2219铝合金VPTIG焊缝CTOD裂纹扩展阻力曲线研究

针对2219铝合金低匹配VPTIG焊缝裂纹扩展阻力的问题,以裂纹尖端张开位移(CTOD)为表征参量,开展焊接接头断裂韧性试验,绘制裂纹扩展阻力曲线。结果表明:2219铝合金VPTIG焊缝断裂属于弹塑性断裂,断口扩展区是韧窝为主的微观断裂;焊缝在(0.13~0.56)mm裂纹扩展过程中,表现出良好的断裂韧性,铝合金TIG焊缝内裂纹扩展阻力变化不大。经试验与计算,焊缝δ0.2BL值为0.087 mm。     

基于应变分布的建筑焊接钢筋断裂参量统计

为确定钢筋焊接接头断裂参量,提高焊接质量,提出基于应变分布的断裂参量统计方法。对焊接接头设计应变分布—损伤耦合有限元,开发弹塑性损伤有限元程序UMAT,计算接头断裂参量的统计分析,对裂纹在焊缝、熔合线、热影响区计算J积分参量及COD断裂参量。结果表明:在热影响区中,接头裂纹J积分值为8 N/m,与其焊材为5 N/m、母材为4 N/m的计算结果差别较大,说明裂纹在热影响区更易断裂。随载荷提高,裂纹COD值按母材、熔合材料和焊接接头的顺序依次增加,焊接接头COD值与熔合材料更接近。计算得出的焊接接头J积分参量及COD断裂参量接近工程测算值,说明统计计算准确。     

基于等效寿命的航空铆接疲劳特性试验研究

通过二级变幅载荷谱试验与Elber模型相结合分析搭接铆接结构疲劳特性,讨论铆接参数对疲劳断口特征及疲劳寿命的影响。结果表明:疲劳裂纹萌生于搭接板内的多个位置,裂纹源及断裂截面位置受铆接参数及疲劳载荷水平影响;对于较大铆接力下疲劳载荷影响更显著,使用基于Elber裂纹张开应力模型的等效裂纹扩展速率能较好反映铆接工艺及第二弯曲效应影响下的结构疲劳寿命;通常情况下增大铆接力有利于提高疲劳寿命,但其变化规律依赖于疲劳载荷的水平;Smax=100 MPa时,增大铆接力对于4 mm铆钉试件提高疲劳寿命效果显著,但Smax=150 MPa时,较高的铆接力会导致疲劳寿命的增益出现衰减。     

基于有限元法的某声源振动发声膜板裂纹原因分析

针对某声源钛合金发声振动膜板裂纹故障,利用有限元方法对该膜板进行典型工况下的静力学计算,得出振动膜板应力分布,探究了该膜板裂纹形成主要原因及裂纹类型,并从钛合金零部件设计方面对钛合金疲劳断裂的预防进行探讨,为该型膜板改进设计提供理论依据及建议。     

7B52-T6叠层铝合金焊接接头组织及疲劳损伤行为

用熔化极气体保护焊获得7B52-T6叠层铝合金焊接接头,研究接头的力学性能、显微组织、疲劳损伤行为。结果表明:接头各区由于成分和经历热循环不同,组织、性能存在差异,热影响区发生再结晶和不完全结晶,熔合区有部分细晶区,焊缝中心为等轴晶组织。接头抗拉强度为246 MPa,试样断裂于焊缝区,接头显微硬度分布不均匀,从焊缝中心到母材,显微硬度整体上升,热影响区硬度波动大。接头S-N曲线为σ=533.655-66.247lg N,中值疲劳强度为116 MPa,疲劳裂纹起源于接头表面气孔和距表面0.1 mm的内部气孔处,疲劳扩展区平坦,瞬断区的断裂方式为准解理断裂。     

固溶温度对2519A合金性能及断裂行为的影响

用差热分析、金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、拉伸试验机等研究固溶温度对2519A-T87合金厚向性能及断裂行为的影响,建立2519A-T87铝合金板厚向拉伸的裂纹扩展模型。结果表明:固溶温度从510℃升至530℃,可溶性结晶相粒子逐渐回溶,合金板厚向强度和伸长率逐渐升高;固溶温度升至540℃时合金过烧,导致合金板厚向力学性能恶化。合金板沿厚向拉伸的断裂机制主要是沿晶断裂,导致合金板厚向伸长性能差的主要原因是未溶的结晶相和难溶的脆性相、垂直于载荷方向的纤维晶粒结构和晶界分布特性。     

SUS301L不锈钢激光焊接头疲劳损伤行为研究

研究SUSS301L不锈钢激光焊搭接接头的疲劳性能,并获得相应的S-N曲线及条件疲劳极限,通过宏观断裂形貌和疲劳断口分析,探讨SUSS301L不锈钢激光焊搭接接头的疲劳断裂模式与损伤行为。结果表明:SUSS301L不锈钢激光焊搭接接头失效概率为1.0%和0.1%的疲劳极限最大力分别为2.22、2.08 kN;通过有限元模拟分析得出,板材加载端的焊缝连接处是应力集中强烈部位,疲劳裂纹从该区域萌生并扩展;根据加载疲劳应力的大小,焊接接头在最终的断裂模式出现低应力疲劳断裂与高应力疲劳断裂两种模式,低应力疲劳断裂典型特征为"穿板断裂",而高应力疲劳断裂表现为"穿板+穿缝"特征。     

不锈钢激光搭接焊接头失效机理研究

某不锈钢激光搭接焊车体在使用过程中出现焊缝断裂的现象。为研究激光搭接焊焊缝尺寸及缺陷对其性能的影响以及焊缝断裂失效机理,对从焊板上取下的焊接接头进行宏观组织检查、剪切拉伸试验、硬度测试以及疲劳分析等。研究结果表明,剪切强度与熔宽相关性(R~2=0.615)高于剪切强度和熔深的相关性(R~2=0.424),剪切强度与板间距的相关性(R2=0.114)最差,熔深小于250μm时,熔深增加,熔宽也增加,剪切强度也伴随着增加,熔深大于250μm时,熔深增加,熔宽和剪切强度保持相对稳定,焊缝中存在的未熔合缺陷是影响焊缝剪切强度和疲劳性能的主要因素。     

国产HTPB复合固体推进剂Ⅰ-Ⅱ型裂纹断裂性能实验研究

采用WDN-10KN材料实验机对含Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的HTPB复合固体推进剂进行了拉伸速率为2mm.min-1的单轴拉伸试验,用摄像机记录了推进剂裂纹扩展至断裂的整个过程。得到了六种不同裂纹倾斜角下的力-变形曲线及裂纹扩展开裂角和断裂载荷。与T断裂准则、S断裂准则和σθ断裂准则进行比较,结果表明推进剂裂纹扩展开裂角与T断裂准则的数值计算结果较为接近,说明可以借助于T断裂准则对推进剂裂纹扩展的初始开裂角进行初步的理论预测。     

预置裂纹靶板在水下冲击波作用下的动态响应研究

舰船结构在生产和使用过程中不可避免地会出现划痕、凹槽等损伤,使结构的水下抗毁伤性能出现不同程度的降低。利用非药式等效水下冲击加载装置,对预置裂纹靶板进行了水下冲击加载实验,通过高速相机对靶板变形进行记录;结合ABAQUS仿真软件对加载实验进行计算,对预置裂纹靶板在水下冲击载荷作用下的动态响应机制进行研究,得出了“3阶段”动态响应现象结论;对不同预置裂纹形状靶板进行研究,发现不同预置裂纹形状靶板的动态响应差别在于最终破坏阶段,靶板破坏倾向于出现最少裂缝情况下,将能量全部释放。对裂纹参数进行研究,结果表明：预置裂纹靶板离面位移与载荷冲量近似呈线性关系,随着裂纹深度和长度的增长,结构剩余冲击强度不断下降。     

航天器件电铸镍焊接裂纹的研究

本工作以某些重要航天器件制造中遇到的实际问题为背景,对电铸镍与1Cr18Ni9Ti焊接接头电铸镍一侧近缝区的裂纹进行了深入研究。采用可变拘束裂纹试验法确定了电铸镍产生裂纹的最小临界应变量。采用Gleeble—1500试验机系统地研究了加热过程及以不同速度冷却过程中电铸镍的热塑性。运用扫描电镜、透射电镜及其能谱分析仪等于段对裂纹表面、热塑性试样断口以及薄膜试样的晶界区进行了系统分析。研究确定,电铸镍近缝区裂纹本质上是一种起裂于熔合区的特殊液化裂纹。研完了裂纹的形成温度与主要影响因素,并提出了控制措施。     

高强钢激光-电弧复合焊接接头力学性能研究

为弥补高强钢在传统焊接中低效、变形严重、焊缝强度低等问题,采用6 kW光纤激光器和熔化极活性气体保护电弧焊复合焊接6 mm厚度的30CrNiMo钢板,在相同焊接工艺下使用ER50-6和ER308两种焊丝,焊后对两种焊缝的组织形貌和力学性能进行研究。研究结果表明：ER50-6焊丝焊缝为细小的针状马氏体组织,而ER308焊丝焊缝为粗大的柱状晶奥氏体;两种焊丝焊缝的硬度面分布也出现较大区别,ER50-6焊丝焊缝沿熔合线出现低硬度分布,ER308焊丝焊缝则在焊缝中心下部出现低硬度集中,二者对应拉伸断裂位置分别在熔合线处和焊缝中心;通过能谱分析得知,ER308焊丝中高含量的Cr元素在焊缝上部集中,导致焊缝上部淬硬性增强,硬度大幅上升,韧性急剧下降,并最终导致焊缝力学性能的薄弱。因此,采用复合焊接搭配ER50-6焊丝,可实现对6 mm厚30CrNiMo钢板以1.0 m/min速度的高效无变形焊接,焊缝强度高达1 197 MPa.     

中厚度镁合金激光焊接组织与性能分析

采用CO2激光焊接方法对10mm厚的AZ31镁合金进行焊接。利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等手段分析焊接接头的宏观形貌、显微组织、元素分布和焊缝物相等。结果表明:焊缝正面凹陷,背部成形较好;焊缝组织为细小的等轴晶粒,物相主要为Mg,未出现Al-Mg低熔点相;接头强度均值为212MPa,在断口处存在大量的气孔。     

水下接触爆炸下防雷舱舷侧空舱的内压载荷特性仿真研究

为研究水下接触爆炸下防雷舱舷侧空舱的内压载荷特性,在水下爆炸气泡第1次脉动周期的约3倍时间范围内,利用LS_DYNA软件对水下爆炸气泡与防雷舱舷侧空舱的相互作用过程和舷侧空舱的内压载荷特性进行了仿真分析,并通过模型试验对仿真结果及分析进行了验证。研究结果表明：伴随着水下爆炸气泡膨胀或收缩,爆炸产物气体从外板破口处流入或流出舷侧空舱,外板也相应地向里凹陷或向外凸出运动;舷侧空舱内部空间被外板花瓣隔成两个区域,舷侧空舱的内压载荷在花瓣前面和花瓣背面具有不同特性;采用有限元方法评估舷侧空舱外板的最大破坏程度时,可将计算时间取为气泡第1次脉动周期的5%.     

电磁弹性材料双周期裂纹反平面问题的精确解

研究含双周期裂纹的电磁弹性材料在远场反平面机械载荷和面内电磁载荷作用下的电磁弹性响应,利用椭圆函数理论和保角变换技术,获得电磁弹性场的精确解,推导裂纹尖端的应力强度因子、电位移强度因子和磁感应强度因子。算例分析表明,裂纹分布特征对材料断裂性能有重要的影响,场强因子对排间距和列间距存在着截然相反的依赖性。     

混合型加载下钢纤维混凝土损伤过程的声发射参数分析

结合声发射技术,开展Ⅰ-Ⅱ混合型载荷作用下钢纤维混凝土带预制中心裂纹巴西圆盘(BDCN)破坏特性的实验研究,得到试件破坏过程中声发射特征参数的演化过程。运用机器学习算法,对声发射参数进行分析,揭示钢纤维混凝土的损伤机理。结果表明：依据累积声发射强度曲线及时间-载荷曲线的变化,BDCN试件破坏全过程可以划分为3个阶段：前两个阶段损伤的主要来源是混凝土基体中微裂纹的起裂和大量微裂纹汇聚扩展,最后一个阶段声发射源的主要机制则是钢纤维的脱粘及拉拔。运用高斯混合聚类算法,可以将损伤源划分为拉伸型裂纹和剪切型裂纹。其中,拉伸型裂纹主导了每个阶段的损伤,而剪切型裂纹对损伤起到了促进作用。使用支持向量机求得的两类裂纹的分界线方程表明,拉伸型裂纹与剪切型裂纹的分界线并不总是一条过原点的直线。     

轴肩压入量对2524铝合金FSSW接头组织性能的影响

对2524铝合金薄板进行搭接搅拌摩擦点焊试验,探究轴肩压入量对FSSW焊接接头组织与性能的影响。结果表明:随压入量增加,飞边增多,上板减薄严重,有效连接宽度逐渐增大,有效厚度逐渐减小;焊核区硬度随压入量增加逐渐增大;在单向拉伸试验中,接头最大剪切载荷随压入量增加,先增大后减小,压入0.6 mm时达到最大值,为4 092 N;接头存在低压入量剪切焊核断裂和高压入量撕裂上表面断裂两种模式;断口存在大量韧窝和细小弥散分布的第二相粒子,接头呈韧性断裂。     

爆炸冲击载荷下固支单向加筋板的动响应及破损特性研究

以半穿甲反舰战斗部舱内爆炸的毁伤与防护问题为背景,研究多根单向加筋板结构在爆炸冲击波载荷作用下变形破坏特点及规律。利用有限元软件LS-DYNA开展爆炸冲击波对固支单向加筋板的毁伤作用数值仿真计算,分析近距离爆炸条件下单向加筋板的破坏过程,得到了在爆炸冲击波载荷作用下单向加筋板的变形破坏模式和典型爆炸冲击波载荷下加筋板变形规律。结果表明：加筋板在整体剪切或塑形大变形条件下,其最大无量纲挠度分别与无量纲冲击载荷和加强筋相对刚度之间呈明显的线性关系;在载荷确定情况下,通过改变加强筋相对刚度和无量纲冲击载荷可以确定加筋板失效模式以及失效模式之间转化的临界区域。