 1.1 本方法包括测定各向同性弹性材料表面附近残余应力的方法和步骤。虽然概念是十分普遍的,但此处所描述的方法只适用于应力沿深度变化不大,且其数值不超过屈服强度的一半。因为本方法是半无损的,它应该用于小孔不影响结构的使用或比其他方法在技术上或经济上有更多的优越性的场合。     

疲劳裂纹扩展试验的一种低载截除方法

基于疲劳裂纹扩展门槛值和应力比的关系,提出了一种适用于疲劳裂纹扩展试验的低载截除方法。该方法综合考虑了材料裂纹扩展性能、应力幅值和应力比的影响。用中心裂纹板(M(T))试验件进行了一种飞-续-飞原谱和两种截除谱下的疲劳裂纹扩展试验。截除谱下裂纹扩展寿命与原谱下寿命差别在26%以内,但试验周期最多缩短了78%。试验结果表明,采用提出的方法进行低载截除,可显著缩短试验周期而不改变结构破坏模式,也不明显改变裂纹扩展寿命。