脆性材料的亚临界裂纹扩展和双向应力影响的数值模拟

脆性材料的破坏通常是瞬态快速断裂,亚临界慢裂纹扩展特别是宏观慢扩展,很难在实验中观察.它一定程度上制约了玻璃陶瓷等材料的失效过程分析和阻力特性研究.本研究利用MFPA2D(Material Failure Process Analysis)软件成功地模拟了玻璃类脆性材料在平面应力状态下承受单向、双向应力时的亚临界裂纹扩展全过程,着重研究了脆性材料的慢裂纹扩展和扩展速度所受双向应力的影响,并讨论这种影响的机理和作用.通过声发射特性的数值模拟得到脆性材料在单向及双向应力状态下的亚临界裂纹扩展长度-荷载步曲线.结果表明,平行于裂纹面的拉应力对裂纹扩展有一定程度的阻碍作用,而平行于裂纹的压应力对裂纹有驱动效果.该数值实验结果与相关的实验结果取得了较好的一致,表明数值实验的可靠性,从而为脆性材料的可靠性和寿命评价提供理论基础和手段.     

脆性材料中的微裂纹尖端结构与断裂

利用低载荷Vickers压痕的方法在GaAs单品中诱发微裂纹,通过透射电子显微镜和高分辨电子显微镜对裂纹尖端进行了观察．结果表明,裂纹尖端前沿诱发了位错;沿着裂纹扩展方向出现了晶格扭曲,进而产生局部的无序化结构;无序化结构的扩大与连接形成具有1-2nm宽度的非晶窄带．裂纹在非晶窄带中萌生,并沿着非晶带扩展弯曲的裂纹表面和具有一定宽度的裂纹尖端说明,裂纹的扩展并不是沿着某特定的原子面原子键脱开,而是在非晶窄带中由结合键较弱的原子之间的断键并相互连接的结果．     

腐蚀疲劳裂纹扩展的断裂模型

将修正的疲劳裂纹扩展静态断裂模型和裂尖腐蚀溶解相结合,提出了腐蚀疲劳裂纹扩展(CFCP)的腐蚀-钝化-断裂模型.根据该模型和断裂力学原理,导出了CFCP速率的定量表达式,它揭示了CFCP速率与力学条件,裂尖表面腐蚀率、加载频率、假设的裂尖材料元临界断裂应力之间的定量关系,并能说明氢脆对CFCP率的影响规律。实验结果表明,应用所提出的模型可很好地描述铝合金在35％NaCI中CFCP的一般规律。     

脆性材料断裂韧性测试及表现断裂韧性的估算

用２种测试技术测试了脆性材料的断裂韧韧性,一种是利用楔入法在悬臂梁试件预裂出自然裂纹;另一种是用研磨法在三点弯曲试件上作出微米级的尖缺口裂纹。分别测试了３种材料的断裂韧性,并用提出的模型分别评估了多晶和非晶脆性材料的断裂韧性。     

电泳技术在脆性材料磨削中的应用

利用超微磨粒的电泳特性,在加工过程中使超微磨粒的向工具泳动并沉积在工具表面,形成一动态的超微磨粒层,对脆性材料表面进行精密加工,本文介绍超微磨粒层的形成机理的特性,并通过对硅片进行电泳磨削的实验数据,着重讨论该技术的工艺特性及其对脆性材料加工质量的影响。研究结果表明,该技术能量明显地降低被加工表面的粗糙度。     

稀土永磁材料的力学性能

回顾了稀土永磁材料力学特性的研究概况，阐明改善稀土永磁材料力学性能的重要性和迫切性，本文着重介绍了烧结稀土永磁材料的基本力学特性及其断裂机理，并对稀土永磁材料塑韧性差的原因进行了探讨，指出今后需要努力的方向。     

9Ni钢断裂过程中裂纹的扩展行为

采用SEM和TEM对9Ni钢断裂过程中裂纹的扩展行为进行了研究,讨论了逆转变奥氏体在断裂过程中的作用。SEM观察结果表明,基体的塑性对裂纹尖端形状有重要影响,基体塑性较差时裂纹前端尖锐,加剧了应力集中,基体塑性较高时裂纹前端呈“钝角”,使应力集中松弛。TEM观察显示,9Ni钢裂纹的扩展有两种形式：一种是在带状薄区中呈“Z”形扩展,另一种是遇到逆转变奥氏体后偏离原来的扩展方向。研究结果也显示在两种条件下获得的逆转变奥氏体,经变形后又发生相变。这表明稳定性高的逆转变奥氏体能够在变形过程中保留下来,阻碍裂纹扩展促使9Ni钢低温韧性提高,而稳定性较低的逆转变奥氏体则在变形过程中很快发生相变。     

Crl2剪刃脆性断裂分析

叙述了与Cr12剪刃脆性断裂相关的检验结果。脱碳、回火不足、细小裂纹、残留臭氏体和磨削应力是导致剪刃脆性断裂的原因。     

高速磨削脆性非金属材料时消振方法研究

脆性非金属材料(如玻璃)在高速高效率镜面磨削时,零件表面容易出现裂纹(或破碎的缺陷层),其根本原因在于加工工艺系统的振动.运用理论力学的方法对加工系统振动进行分析,在双级减振原理的基础上建立其数学模型并设计了消振试验装置.以工艺系统中的弹性介质(如冷却液)等作为减振元件,通过改变冷却液的流量和主轴转速的方法使砂轮工作在系统共振区外的区域,最大限度地减少了砂轮的振动,从而保证了高磨削效率下零件的表面质量.     

分形下材料裂纹的临界表面能

分形理论在金属断裂分析方面的应用越来越广,针对材料裂纹临界表面能与实际表面能存在较大误差的现象,分析并修正了临界表面能与分形尺度的关系.将裂纹临界表面能准则的裂纹平直路径扩展假设修正为分形路径扩展,采用分形理论建立了沿晶断裂、穿晶断裂、沿晶和穿晶混合断裂的分形模型,并根据自相似性分别计算其Hausdorff维数.最后在...     

镍基单晶裂纹扩展路径研究

采用紧凑拉伸（CT）试样研究了3种不同温度（950，850，760℃）和3种不同晶体取向（[001]，[011]，[111]）下镍基单晶合金DD3的断裂特征，采用光学显微镜和扫描电子显微镜观察分析了裂纹扩展路径及断口形貌。采用率相关晶体滑移有限元程序对试件裂纹尖端三维分切应力场结构、裂纹启裂和扩展机制以及滑移系激活规律进行了模拟计算分析。结果表明：晶体取向和环境温度对裂纹启裂和扩展以及断裂强度和断裂形式有较大的影响，低温下裂纹扩展沿着特定的滑移带方向，与裂纹平面成一斜角，[001]裂纹取向下为45°，[011]裂纹取向下为53．7°，[111]裂纹取向下为90°，这使得宏观上裂纹扩展路径呈现Z字形外观。而温度较高时，发生的Ⅰ型裂纹扩展与加载方向垂直。并且随着温度的升高，断裂形式逐步由脆性断裂转化为韧性断裂。     

A Novel Method for Measuring Flexure Strength of Brittle Materials

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｆｌｅｘｕｒｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｓｉｌｉｃｏｎａｎｄｏｔｈｅｒｂｒｉｔｌｅｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅｕｓｕａｌｙｔｅｓｔｅｄｂｙｔｈｒｅｅｐｏｉｎｔｂｅｎｄｉｎｇ（ＴＰＢ）ｍｅｔｈｏｄａｎｄｕｓｉｎｇｓｔｒｉｐｓａｍ...     

超声波加工硬脆材料机理的有限元分析

通过非线性有限元程序LS-DYNA,模拟金刚石磨粒冲击玻璃材料过程中裂纹的产生和材料去除情况,分析超声加工硬脆材料的去除机理.     

复合型裂纹断裂及扩展速率的实验装置

复合型裂纹断裂及扩展速率的实验装置的试验装置已有研究,但此装置对机械加工精度和试验机上下夹头的同心度提出了较高的要求,本文重新设计了复合型裂纹断裂及扩展速率的试验装置,企图降低对机械加工精度和试验机上下夹头的同心度的高要求,并对此装置进行了测试,表明:此装置可行。     

功能梯度材料的弹性断裂分析

功能梯度材料是一种新型材料，其特点是组分、结构和物性参数都呈梯度变化。功能梯度材料的断裂分析属于非均匀材料断裂力学的范畴。结合最新的研究成果，从裂纹尖端渐近场、应力强度因子、断裂失效准则和动态断裂问题4个方面，全面阐述了功能梯度材料弹性断裂分析的研究方法、进展和卡要结论。特别是给出了类似于均匀材料Williams解的功能梯度材料裂纹尖端应力场，明确反映出了材料非均匀性对裂纹尖端应力场结构的影响。该解具有普遍的意义，可以作为功能梯度材料数值和实验方法（如边界配位法和高阶近似法）的基础。