K_(1c)测试试件的尺寸要求和理论依据

本文证明了在裂纹小于某一个跟材料性能有关的值时,K_(lc)=σ_fa~(1/2)·y 为常量这个断裂力学的基本假设不成立。传统的 K_(lc)试件尺寸要求的理论依据是不正确的。在此基础上,通过求出断裂强度的上限而导出了 K_(lc) 公式的有效范围和尺寸要求的表达式。从理论上澄清了以下三个问题:1.为什么 K_(lc)的测试须有尺寸要求?2.怎么要求不同材料的试样尺寸?3.不满足要求时 K_(lc)如何变化?     

基于定长裂缝试件的脆性材料尺寸效应实验方法

由于脆性或准脆性材料内各类微缺陷的影响,材料的力学性能,如名义破坏应力,　刚度以及断裂韧性等随试件的大小而改变,具有明显的尺寸效应。通常情况下,描述材料尺寸效应的Ｂａｚａｎｔ尺寸效应律是建立在一系列相似试件的基础上通过实验方法确定的。　本文提出了一种新的用含固定长度裂缝试件测定断裂韧性和有效断裂过程区大小的实验方法和计算公式。与相似试件测定方法相比,实验结果吻合很好。根据本文提出的定长裂缝试件实验方法,在保证与相似试件相同脆性指数范围的前提下,可以用小试件进行测量。     

四种测试陶瓷断裂韧性K_(1c)的方法比较

选择四种测试断裂韧性的基本方法,测定渗入反应碳化硅基材料的断裂韧性,无论从方法本身还是从结果重复性来说均表明直接维氏压痕测试法是一种经济、快速、较理想的方法,特别适合于选材研究和生产工艺过程的控制。     

人工水晶的压痕断裂行为及其 K_(1c)测量

藉助于声发射技术,研究了在 Vickers 钻石压头作用下人工水晶的压痕断裂行为。压头对角线与晶体试样的相对取向是,使得水晶Ⅰ和水晶Ⅱ的压痕诱发径向/中位断裂,分别沿着(10(?)0)/(1(?)10)和(11(?)0/(1(?)00)晶面对发展。压痕断裂过程中的声发射特征表明,除了随着压痕特征参数的发展所引起的准静态—声发射外,有三个相互独立的,与径向/中位裂纹的成核、径向/中位裂纹突入试样表面、以及裂纹分岔或侧向裂纹萌生等过程相关的声发射效应。以 Vickers 压痕技术测得 K_(c2)的结果与以一般力学法及 Knoop 压痕技术的测试结果作了比较。断裂韧性与晶体学取向的关系亦作了分析。实验表明,水晶Ⅰ和水晶Ⅱ具有相同的 K_(1c)值。其原因是,两种试样的径向/中位裂纹实际上沿着同样的{1100}/{1120}晶面对扩展。至于从缺口梁法或 Knoop 压痕技术得到的 K_(1c)值,由于水晶Ⅰ和水晶Ⅱ的主裂纹分别沿着(1(?)10)和(1(?)00)晶面扩展;它们的 K_(1c)值与断裂能随着晶体学取向而变有关,因而也就各不相同。     

脆性材料微裂缝无序度与尺寸效应

假定在某些脆性无序材料内含有相同的微裂缝随机分布概率密度,但具有不同无序度的情况下,建立了模拟材料力学行为的二维不连续位移法边界元数值计算模型.实现了材料微裂缝生长、扩展到最终破坏的全过程数值仿真.根据分形几何理论确定了材料断裂表面几何形貌的分形维数.得到了材料的断裂强度随微裂缝长度随机分布无序度的增加而降低的规律性.数值模拟结果符合Bazant尺寸效应定律,并进一步证实了脆性或准脆性无序材料产生尺寸效应的微观机理.     

混凝土非线性断裂韧度G_(Ic)及其尺寸效应

就混凝土而言，在裂缝失稳扩展前，由于裂缝尖端的微裂区而产生非线性变形并伴有裂缝的亚临界扩展。这种非线性变形与亚临界扩展，使混凝土材料在断裂前吸收更多的能量。本文从试验得出的荷载－位移的非线性曲线出发，求得了材料抵抗裂缝扩展的非线性断裂韧度，并探讨了试件缝高比及高度对的影响。     

18Ni(250)钢伸长率的尺寸效应

实际生产中检测18Ni(250)钢的伸长率并不高,当钢板厚度为1.4 mm时.其伸长率在4%左右,似乎其塑性很差,接近于脆性材料。通过对不同厚度的18Ni(250)钢板进行拉伸试验,研究了该钢伸长率较低的原因。结果表明:该钢伸长率有尺寸效应,即伸长率随着拉伸试样截面尺寸的减小而减小;该钢塑性很好,其伸长率反映的塑性是一个假象。     

红外辐射温度计的辐射源尺寸效应修正

红外辐射温度计在低温测量的辐射源尺寸效应（SSE） 的规律不同于高温测量。基于以虚拟探测器温度消除背景辐射影响的SSE计算模型,推导了在不同源尺寸和不同背景条件下辐射温度计输出的SSE影响修正公式;得出不同源尺寸条件下辐射温度计温度示值的SSE影响修正的理论解析表达式。在源温度低于或接近背景温度时修正模型与高温测量SSE修正模型有显著差异。所得结果适用于任意温度下对单波段辐射温度计的SSE影响修正。     

BaTiO_3,VO_2和 BiSrCaCu_2O_y 陶瓷相变与 K_(1c)的关系

用切口梁三点弯曲法测定了高于和低于相变温度的 BaTiO_3,VO_2和 BiSrCaCu_2O_y 多晶试样的平面应变断裂韧性 K_(lc)。结果表明,对于这几种材料,如果由于不纯净或掺杂而在低于相变温度下仍有部分高温相残留,则其韧性将得到改善。本文讨论了这种改善的原因。     

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。     

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。     

动态断裂韧性测试中的惯性效应分析

用弹簧质量模型分析了三点弯曲试样在冲击载荷作用下的惯性效应，得到了脆性断裂条件下有效载荷的修正公式。分别采用受惯性效应影响的示皮冲击试验及无惯性效应的焦散线技术对HQ785C钢进行了动态测试，验证了修正公式的有效性。     

超薄金属膜电阻率尺寸效应

研究了超薄铝膜的厚度与电阻率。晶粒度之间的关系。结果表明：随薄膜平均厚度减小，晶粒度减小，电阻率增大，呈现尺寸效应。综合利用Ｆ－Ｓ模型，Ｍ－Ｓ模型以及Ｍａｔｔｈｉｅｓｓｅｎ定则定量分析了表面和晶界的电子散射对电阻率尺寸效应的贡献。     

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。     

骨料粒径对混凝土劈拉性能及尺寸效应影响的细观数值研究

混凝土材料宏观力学行为的非线性及尺寸效应根源于其内部组成的非均质性。考虑材料细观结构非均质性的影响,建立由骨料颗粒、砂浆基质和界面过渡区组成的混凝土细观尺度力学模型。对尺寸为150 mm、250 mm、350 mm和450 mm的混凝土立方体模型劈裂抗拉破坏行为进行细观数值模拟,探讨骨料粒径（最大粒径分别为：10 mm、20 mm、30 mm和40 mm）的影响机制,并与试验结果进行对比分析。结果表明：1） 混凝土材料的劈裂抗拉强度随着骨料粒径增大而略微降低,最大骨料粒径达到30 mm左右时,强度降低趋势变缓;2） 四种骨料粒径下混凝土立方体劈裂抗拉强度均存在尺寸效应现象,相比于大骨料试件,小骨料试件的破坏更具脆性,因而其尺寸效应更显著;3） 混凝土劈裂抗拉强度尺寸效应行为与 Ba?ant和Weibull提出的尺寸效应理论相吻合。     

硬质相粒度对Ti（C,N）基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)基金属陶瓷的断裂韧度,结果发现,当成分和制备工艺不变时,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,进一步分析表明,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,金属陶瓷呈现较强的脆性断裂特征,而当Ti(C,N)颗粒较细时穿晶断裂几率大大减小,裂纹较易沿Ti(C,N)颗粒与粘结相的界面扩展,导致脆性断裂现象减少和裂纹偏转而增韧。产生上述现象的主要原因与Ti(C,N)晶体的结构有关,面心立方结构的Ti(C,N)晶体中可能存在多个潜在的滑移面和滑移系,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。