铁素体钢断裂韧度尺寸效应的小冲孔试验

对六种不同厚度的试样进行了小冲孔试验,并进行了有限元模拟,此外还通过扫描电镜观察并分析了断裂面的微观结构。试验结果显示,试样的SP断裂变形能和断裂韧度随试样厚度的增大而增大。提出了裂纹起始遵循断裂应变准则及裂纹扩展遵循断裂能密度准则的观点。有限元模拟结果与试验结果基本吻合。断裂面呈典型的韧性断裂特征,试样变形后的半球状外表面布满微小的褶皱状突起和微裂纹。     

采用无缝试件确定混凝土岩石的断裂韧度

该文建立了由无缝试件确定混凝土和岩石断裂韧度的理论模型及其解析表达式。该模型考虑了混凝土骨料粒径与岩石颗粒尺寸的重要影响,仅需小尺寸无缝试件的峰值荷载,即可直接确定出无尺寸效应的混凝土与岩石的断裂韧度。进一步,进行了含不同裂缝长度的岩石试件的系列断裂试验,研究结果表明：基于该文模型由无缝试件确定的岩石断裂韧度,与采用含1 mm预制浅裂缝试件的确定结果相吻合,与基于回归分析方法由含不同长度预制裂缝试件确定的断裂韧度基本一致。同时,基于所提模型,对其他学者完成的岩石与混凝土无缝与含缝试件的试验成果进行了深入分析,验证了所提模型与方法的合理性及适用性。该文研究为由实验室小尺寸无缝试件确定混凝土与岩石无尺寸效应的断裂韧度提供了新思路。     

加气混凝土断裂能测定的尺寸效应

在加气混凝土断裂参数的研究及实际工程应用中，尺寸效应是很受关注的。在本研究过程中，采用了ＲＩＬＥＭ推荐的试件，研究了试件尺寸（厚度及断裂韧带高度）对加气混凝土断裂能测定的影响。研究表明，对于试验中采用的加气混凝土而言，当试件厚度大于２００ｍｍ及韧带高度大于１３０ｍｍ时，尺寸效应可基本忽略不计。该尺寸在实验室中是可以满足的。     

由小尺寸试件确定混凝土的断裂韧度与拉伸强度

该文利用骨料最大粒径d_max=10 mm,试件高度W依次为60 mm、80 mm、100 mm、140 mm、160 mm,厚度B=40 mm的小尺寸三点弯曲梁试件,来确定无尺寸效应的混凝土断裂韧度K_IC与拉伸强度f_t。区别于现有尺寸效应模型关注于\     

考虑骨料尺寸的混凝土岩石边界效应断裂模型

该文比较了边界效应模型（BEM）和尺寸效应模型（SEM）在研究材料断裂性能方面的不同。提出了由处于准脆性断裂状态的三点弯曲试件的峰值荷载P_max,同时确定材料参数--断裂韧度K_IC与拉伸强度f_t的理论与方法。由于实验室条件下混凝土试件高度W与骨料最大粒径d_max的比例W/d_max约为5~20,试件的非均质性明显,破坏为准脆性断裂控制。因此,区别于以连续介质力学为基础的应用于准脆性断裂研究的力学模型,该文研究将骨料最大粒径d_max引入相应的断裂模型解析表达式中,由参数组合β d_max来计算结构峰值状态对应的裂缝扩展量,通过离散参数β的不同取值,实现了对材料参数--断裂韧度与拉伸强度的准确预测。基于不同学者的相同尺寸W而不同初始裂缝长度a₀,以及相同初始缝高比a₀/W而不同尺寸W的几何相似的砂浆、混凝土及岩石类材料试件的试验成果（骨料最大粒径d_max从1.2 mm~40 mm变化）,验证了所提理论与方法的合理性。     

用变裂缝单一尺寸试样确定大理岩的断裂韧度

采用具有不同长度裂缝单一尺寸的中心圆孔平台圆盘试件,测定了大理岩的断裂韧度。基于Bazant的尺度律理论,根据有限元分析的结果拟合得到了无量纲能量释放率g(α0)的函数表达式,当无量纲裂缝长度α0=a0/R在0.28~0.51的范围时,与试件形状有关的函数g′(α0)/g(α0)的变化范围为1.0～5.8,能够满足Bazant尺度律公式中对脆性数β范围的需求。由试验结果得到了与试件尺寸无关的断裂韧度的真实值KImc和断裂过程区长度cf。用该方法确定岩石的断裂韧度,能够避免使用较大尺寸的试件,以及为得到足够大的β值范围而使用两种或两种以上试件的准备和试验带来的困难。     

权函数法计算的混凝土断裂韧度

在采用解析方法确定混凝土的双K断裂韧度时,粘聚断裂韧度计算的准确性直接影响起裂韧度断裂控制参数计算的准确性。根据权函数法,给出了基于CEB-FIP粘聚应力软化函数计算的粘聚断裂韧度的表达式。使用最大高度为1000mm的五组楔入劈拉紧凑拉伸试件测量的最大荷载和临界裂缝嘴张开口位移,计算了混凝土的双K断裂韧度,并与积分解析计算公式进行了对比。结果表明,两种解析计算方法较为吻合,最大误差不超过2%。     

基于虚拟裂缝模型的混凝土等效断裂韧度

本文采用虚拟裂缝模型,将临界裂缝尖端张开位移CTODc作为控制参数,利用三点弯曲梁试件通过迭代求得了混凝土裂缝亚临界扩展量的临界值△a_c,据此求得了混凝土起裂断裂韧度K_Icⁱⁿⁱ、等效断裂韧度K_Ic^un值。计算结果表明,随着试件尺寸的增大,△a_c增大,但K_Icⁱⁿⁱ、K_Ic^un值却是与试件尺寸无关的断裂参数。这表明线弹性断裂韧度准则可应用于混凝土结构的裂缝评定。     

硬质相粒度对金属陶瓷断裂韧性的影响

用压痕法测定了具有不同粒度硬质相的Ti(C,N)基和WC基金属陶瓷的断裂韧性,结果发现,Ti(C,N)基金属陶瓷的断裂韧性随硬质相粒度的增大而减小,而WC基金属陶瓷的断裂韧性随硬质相粒度的增大而增大。产生上述现象的主要原因与硬质相的晶体结构有关:在室温条件下,面心立方结构的Ti(C,N)晶体中可能存在｛110｝<11 0>和｛111｝<11 0>两个滑移族(含18个独立滑移系);裂纹从一个Ti(C,N)颗粒扩展至另一个Ti(C,N)颗粒时很容易形成取向有利。当Ti(C,N)颗粒较粗时,极易发生穿晶断裂,并且裂纹连续穿晶扩展时亦不会发生显著的偏转或分叉,Ti(C,N)呈现较强的脆性断裂特征。而密排六方结构的WC晶体只有｛101 0｝<112 3>一个滑移族(含4个独立的滑移系);由于取向不利,裂纹难以连续穿晶扩展,且随WC粒度的增大,其对裂纹的偏转和分叉作用增强,从而导致断裂面表面积增大而增韧。     

THE EFFECT OF MICROSTRUCTURE ON FRACTURE TOUGHNESS OF POLYCRYSTALLINE ALUMINA

Abstract— A study of the dependence of the fracture toughness on the microstructural morphology of polycrystalline materials is presented. The microstructure of several aluminas was characterized by thermal etching and image analysis. The fracture toughness of these materials was then determined by bridge-indentation pre-cracking followed by a four-point bending test procedure. A SEM investigation of the mechanisms of crack propagation was also carried out. The observed microstructure-related fracture toughness responses are discussed.     

混凝土断裂能的边界效应确定法

从试件边界条件对断裂过程区的影响出发,研究了断裂特性在韧带上的分布特征,解释了根据断裂功原理测试得到的断裂能的尺寸效应现象。并以此为基础,通过引入局部断裂能的概念,推导出与尺寸无关的混凝土断裂能表达式。以不同韧带长度的楔入劈拉和三点弯曲梁试验进行了验证工作。结果表明,在试件的破坏状态,由于边界条件的限制,局部断裂能在韧带方向上的分布是不均匀的,从而引起测试断裂能的尺寸相关性。根据建立的模型计算得出的断裂能与试件尺寸无关,但反映边界影响的长度参数却随着试件尺寸的变化而变化。     

成层混凝土的剪切强度和Ⅱ型断裂韧度

该文对成层混凝土的层间结合性能进行研究,通过直接剪切试验和双边缺口单边加载断裂试验测得混凝土层间的抗剪强度参数和Ⅱ型断裂韧度,研究了混凝土浇筑的层间间隔时间对成层混凝土层间结合性能的影响。试验结果表明：Ⅱ型断裂韧度K_Ⅱc与粘聚力c具有较好的线性相关性,而其与摩擦系数f不具有明显相关性。同时根据Ⅱ型断裂的定义假定断裂时满足摩尔库伦准则,推导出K_Ⅱc与c具有线性相关性。因此Ⅱ型断裂韧度可根据粘聚力直接估计出,避免了进行复杂而难以控制试验要素的Ⅱ型断裂试验。此方法为成层混凝土日后的断裂力学研究,提供了可参考的参数。     

面外约束对韧性材料的断裂韧度的影响

与脆性断裂的断裂韧度随厚度的增加而逐渐趋近于一个常数的变化趋势不同,韧性较好材料的弹塑性断裂韧度的特征为:在一定范围内随着厚度的增加,弹塑性断裂韧度逐渐增加。主要研究在保持试件的面内约束(a/w)保持不变的条件下,面外约束(厚度的变化)对同种材料的试件的断裂韧度的影响。首先采用韧性较好的材料进行断裂韧性实验,通过实验得到结果:试件的弹塑性断裂韧度J积分及临界裂纹尖端张开位移CTOD随着试件厚度的增加而线性增加。然后从能量平衡的角度出发,考虑在裂纹扩展过程中的所有的宏观能量耗散机制,根据通过实验验证的假设,化简后,得到最终的结果:一定程度上表征能量耗散的断裂韧度随着厚度的增加而增加,与实验结果吻合得较好。