不同温度循环作用后大理岩细观损伤特征的定量研究

通过单轴压缩试验和细观损伤特征量化试验,对经历20、100、300、450、600 ℃五种温度循环后的四川锦屏大理岩试样的宏观力学性质及相应的细观损伤特征进行了研究。试验结果表明:① 经历不同温度循环的大理岩单轴压缩破坏试样的细观尺度微裂纹主要由沿晶裂纹、穿晶裂纹及晶内裂纹组成,且裂纹相应的基本几何信息服从广义极限统计分布特征;② 由于试样中的沿晶裂纹和穿晶裂纹的100 ℃温度阈值特征,致使宏观尺度的大理岩试样在温度100 ℃前后表现出不同力学性质;③ 沿晶裂纹是在经历温度循环后大理岩试样单轴压缩破坏中起主导作用的微裂纹,穿晶裂纹有一定贡献,而晶内裂纹并未发挥显著作用。     

铝锂合金原位拉伸断裂行为研究

采用OM,SEM,TEM及拉伸试验机等测试分析手段对T3和T6两种状态的铝锂合金的组织特征及拉伸行为进行研究,同时通过原位观察试验方法对拉伸试样的组织演变规律进行了研究.组织分析表明,T3态铝锂合金主要强化相是弥散细小的δ''相,T6态铝锂合金主要析出相是δ''相、θ''相以及部分小尺寸T1相.原位拉伸结果表明:T3铝锂合金晶内出现大量滑移带,随拉伸应变的增大,滑移带越来越粗大,并出现交叉滑移,裂纹在粗大第二相及滑移带交叉位置萌生并沿滑移带扩展;T6态铝锂合金晶内滑移带相对较少,裂纹主要形成于粗大第二相及晶界位置并沿晶界及第二相扩展;T3态铝锂合金中δ''相与基体共格,易被位错切过,因此断口主要为滑移剪切穿晶断裂形貌;T6态铝锂合金中部分T1相在位错作用下发生变形,对位错阻碍作用较强,断口分层严重,存在大量沿晶二次裂纹,以沿晶断裂为主.     

预腐蚀7050-T7651铝合金微裂纹的萌生与扩展北大核心

开展不同预腐蚀时间下7050-T7651铝合金的扫描电子显微镜原位拉伸实验,利用扫描电子显微镜观原位、在线测试件表面微观裂纹的萌生、扩展,分析腐蚀对铝合金微裂纹行为的影响。结果表明:随着腐蚀程度加剧,试件表面腐蚀坑密度增大,形成腐蚀坑群,试件的承载能力也随之下降。微裂纹主要萌生于试件缺口粗糙表面和试件表面蚀坑处,微裂纹数量随着腐蚀时间的延长而增多;缺口产生的微裂纹与相邻的蚀坑微裂纹相互联结形成主裂纹,主导试件的损伤失效过程。腐蚀损伤较轻时,主裂纹尖端附近的蚀坑会引起裂纹分支;腐蚀损伤较重时,腐蚀坑诱导的多条微裂纹与主裂纹发生多次联合,影响了主裂纹的扩展方向与路径;切应力在裂纹扩展过程中也起到了重要作用,开裂模式为Ⅰ/Ⅱ混合断裂模式。     

柴油机排气阀盘面断裂的失效分析

利用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析仪等对某柴油机排气阀盘面的断口进行了观察和分析.结果表明:阀盘面的断口出现人字纹、河流花样和韧窝等特征,为沿晶十穿晶混合型断裂;断口处有夹杂物,断裂面上裂纹尖端覆盖有一层氧化皮,表明断裂过程中有腐蚀氧化过程;腐蚀氧化、高频率冲击和热应力等共同作用导致了阀盘面的疲劳断裂.     

低温对铝合金在SSRT过程中裂纹萌生与扩展规律的研究

本文采用一种电化学阻抗谱的解析方法原位研究低温对7A04铝合金在慢应变速率拉伸过程（SSRT）中裂纹萌生与扩展规律的影响,采用扫描电子显微镜对断口形貌进行观察,并通过KramersKronig转换验证电化学阻抗谱实验数据的可靠性。结果表明：裂纹的萌生和扩展过程大致可分为氧化膜溶解、裂纹萌生、动态平衡、裂纹明显扩展四个阶段;温度的降低会改变断裂方式,表现为从混合断裂向脆性穿晶断裂发展;由常温向低温的变化可以有效抑制铝合金在SSRT过程中的裂纹萌生和扩展,具体表现为温度越低对裂纹萌生和扩展的抑制效果越不明显,其中-5℃时抑制效果最强。     

低温对铝合金在SSRT过程中裂纹萌生与扩展规律的影响

采用一种电化学阻抗谱(EIS)的解析方法,原位研究低温对7A04铝合金在慢应变速率拉伸过程(SSRT)中裂纹萌生与扩展规律的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)观察断口形貌,并通过Kramers-Kronig转换验证EIS实验数据的可靠性。结果表明,裂纹的萌生和扩展过程大致可分为氧化膜溶解、裂纹萌生、动态平衡、裂纹明显扩展四个阶段;温度的降低会改变断裂方式,表现为从混合断裂向脆性穿晶断裂发展;由常温向低温的变化可以有效抑制铝合金在SSRT过程中的裂纹萌生和扩展,具体表现为温度越低对裂纹萌生和扩展的抑制效果越不明显,其中-5℃时抑制效果最强。     

微波照射后花岗岩裂纹扩展规律试验研究

硬岩裂隙的形成和扩展规律是研究岩石损伤机理的重要内容。为了探究微波照射下,岩石裂隙的扩展规律,为微波辅助破岩技术提供理论依据,利用扫描电镜(SEM)设备对花岗岩试件在微波照射及单轴抗压强度测试后进行扫描观测,分析岩石断口的形貌、裂纹的类型及断裂模型。结果表明：高功率微波照射后,试件表面出现颜色变化,并伴随有张拉裂纹出现,在压缩试验后,试件上部结构呈粉末状破碎|SEM设备观测下花岗岩断口形貌特征主要为平坦面状和条纹状断裂|花岗岩的裂纹类型主要为张拉裂纹和压剪裂纹|花岗岩的断裂模型主要为沿晶断裂、穿晶断裂以及两者叠加。     

微波照射后花岗岩裂纹扩展规律试验研究

硬岩裂隙的形成和扩展规律是研究岩石损伤机理的重要内容。为了探究微波照射下,岩石裂隙的扩展规律,为微波辅助破岩技术提供理论依据,利用扫描电镜(SEM)设备对花岗岩试件在微波照射及单轴抗压强度测试后进行扫描观测,分析岩石断口的形貌、裂纹的类型及断裂模型。结果表明：高功率微波照射后,试件表面出现颜色变化,并伴随有张拉裂纹出现,在压缩试验后,试件上部结构呈粉末状破碎|SEM设备观测下花岗岩断口形貌特征主要为平坦面状和条纹状断裂|花岗岩的裂纹类型主要为张拉裂纹和压剪裂纹|花岗岩的断裂模型主要为沿晶断裂、穿晶断裂以及两者叠加。     

304不锈钢波纹补偿器失效分析

利用金相显微镜、扫描电镜和显微硬度计等,对某304不锈钢波纹补偿器的断口进行了观察和测试分析.结果表明:304不锈钢的奥氏体晶粒内有许多变形的滑移线,且在奥氏体晶界上有碳化物沉淀析出;补偿器的断口呈冰糖状花样特征,断口面处存在较深的沿晶界的二次裂纹,断裂性质为沿晶脆性断裂;此晶界弱化的不锈钢在工作时,受工作应力作用萌生微裂纹,微裂纹扩展导致波纹管断裂.     

预腐蚀7050-T7651铝合金裂纹扩展行为

开展不同预腐蚀时间下含单边裂纹7050-T7651铝合金单轴拉伸实验;利用数字图像相关观测试件在加载过程中的表面变形场信息,描述裂纹扩展的时空演化特征;通过扫描电镜观测试件断口显微形貌,分析其断裂特征。结合加载曲线,变形场演化和断口分析讨论腐蚀损伤对铝合金材料裂纹扩展的影响。实验结果表明：腐蚀损伤达到一定程度会导致铝合金试件承载能力的下降;腐蚀损伤较轻时(腐蚀4小时),腐蚀损伤能够引发裂纹偏折,改变裂纹扩展路径;腐蚀损伤进一步加剧(腐蚀6小时),腐蚀损伤会引起次裂纹萌生,裂纹联合、扩展导致了试件的最终失效。断口分析表明裂纹扩展的关键区域均存在腐蚀和材料脆化特征,证实腐蚀损伤对材料断裂路径和失效模式的重要影响。     

完整及含裂隙岩石试件单轴压缩过程数值模拟

采用 FLAC^3D数值模拟程序对完整岩石试件及含有单一裂隙岩石试件在单轴压缩下的破坏过程进行数值模拟。结果揭示了完整岩石试件和含裂隙岩石试件破裂过程的发展规律,即岩石试件破坏一般分为3个阶段:压密阶段、微裂纹萌生阶段和扩展以及断裂破坏阶段。不同的是随着加载的进行,完整岩石试件的破坏过程首先出现一个应力集中区,最终形成一个倾斜的应力面,导致试件最后形成一个倾斜的破坏面;而含有裂隙的岩石试件的破坏过程是首先在裂隙的两端出现应力集中区,随后在裂隙的尖端产生裂纹并沿垂直裂隙方向发展贯通整个岩石试件。     

含弧形预制裂隙砂岩力学特征试验研究

天然岩体中富含近似弧形裂隙缺陷,在外荷载作用下弧形裂隙容易萌生新生裂纹,新生裂纹的扩展容易导致岩石工程的失稳,但针对含弧形预制裂隙岩石力学相关特征的研究还不够全面,基于此在板状黄砂岩试样内预制了不同γ值(弧形高度和直径比值)的弧形裂隙,研究含弧形预制缺陷砂岩的力学特征。利用高压水射流切割机在完整板状黄砂岩试样中切割出不同γ值弧形裂隙缺陷,采用YNS-2000型电液伺服控制试验系统、DS2声发射和数字照相采集系统研究了不同弧形裂隙γ在单轴压缩作用下对黄砂岩峰值强度、平均模量、割线模量、声发射、破坏过程、起裂形式、起裂应力和破坏形式的影响规律。利用复变函数求解在弧形裂隙应力场中所构建的黎曼-希尔伯特问题,获得尖端应力强度因子表达式。试验结果表明:①弧形裂隙缺陷砂岩试样随着γ的增大,峰后试样的承载能力逐渐降低,试样峰值强度、平均模量和割线模量出现总体减小趋势,当γ=0.2时峰值强度最大为27.09 MPa;当γ=1时峰值强度最小为18.99 MPa。②预制弧形裂隙γ对试样起裂应力、起裂位置、破裂演化过程、声发射特征和破坏模式均具有重要影响,随着γ值的增大,试样起裂应力呈总体减小趋势,当γ=0.8时,试样的平均起裂应力最小,其值为4.99 MPa;当γ=0时,试样的平均起裂应力值为11.08 MPa,平均起裂应力值最大。③随着γ的增大,试样的破坏模式由拉剪混合破坏向拉伸破坏转变,当γ=0时,试样为拉剪破坏;当γ在0.2～1.0时,试样为拉伸破坏。初始起裂裂纹扩展并不是导致试样最终破坏的原因,次生裂纹的扩展与自由面贯通才是导致试样整体破坏原因,试样破坏瞬间释放大量弹性能导致岩块折断和表面剥落现象。通过对含弧形裂隙裂纹扩展机制探讨推导出应力强度因子表达式,并根据该表达式求出相应应力强度因子值,曲线拟合后发现其变化趋势与试验值变化趋势基本吻合。研究仅通过单轴压缩作用研究发现弧形裂隙γ对砂岩力学参数、破裂演化过程和破坏形式影响明显,为了充分研究外界荷载对含弧形裂隙砂岩的破坏特征,将通过改变加载形式和加载路径深入研究含该类缺陷岩石的力学特征。     

时效温度对铝锂合金裂纹扩展方式影响的半定量研究

以2090 Ce合金为研究对象,测试不同时效温度、时间的断裂韧性,并对试样断口进行半定量分析,探讨时效工艺、断裂韧性及断裂机制之间的响应关系。研究表明,2090 Ce合金的断裂韧性试样以分层开裂为主要断裂方式。分层开裂与时效温度有密切关系,随时效温度升高,分层比例增大,厚度变薄。分层开裂亦与应力状态、晶界强度有密切关系,分层裂纹最先在三向应力的作用下于试样中心的晶界处形成,平行承载的薄板处于平面应力状态,裂尖前方塑性区扩大,消耗较多塑性变形功,从而达到增塑作用。时效温度和时间对断裂韧性临界裂纹尺寸影响很小。     

完整岩石试件和含有裂隙岩石试件在单轴压缩下破坏过程的数值模拟研究

应用RFPA岩石失稳和破坏失稳程序对完整岩石试件以及含有单一裂隙和交叉裂隙的岩石试件在单轴压缩下的破坏过程进行数值模拟研究。结果揭示了完整岩石试件和含有不同裂隙岩石试件破裂过程的发展规律,即岩石试件破坏一般都分为3个阶段:压密阶段、微裂纹萌生阶段和扩展以及断裂破坏阶段。不同的是随着加载的进行,完整岩石试件的破坏过程首先出现一个应力集中区,随后在中间、径向、侧向均出现裂纹,并且这些裂纹迅速扩展衍生许多新的次生裂纹,最终贯穿整个岩石试件。而含有裂隙的岩石试件的破坏过程是首先在裂隙的2端出现应力集中区,随后在裂隙的尖端产生裂纹并沿垂直裂隙方向发展并贯通整个岩石试件。     

铝合金构件拉伸与疲劳断裂分析

在应力控制下，分析带有涂层的LY12CZ铝合金构件疲劳断裂方式。结果表明，拉伸断裂和疲劳断裂位置和方式是完全不同的。疲劳是在各个铆孔处均有裂纹萌生，但其中有一处发展为主裂纹。扩展距离较长。最后与其他裂纹汇合．最终导致在铆孔位置疲劳断裂。而拉伸时是铆钉剪切断裂，铆孔完整，无破坏迹象。     

基于统计损伤理论岩石非共面重叠裂隙扩展搭接规律数值模拟研究

为探究非共面重叠裂隙的扩展贯通规律,基于损伤理论建立了含非共面重叠双裂隙的计算模型,对单轴压缩下的裂纹扩展过程进行了描述,与试验结果对比验证了数值模拟的合理性,同时对应力-应变关系进行了阐述,从细观的角度对不同倾角的裂纹差异进行了解释,最后基于断裂力学理论推导了翼裂纹的产生机理。结果表明:裂纹尖端产生"翼形裂纹",预制裂纹倾角较小时翼裂纹从靠近预制裂纹尖端而非裂纹尖端产生,而倾角较大时则从预制裂纹尖端产生;含共面非重叠裂隙的应力-应变曲线呈现三个典型的阶段:弹性阶段、损伤阶段及破坏阶段。弹性阶段声发射事件数较少,损伤阶段声发射事件数逐渐增加,破坏集中发生于破坏阶段;对于裂隙倾角较小的情况,最大拉应力出现在靠近裂隙尖端处,而不是裂隙尖端处,对于裂隙倾角大于30°的情况,最大拉应力出现在裂隙尖端处,且裂隙的倾角越大,拉应力区也越大,压应力区越小;基于断裂力学理论推导了裂纹尖端的开裂准则,表明翼形裂纹的产生是由于其裂纹尖端的拉应力所导致。     

裂隙岩体爆生裂纹扩展机理数值模拟研究*

为研究裂隙岩体爆破裂纹扩展机理,采用LS-DYNA软件模拟含竖向单裂隙、水平单裂隙和竖向平行裂隙的岩体爆破过程,并讨论原岩应力对裂隙岩体爆破的影响。结果表明：炮孔连线中心处存在竖向单裂隙时,孔间裂纹均能实现贯穿,裂隙有闭合的趋势,且裂隙的存在有利于提高孔间岩石的破碎程度。炮孔连线处存在竖向平行裂隙时,裂隙尖端萌生的翼裂纹可以贯通,但平行裂隙之间无法实现良好的破岩效果。水平裂隙距炮孔较近时,应力波透射至裂隙面背爆侧后会产生较多拉伸裂纹。水平裂隙距离炮孔较远时,裂隙的阻隔作用较明显。在静水地应力作用下,岩石径向拉伸裂纹和尖端翼裂纹的萌生与扩展均受到抑制作用。在非静水地应力作用下,裂纹扩展在最小主应力方向受到的抑制作用更大,且该抑制作用随最大主应力的增大而增大。     

空孔对爆生裂纹扩展的力学行为研究北大核心

为了探究空孔对爆生裂纹扩展的影响,结合ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立了空孔爆破损伤模型,理论上推导了空孔附近的岩体质点应力分布方程,分析了空孔效应对于破碎机理与裂纹扩展的影响。结果表明:空孔自由面效应会在空孔附近引起冲击压力骤增和震速变化,出现迎爆面处岩石“片落”现象;空孔背爆面处的震速明显小于迎爆面的震速,说明空孔具有很好的泄压降震效果;通过对冲击压力和裂隙区半径的解析解计算与数值计算结果对比,冲击压力的误差11.81%,而裂隙区半径的误差9.49%,两者结果较为接近。     

裂隙岩石拉伸断裂破坏理论分析试探

利用边界配置法对最大周向应力理论、有效应力理论进行了修正,建立了实验室尺度下拉剪裂纹的两种破坏准则,并通过相应的破坏准则建立起了岩石单轴拉伸强度与断裂韧度之间的关系,给出了量化裂隙岩石试件抗拉强度的无量纲量,分析了裂纹倾角、裂纹长度对裂纹尖端开裂角及裂隙岩石试件的抗拉断能力的影响。结果表明,开裂角以及裂隙岩石的抗拉断裂能力(抗拉强度)均随裂纹倾角的增大而增大;对于具有宏观裂隙的试件,开裂角及抗拉断能力随裂隙长度的增加而递减;试件的尺度对裂隙岩石的强度影响不容忽视。