双材料界面裂纹动态扩展的数值模拟

基于扩展有限元方法(XFEM),研究了双材料中界面裂纹和亚界面裂纹的动态扩展问题.建立了双材料板界面裂纹和亚界面裂纹的动态增长分析模型,该模型使用集中质量矩阵代替传统的一致质量矩阵以提高效率,并利用Newmark法进行时间积分.将该模型与在有限元软件中建立的二维弹性模型计算获得的动力响应和能量值进行比较.通过数值算例,研究了应变率和材料特性对圆形和直线双材料中界面和亚界面裂纹扩展的影响.     

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.     

考虑裂尖疲劳损伤的材料疲劳裂纹扩展行为研究

基于低周疲劳Manson-Coffin关系,定义I型裂纹疲劳扩展区内关于应变幅的平均疲劳损伤参量,并结合Miner线性累积损伤理论,通过弹塑性有限元法实现材料疲劳裂纹扩展速率的预测模拟,同时也建立以显式理论公式来描述疲劳裂纹扩展速率规律的新型预测模型。在进行有限元模拟分析中借助裂尖单调塑性区平均疲劳损伤达到临界损伤即完成一次步进扩展的假定。在显式理论公式推导中采用裂尖循环塑性区平均疲劳损伤达到临界损伤即完成一次步进扩展的假定。以大型汽轮机转子材料Cr2Ni2MoV钢、航空材料TA12合金和304不锈钢材料为例,应用所提出的两种疲劳裂纹扩展速率预测方法对其进行预测,并同试验结果进行对比。对比分析表明,两种方法对材料的疲劳裂纹扩展速率行为预测均具有较高的模拟精度,而理论预测模型相比有限元模拟方法预测范围拓宽,预测精度更好,方便于根据包括材料手册的资料中低周疲劳Manson-Coffin试验关系来直接获取I型裂纹疲劳裂纹扩展速率表达式。     

界面上的一类裂尖应力场

经对裂纹尖端应力场在界面上的分析,给出了裂纹与界面垂直的裂尖应力场;其结果没有出现振荡奇异性及裂纹面没有相互嵌入的现象:为相关的界面断裂理论研究和工程优化设计提供了理论根据.     

双材料高聚物界面断裂行为的实验研究

将字相关图象测量方法和显微技术结合起来,实现了物体表面位移和应变的细观测量。应用这一方法,对双材料高聚物界面断裂行为进行了实验研究,定量测量了具有界面裂纹受剪切载荷作用的双材料试件的裂尖附近微小区域内的位移和应变。最后对实验结果进行了分析和讨论,得到了裂尖附近微小区域内的应力分布规律。     

含共晶界面复合陶瓷细观力学研究

概述了含共晶界面复合陶瓷细观力学研究的意义,并从复合材料细观应力应变场、细观损伤、裂纹扩展模型及尺度效应研究等四个方面重点论述了复合陶瓷当前研究现状。根据含共晶界面复合陶瓷的弹性常数及有效应力场,从应变场的角度总结并指出了共晶基复合陶瓷的发展趋势、研究方向和有待解决的新课题,为建立更加完善的细观力学模型提供研究思路。     

含矩形分层双金属板数值解与片条合成能量解法的比较

首先利用片条合成能量解法得到含有对称、非对称矩形分层双金属板分层区的附加位移闭合解。第二步利用有限元软件Ansys建立对称、非对称矩形分层双金属板数值模型,并利用接触元模拟非对称分层区,得到相同模型下的数值解。最后将闭合解与数值解的结果进行比较,说明片条合成能量解法的正确性。     

蠕变与疲劳交互作用下裂纹扩展速率的探讨

指出疲劳与蠕变交互作用的过程可以看作是蠕变与疲劳叠加作用的过程,其蠕变应变规律应由疲劳蠕变曲线描述,并根据静蠕变与疲劳蠕变时间百分比寿命曲线基本重合的实验结果,导出了静蠕变应变与疲劳蠕变应变之间的关系式。经过对疲劳与蠕变交互作用下的应力-应变迟滞回线的分析,导出了在一个周期内蠕变应变能密度增量的计算式。还指出在疲劳与蠕变交互作用下应变能密度增量是一个综合性的损伤变量,应变能密度增量应等于疲劳应变能密度增量与蠕变应变能密度增量之和。然后参照纯疲劳的研究过程,导出了基于能量密度增量的在疲劳与蠕变交互作用下的裂纹扩展速率表达式,该表达式得到了316L钢在400℃下梯形应力波加载实验数据的支持。     

带有空间双裂纹的金属拉伸试件脉冲放电止裂与力学性能

为解决电磁热裂纹止裂技术应用的学性能.应用热-电耦合的分析方法模拟研究带有预制双裂纹的标准合金钢拉伸试件脉冲放电止裂瞬时的温度场,并为实施止裂试验提供了工艺参数;应用ZL-2超强脉冲电流发生装置实现了空间双裂纹的止裂试验,放电后两个裂纹尖端附近均熔化形成焊口,裂尖的曲率半径在放电瞬间增大了几个数量级,可达到止裂的目的;借助微机控制电子万能试验机对止裂后的合金钢试件进行拉伸试验,并对止裂后裂尖处金相组织进行分析,研究断口的形态.研究结果表明:在合适的脉冲放电电压下,电磁热效应可以实现空间裂纹止裂,并有效地提高试件的力学性能.     

带有疲劳裂纹的35CrMo构件电磁热止裂强化

利用超强脉冲放电装置对含有疲劳裂纹的35Cr Mo钢试件进行电磁热止裂试验。放电后裂纹尖端熔化,裂尖钝化成微小的椭圆形,降低了裂尖处的应力集中;对放电后裂尖处的椭圆形钝化区与基体区的化学成分进行对比分析发现:椭圆形钝化区中Mn、Si、Mo质量分数增高,晶粒得到细化,提高了裂纹尖端微小区域内组织的硬度和强度;利用自主研发的多轴加载疲劳试验机对放电前后试件进行三点弯曲疲劳寿命测试,结果表明,经过电磁热止裂强化后的试件,疲劳寿命得到提高,较未放电的试件平均寿命提高了13%;采用热-电耦合的数值分析方法模拟求得放电瞬间裂纹尖端处的温度场;通过理论计算脉冲放电瞬间裂尖处微小区域的应变能密度因子,由于电热应力强度因子的作用,降低了裂尖处的应变能密度因子,有效阻止了裂纹的继续扩展,为电磁热止裂技术的应用奠定基础。     

废旧塑封芯片分层裂纹仿真

分析了废旧塑封芯片的分层机理,计算得到了芯片分层界面裂纹断裂能释放率并建立了界面裂纹扩展判断准则。通过仿真分析分别获得了芯片内部应力载荷、裂纹长度与裂纹扩展所需断裂能释放率之间的影响规律。结果表明,塑封芯片存在的内应力及其内部结构上的缺陷,均可导致分层裂纹的产生与扩展。最后基于理论与仿真计算的结果分析了旧芯片回收重用工艺,并提出减小芯片分层损伤的工艺方法。     

风机类负载启停控制的电机软启动控制器

介绍一种以80C196MC型单片机为控制核心的电机软启动控制器，对该控制器的电路结构及主要工作原理进行了分析，根据控制器中晶闸管调压电路的工作特点，设计了一些实用的检测、控制电路。该控制器适合于风机的启停控制。     

油气输送管线钢的分层机理及其对断裂的影响

对不同厚度油气输送管线钢进行各种裂纹的断裂试验，对各裂纹的断口进行了分析，探讨了分层机理及其对不同形式裂纹体承载能力的影响。结果表明，分层在各裂纹形式中均存在，此钢在室温为韧性断裂。对于非穿透裂纹，裂纹先起裂，穿透后情形就与穿透裂纹相似，由于扩展初期无分层，裂纹端部保持高的三维应力约束，所以其起裂应力强度比穿透裂纹要低。因此不能直接用穿透裂纹试验得到的断裂韧度值来评定管道中的非穿透裂纹起裂。     

悬臂梁型双金属片式蒸汽疏水阀双金属片组件设计研究

介绍了双金属片式蒸汽疏水阀的结构和工作原理,分析了阀芯的受力,主要对双金属片的力的公式进行推导,并寻求较合理的双金属片片数。     

层合板复合材料连杆机构非线性动态分析模型

以层合板复合材料连杆机构为研究实例,考虑层合板构件大变形导致的非线性因素影响,用拉格朗日方法建立此类机构的弹性动力学模型,得到机构的非线性有限元动态方程。所建模型体现了非线性因素对机构动态性能的影响,为提高层合板复合材料机构动力学模型的精度,以改善机构的设计和动态性能,提供了一定理论依据;并为进一步研究该类机构的内共振、主共振,以及各种组合共振、多重共振等非线性振动特性打下了基础。     

IMF筛选停止条件的分析及新的停止条件

分析了目前经验模式分解(empircal mode decomposition,简称EMD)中本质模式函数(intrisic mode function,简称IMF)筛选停止条件,并提出了一种新的筛选停止条件.首先建立了一种EMD分解效果的检测方法,采用该方法分析了3种IMF筛选停止条件,从分解效果图可以看到3种停止条件对EMD分辨率的影响;然后提出了一种改进的IMF筛选停止条件;最后通过分解面的效果图和算例,表明新方法可以减少模式混叠现象,提高EMD分解效果.     

银铜钛合金与立方氮化硼磨粒钎焊界面显微分层结构及形成机理

采用银铜钛(AgCuTi)合金钎料在加热温度920 ℃和保温时间5 min工艺下进行立方氮化硼(CBN)磨粒与45钢基体的连接试验,使用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪分析磨粒与钎料结合界面的组织结构特征与物相组成.结果表明,钎焊过程中,CBN磨粒与AgCuTi合金结合界面出现了显微组织分层现象,从CBN晶体到钎料层由CBN/TiB2/TiB/TiN/含Ti合金构成,这种过渡结构有利于磨粒与钎料之间的化学键和力学性能过渡.反应热力学分析显示界面反应产物可以依靠置换反应形成;通过对B、N原子的扩散能力差异分析表明,界面新相形核顺序依次为TiN、TiB2、TiB.     

珠光体-铁素体套管钻井钢疲劳裂纹扩展行为及机制

利用疲劳试验机及扫描电镜研究了珠光体-铁素体套管钻井钢疲劳裂纹扩展行为及机制。结果表明:应力比对该钢Paris参数m没有显著影响,但对C具有显著影响;有效应力强度因子幅度ΔKeff是控制裂纹扩展更本质的材料参数;在修正的Paris线性区,应力比对裂纹扩展速率没有显著影响,参数meff和Ceff均为常数;随着应力比增加,裂纹扩展门槛值的降低能够被归因于更小的裂纹闭合效应;在较高应力比下,门槛区疲劳断裂表面更不易发生塑性变形。     

Mechanism of Crack Growth in Lubricated Rolling/Sliding Contact

In order to explain the mechanism of rolling-contact fatigue crack growth analytically, fracture mechanics are applied to a semicircular surface crack inclined at an angle to the elastic half-space loaded by Hertzian stresses.

It is shown that the surface traction is the controlling factor for lubricant seepage into the crack and for shear mode crack growth rate. It is also clarified that the generation of pits results from tensile mode crack growth mainly due to the oil hydraulic pressure action.     

浅谈硬质合金刀具刃磨中裂纹产生的机理及避免措施

本文结合工作实际,对硬质合金刀具刃磨中裂纹产生的机理进行分析,提出避免裂纹产生的措施,有利于提高刀具的使用效率,改善加工质量,提高切削效率。