FV520B钢Ⅰ-Ⅱ复合型断裂行为研究

针对离心压缩机叶轮出现的复合断裂问题,设计了I-II复合型断裂夹具和改进的紧凑拉伸试样,开展了叶轮典型材料FV520B不锈钢的试验研究。结果表明:FV520B钢I-II复合型断裂均属微孔聚集型韧性机制,只是在较大加载角度下,断口上的韧窝沿裂纹扩展方向被轻微拉长、深度变浅,主要由剪切分量占比增加所致;随加载角增加,材料总的断裂韧度增大,加载角为22. 5°和45°时较纯I型的分别增加了1. 8倍和4. 4倍,断裂韧度的I型和II型分量、及启裂角亦随之增大,采用复合型J积分断裂准则可以对试验结果进行较好地预测。本研究可为离心压缩机叶轮的复合断裂分析提供技术支撑。     

M50钢的复合脆断行为

采用航空轴承用钢Ｍ５０来研究Ⅰ－Ⅱ混合型加载下脆性断裂的力学行为和断裂准则。介绍了试验研究方法，并对试验结果进行了分析。结果表明，Ｍ５０钢复合脆断过程中，最大正应力始终控制着裂纹扩张的全过程；各种混合型加载下Ｍ５０钢宏观断口形貌基本相同。附图１５幅，参考文献６篇。     

拉/扭复合载荷下氧化铝的切口强度及预测

提出了适用于陶瓷切口件拉／扭复合应力下的断裂准则，其中不合经验参数。采用具有不同应力集中系数的Al2O3陶瓷管状试样，在不同的拉／扭复合应力状态下测定了断裂强度。试验结果证明了该断裂准则的有效性和通用性。利用现有文献中的相关试验结果，对上述断裂准则作了进一步的客观校核。根据该断裂准则和陶瓷材料拉伸强度的概率分布参数，还可预测陶瓷材料光滑试样和切口件在拉／扭复合应力下具有存活率的断裂准则。提出的断裂准则具有工程应用意义。     

拉/扭复合应力下脆性材料断裂的一般准则

根据脆性材料的正应力断裂准则，提出适用于在拉／扭复合应力下无机玻璃(包含陶瓷)等脆性材料的断裂准则，并利用文献中的试验结果对该准则进行了客观的校验。提出的拉／扭复合应力下结构陶瓷材料的断裂准则，既适用于脆性材料的光滑试件，也适用于具有不同应力集中系数的切口试件或结构件。此外．该准则具有简洁的形式，不合任何经验常数；更重要的是，可以根据抗拉和抗剪强度的概率分布，求得拉／扭复合应力下结构陶瓷材料带存活率的断裂准则。     

Ⅰ—Ⅱ复合型韧断特征及机理的试验研究

通过四点弯曲试样进行不同加载复合比的Ⅰ＋Ⅱ型的断裂试验。考察了硬铝合金ＬＹ１２ＣＺ在不同复合比下的断裂过程及断口的宏微观特征。结果表明，材料在不同的复合比下，其损伤与断裂的机理将发生质的变化。     

LC4CS铝合金三维复合型断裂的试验研究

设计并完成了LC4CS铝合金2mm,4mm,8mm,14mm等四种不同厚度紧凑拉伸试样的Ⅰ＋Ⅱ复合型断裂试验，得到各个厚度下不同加载条件时不同加载条件的载荷位移曲线和裂纹起角。结果表明试样厚度和载荷复合比对试样的承载能力，裂纹起裂角均有明显影响，纯I型载荷下载薄试样的承载能力好于厚试样；Ⅰ＋Ⅱ复合载荷条件下4mm的承载能力最大，2mm和8mm接近，14mm最小，纯Ⅱ型载荷条件下各厚度的承载能力基本一致。2mm试样的起裂角值与14mm试样的值很接近，4mm试样的值略高，8mm试样的值低得多，基于平面假设基础上的最大周向应力准则能够很好地预测2mm薄试样和14mm厚试样的裂纹起裂角，但预测8mm中间厚度时误差很大，此结果为建立三维复合型断裂准则提供必要的试验基础。     

应力复合型裂纹焊接接头裂端场及其断裂参量分析

针对含Ⅰ+Ⅱ应力复合型裂纹的焊接接头,应用弹塑性有限元方法分析了其裂端应力场的分布规律。并对不同组配焊接接头的裂纹张开位移(COD)断裂参量及其复合角进行了数值计算,讨论了加载角度和接头强度组配对焊接接头中应力复合型裂纹的断裂行为及其断裂参量的影响机制。研究结果表明,无论何种强度组配,焊接接头裂纹尖端应力场的分布是不对称的。裂端上部发生锐化现象,而裂端下部发生钝化现象。断裂参量COD值的大小受接头组配的影响,因此,不能简单地采用全母材的性能代替接头进行焊接接头的断裂分析。加载角度对焊接接头中复合型裂纹Ⅰ、Ⅱ型主导性存在很大的影响,而接头强度组配对其影响不明显;而裂纹复合角则会受到加载角度及材料组配因素的影响。因此,在进行含应力复合型裂纹的焊接接头的COD断裂参量的计算时,必须考虑这些因素的综合影响作用。     

基于内聚力模型的一维弹塑性复合金属材料有限元断裂分析

针对弹塑性复合金属材料的断裂问题,提出了一种基于内聚力模型的一维弹塑性复合金属材料有限元模拟方法,并借助有限元软件Abaqus,以一维弹塑性复合金属材料杆单轴拉伸为实验背景,对两种循环加载过程进行有限元模拟,验证了该方法的准确性.     

板料成形极限应力图研究

基于塑性应力应变关系,推导出极限应力与极限应变相互转换关系,针对分散性失稳、凹槽失稳和平面应变漂移失稳等准则,进行了双线性应变路径、曲线应变路径和复合应变路径下成形极限应力图的理论计算。结果表明,成形极限应力图不受应变路径影响,对于同一失稳准则,在不同加载应变路径下几乎为同一条曲线。因此,成形极限应力图作为复杂加载路径的成形极限判据更加方便和实用。     

薄壁管复合载荷下应变增量的数值算法

薄壁管复合载荷实验是研究材料在一般应力状态下力学属性的有效手段。本文以 Hill非二次屈服准则以及塑性增量理论为基础 ,给出了薄壁管复合载荷 (拉扭、拉胀 )下应变增量的数值解法 ,分析了 Hill非二次屈服准则的次数 (m值 )对计算结果的影响。通过与解析解的对比以及简单加载下的实验验证 ,本文的算法正确、有效。     

60Si2Mn钢在Ⅱ—Ⅲ和Ⅰ—Ⅱ—Ⅲ复合型载荷作用下的断裂

本文根据文献[1]的方法,应用文献[2]提供的断裂准则,对60Si2Mn 钢在复合型载荷作用下的断裂进行了研究分析。在实验研究的基础上,推荐一种表达形式简单,可靠性较好的全复合型断裂准则。大量的实验结果表明,文献[1]给出的Ⅰ—Ⅱ—Ⅲ复合型裂纹的应力强度因子表达式 K_1=(?)(a/W)sina 是错误的,并讨论了在复合型断裂中 K_3对 K_1的影响。     

3D-C/SiC复合材料断裂韧性的研究

针对 C/ Si C复合材料的结构特征和断裂行为与单一陶瓷材料线弹性断裂不同的特点 ,采用三点弯曲加载试验对 3 D- C/ Si C复合材料室温的加载—卸载行为进行了实验研究。通过对滞回曲线的分析 ,运用能量表征方法定量研究了裂纹扩展过程中弹性变形能、塑性变形能及裂纹扩展形成新表面所需的能量 ,获得了裂纹扩展阻力曲线。结果表明 :3 D- C/ Si C复合材料在加载卸载过程中载荷—加载点位移呈现典型的滞回曲线 ,能量法分析表明 ,裂纹扩展阻力曲线呈现先增加后减小的变化规律     

复合型加载条件下PMMA断裂行为的实验研究

给出一个中心裂纹圆盘断裂试验的较完整的试验技术,并用此试验技术在岛津材料试验机上对有机玻璃(polymethyl methacrylate,PMMA)这种典型的脆性材料成功地进行纯Ⅰ型、纯Ⅱ型和复合型加载条件下的断裂试验。试验结果表明,纯Ⅰ型、纯Ⅱ型及复合型加载条件下,载荷分布角γ大于8°,对KⅠ和KⅡ的试验结果有较大影响;纯Ⅰ型加载条件下裂纹是自相似扩展的,纯Ⅱ型和复合型加载条件下裂纹是非自相似扩展,且起裂始于切口端部的角点处。试验结果和有限元分析结果表明,最大周向拉应力准则对于预测非理想裂纹切口试件的开裂角仍然是有效的,但必须以实际试件切口端部角点处的应力场为依据。     

加载速率对焊接接头断裂行为的影响

在不同温度、不同加载速率下，对典型建筑结构用钢及其焊缝进行拉伸试验，测试其基本力学性能。采用能综合考虑加载速率及高加载速率下材料温度变化的R参量，确定本构关系。通过断裂力学试验，测试不同温度及加载速率下供试钢材及其焊接接头的断裂韧度值。随加载速率的增大，断裂韧度降低，但存在有较大的分散性。不同加载速率下裂纹尖端应力场数值分析结果表明，裂纹尖端最大主应力随加载速率的增大而升高。最后基于局部法，研究不同加载速率下母材及接头的断裂行为。局部断裂参量－－威布尔应力不受温度、加载速率的影响，可有效地描述材料的断裂行为。     

复合材料层合板分层分析中的界面元应用

采用界面元模拟复合材料层合板界面层的方法,分别对测试复合材料Ⅰ型层间断裂韧度的双悬臂梁弯曲DCB(double canlilever beam)试件和测试Ⅰ、Ⅱ混合型层间断裂韧度的混合模式弯曲MMB(mixed-mode bending)试件的加载和层间开裂过程进行有限元数值模拟.分析中采用混合准则和B-K(Benzeggagh-Kenane criterion)准则分别判断界面元的刚度退化和裂纹扩展.另外,在对MMB试件的模拟中讨论B-K准则中的参数叩的选取.数值模拟的结果与试验结果的对比表明,文中采取的界面单元方法可以有效模拟复合材料层合板和层间结构的层间破坏.     

加载速率对硅橡胶拉伸断裂行为的影响

为研究硅橡胶的拉伸断裂行为,以不同的加载速率对硅橡胶进行了拉伸试验,对拉伸试样断口进行了扫描电镜观察,对硅橡胶的断裂特征形成原因进行了分析,并对实际构件进行了对比分析。结果表明:随着加载速率的增加,硅橡胶的强度呈上升趋势,断裂伸长率略有降低,性能分散性减小;加载速率较低时,源区光滑平坦,呈镜面断裂特征;当加载速率达到500 mm.min-1时,源区、镜面区断裂特征发生变化,出现了明显的二次裂纹,且随着加载速率的增加,裂纹扩展区更加粗糙。     

基于DEFORM-3D软件模拟7075铝合金切削力及其断裂准则的选择

建立了7075铝合金有限元切削模型,利用DEFORM-3D软件基于默认断裂准则模拟了在切削过程中切削力的变化,并进行了试验验证;采用此切削模型,分别在Freudenthal、Cockcroft-Latham、Normalized和Ayada断裂准则下进行了切削力模拟,分析了不同断裂准则的适用性。结果表明:在默认断裂准则下模拟得到的平均切削力与测试值的相对误差在10%以内,验证了有限元切削模型的准确性;采用Freudenthal断裂准则模拟得到的平均切削力与测试值的相对误差较大,而Cockcroft-Latham、Normalized和Ayada断裂准则模拟得到的相对误差均在9%以内;Ayada断裂准则最适合用于模拟7075铝合金的切削过程,其次为Cockcroft-Latham和Normalized断裂准则。     

加载频率对1Cr11Ni20Ti2B钢板材疲劳寿命的影响

为探索加载频率对轴向加载(应力)疲劳寿命的影响，在高频疲劳试验机和电液伺服疲劳试验机上分别对1Cr11Ni20Ti2B钢板材进行了不同应力水平下的疲劳断裂寿命测试，同时在相同应力水平下分别在两台试验机以不同的加载频率进行了断裂寿命对比试验。结果表明，随着加载频率的降低，断裂寿命将缩短，但频率在20～135Hz范围内时，加载频率对疲劳断裂寿命影响不显著，在不同频率下测试的断裂寿命可以描述在同一条寿命曲线上。     

应用局部法预测焊接接头动态断裂性能

在不同温度、不同加载速率下进行了典型钢结构用钢拉伸试验，采用能综合反映加载速率和高加载速率下材料温升的R参量来描述材料的本构关系。通过理论分析和试验研究，讨论了加载速率和温度对钢结构用钢及其焊接接头断裂行为的影响，采用基于概率断裂力学的局部法，由静载断裂试验结果对高加载速率下接头断裂行为进行了成功预测。     

高速变形材料塑性及JC和MSV断裂准则的表达能力

研究了超高变形速率下材料的塑性(延性)演化规律和断裂行为。通过45钢、Ti-6Al-4V、Al2024-T3和Al2024-T351四种材料高速变形数据,考察了JC断裂准则和MSV断裂准则对于高应变率下材料失效行为的表达能力。研究发现,JC断裂准则中材料的失效应变随着应变率的增加单调增大,JC断裂准则能够描述中低应变率范围内(0-10~3/s)材料的断裂情况;对于应变率更高(≥10~4/s)情况下材料的断裂行为,JC断裂准则不能描述。材料的MSV在约10~4/s时突然增大,MSV断裂准则能够描述超高应变率下材料的断裂趋势。