木材断裂解离分形特征与分形断裂力学模型研究

目的 以椴木为研究对象,研究冲击载荷作用下椴木试件的断裂解离形貌特征和断裂力学特性,建立适用于木材原料断裂解离的分形断裂力学模型,并对其断裂解离力学行为进行描述。方法 对椴木试件进行冲击加载试验,分析试件断口的形貌特征和断裂力学特性,构建适用于木材原料断裂解离的分形断裂力学模型。结果 椴木试件横向冲击断裂断口裂纹形状和断口形貌特征比纵向冲击复杂,横、纵向冲击断裂断口均具有分形特征;椴木试件纵向冲击断裂韧性均值是横向冲击断裂韧性均值的1.112倍,椴木试件横、纵向冲击断口的分形维数均值分别为2.063 5和2.075 1,椴木试件横、纵向冲击韧性与其断口分形维数之间存在线性正相关关系,拟合优度分别为0.778 7和0.812 2;构建的木材原料断裂解离临界解离应力和断裂韧性的分形断裂力学模型也适用于脆性材料。结论 在木材原料冲击断裂解离时,木材原料初始裂纹长度越短,断裂解离断口越粗糙复杂,木材原料断裂解离所需要的能量越大;当裂纹沿着与冲击加载力方向垂直成大约1.055rad方向扩展时所需的能量最小,木材原料最易沿该方向进行断裂解离。     

断口定量分析的分形几何方法

近几年来,分形(fractal)几何已广泛地应用于材料的断裂分析。本文简要介绍了分形几何的发展概况及其几个主要定义,分析了一些简单不规则图形的分形维数的计算。把断口形貌统计地看作分形表面,进行了材料的断口的分析分析。根据断口的分形维数,人们可能去定量地追溯材料断袭时的力学行为。     

Mo2C含量对Ti(C,N)基陶瓷力学性能和显微结构的影响

采用热压烧结工艺制备了添加微量Cr3C2的Ti(C0.5N0.5)-(Ni-Co)-Mo2C-Cr3C2系Ti(C,N）基金属陶瓷。分析三种不同Mo2C含量材料的力学性能、断口形貌和磨削表面压痕裂纹扩展情况，研究表明：材料的断裂均以沿晶断裂为主；材料的抗弯强度与Rim相有关，8wt%Mo2C含量的金属陶瓷Rim相厚度适中，抗弯强度高；0.6wt%Mo2C含量的金属陶瓷的扩展裂纹短，裂纹扩展发生偏转，断裂韧性高。     

高氮奥氏体钢低温脆断中的三种断裂刻面

用扫描电镜对18Cr-18Mn-0.7N高氮奥氏体钢低温脆断中裂纹的形成、扩展及断面进行了分析.结果表明,低温脆断中,首先沿退火孪晶界及晶界形成微裂纹,微裂纹穿晶连接使裂纹扩展,其结果导致断口上形成三种断裂刻面,即光滑平面状退火孪晶界断裂刻面、光滑曲面状沿晶断裂刻面及粗糙不平的穿晶断裂刻面.     

氟金云母微晶玻璃陶瓷的动态本构关系及断裂机理研究

为了研究氟金云母微晶玻璃陶瓷的动态力学性能及断裂机理,利用高速液压伺服材料试验机进行了动态压缩实验,得到试样中等应变速率下的动态力学参数,结果表明该陶瓷材料具有明显的应变率效应,并基于损伤力学理论,得到了该材料的弹脆性动态损伤本构方程。通过对试样断口微观形貌的SEM观测,并结合纳米压痕实验,分析了材料的断裂机理。从试样断口的宏观和微观形貌可得:材料断裂方式为脆性解理断裂,云母相与玻璃相交界面存在大量沿晶微裂纹;由纳米压痕实验验证了两相之间弱界面的存在,微裂纹最早成核于两相交界处,并沿弱界面扩展,成核载荷为20 mN。     

氮化硼纳米管增强氮化硅陶瓷裂纹扩展的有限元分析

在氮化硅(Si3N4)陶瓷中添加氮化硼纳米管(BNNT)增强体制备了BNNT/Si3N4复合材料,利用三点弯曲强度及单边切口梁(SENB)法测定了BNNT/Si3N4复合材料的弯曲强度和断裂韧性。通过SEM观察了BNNT/Si3N4复合材料的微观形貌。利用ABAQUS有限元模拟了BNNT/Si3N4复合材料中裂纹偏转、钉扎、分叉、桥联尖端的应力分布情况。结果表明:BNNT/Si3N4复合材料的弯曲强度和断裂韧性明显高于Si3N4陶瓷,说明BNNT对Si3N4陶瓷的裂纹扩展有阻碍作用。Si3N4陶瓷与BNNT的界面结合良好,而良好的结合界面有利于提高界面的摩擦力。BNNT/Si3N4复合材料裂纹扩展情况的有限元模拟表明,BNNT可以吸收Si3N4陶瓷裂纹尖端的应力,有效阻止了Si3N4陶瓷基体中产生大的应力集中,而且当裂纹扩展到BNNT附近时,裂纹尖端会形成强的应力屏蔽区,增加了裂纹扩展的阻力。裂纹钉扎、桥联对增加裂纹扩展阻力的作用高于裂纹偏转和分叉。     

镍基单晶高温合金热机疲劳断裂特征

为了进一步提高镍基单晶高温合金的热机疲劳性能,通过微观结构解析研究了合金热机疲劳断裂特征.通过金相和扫描电子显微镜研究了热机疲劳断裂的断口特征和微观结构.研究表明:裂纹起源于形变孪晶与试样外表面的交截处,过程中的氧化有助于裂纹的长大;裂纹尖端的应力场诱发出大量形变孪晶,而形变孪晶的存在为裂纹进一步沿着孪晶界扩展提供了便利条件;镍基单晶高温合金的疲劳断裂主要是由于形变孪晶的形成以及裂纹沿孪晶界的扩展造成的.形变孪晶与高温合金疲劳断裂密切相关.     

添加β-Si3N4棒晶对氮化硅陶瓷力学性能的影响

将由自蔓延燃烧合成法制备的β—Si3N4棒晶加入到α-Si3N4起始原料中,研究了热压烧结氮化硅陶瓷力学性能的变化.随棒晶添加量的增加,材料的韧性提高,抗弯曲强度下降.与不加棒晶相比,加入8wt％的β-Si3N4棒晶可使陶瓷的韧性从4.0MPa·m1/2提高到6.7MPa·m1/2.断口形貌和压痕裂纹的显微结构观察表明,韧性的提高源于长柱状晶粒的拔出和裂纹的偏转.     

微观组织结构对C/C复合材料力学行为的影响

采用快速化学液相气化渗透法制备了2D-C/C复合材料,沉积温度为1200-1250℃, 系统压力约0.1MPa.利用偏光显微镜及扫描电子显微镜观察了不同沉积温度制备的基体热解碳的微观组织结构及断口形貌.实验结果表明,1200℃沉积的基体热解碳中粗糙层组织占大多数,其弯曲强度较高、韧性较低; 1250℃的基体热解碳呈现为光学各向异性程度不同的光滑层/粗糙层交替层状组织,其弯曲强度较低、韧性较高,具有非脆性断裂行为.不同微观结构的材料具有不同的强度及断裂模式,除了纤维/基体间界面结合强度不同外,不同温度沉积得到的热解碳微观结构的不同引起裂纹在不同微观结构碳层内的扩展阻力也会不同.此外,裂纹在光滑层/粗糙层界面处的偏转会导致断裂面的高低不平,从而使后者韧性增强.     

水泥断口表面形貌的分形维数定量表征研究

利用分形几何学理论定量表征了几种水泥断口表面的微观形貌特征,并且考察了断口表面分形维数与其抗压强度的关系.结果表明,水泥断口的表面分形维数介于2～3之间,且线性回归分析的相关系数均大于0.98,强的相关性表明实验所选用的水泥断口具有明显的分形特征;水泥的抗压强度与其断口表面分形维数值呈正相关关系.     

Estimation of Parameters of Universal Distribution of Moments of Failure of Products

A method is proposed for estimating the parameters of a mixture of exponential and Weibull distributions for which the accuracy of preliminary estimates obtained by graphical analysis is refined in accordance with the criterion of maximum likelihood. The efficiency of the proposed method is supported by the results of statistical modeling.     

Analysis of the rate of propagation of the wave of change of boiling modes

An approximate analytical expression is derived for the velocity of the front of the wave of change of boiling modes on a rod and on a plate. The impact of the Thomson effect and of the heater orientation in the gravity field is included. Adequate agreement is demonstrated between the derived relations and experimental data.     

Evaluation of optical properties of highly scattering media by moments of distributions of times of flight of photons

A novel method for the determination of the optical properties of tissue from time-domain measurements is presented. The data analysis is based on the evaluation of the first moment and the second centralized moment, i.e., the mean time of flight and the variance of the measured distribution of times of flight (DTOF) of photons injected by short (picosecond) laser pulses. Analytical expressions are derived for calculation of absorption and of reduced scattering coefficients from these moments by application of diffusion theory for infinite and semi-infinite homogeneous media. The proposed method was tested on experimental data obtained with phantoms, and results for absorption and reduced scattering coefficients obtained by the proposed method are compared with those obtained by fitting of the same data with analytical solutions of the diffusion equation. Furthermore, the accuracy of the moment analysis was investigated for a range of integration limits of the DTOF. The moment analysis may serve as a comparatively fast method for evaluating optical properties with sufficient accuracy and can be used, e.g., for on-line monitoring of optical properties of biological tissue.     

可燃气体检测报警器测量结果的不确定度评定

本文详细介绍了可燃气体检测报警器示值误差测量结果的不确定度评定方法。     

水三相点复现的不确定度评定

水三相点是开尔文热力学温度的唯一基准点，也是ITS-90国际温标重要的定义固定点。因此，水三相点不确定度分析对整个温标的建立、温度量值传递起着至关重要的作用。近3年来，中国计量科学研究院研制出一系列高质量的水三相点容器，加强了水三相点的研究，为不确定度的分析提供了更为可靠的实验依据。同时，不确定度的分析也是客观评价新研制容器性能的一个重要指标。因此，根据实验结果对新研制容器所复现的水三相点进行了不确定度评定。评定结果表明，其扩展不确定度为0．16mK(k=2．69，P=0．99)。     

心电图机电压测量示值误差测量值的不确定度评定

本文介绍了心电图机电压测量示值误差测量值的不确定度评定与表示方法。