拉弯复合应力下焊接头表面裂纹疲劳扩展规律的研究

通过对16MnR钢对焊的弓形试极疲劳裂纹扩展试验，研究了在拉弯复合应力下对焊接头表面裂纹疲劳扩展规律。采用Newman－Raju公式分析了有限宽板在拉弯复合应力下表面裂纹的应力强度因子的计算。试验研究表明在拉弯复合应力下当a／t≤0．8时表面裂纹疲劳扩展规律仍可用Paris公式来描述，并且c向和a向的Paris系数之间仍存在着C_c＝0．9~nC_a的关系。     

金属基聚合物内衬复合压力容器界面剥离失效及预防

基于构建的裂纹剥离扩展失效过程的模拟方法,提出了预测临界载荷的方法,并通过界面的临界应变能释放率与损伤起始应力,构建了预防界面裂纹剥离扩展失效的等值临界真空压力约束预防控制线和设计准则。结果表明,临界压力载荷受控于界面初始预裂纹长度、复合界面的临界应变能释放率（GIC）和损伤起始应力（T0）,与界面初始预裂纹长度呈负关联关系,而与临界应变能释放率与损伤起始应力呈正关联关系;当初始预裂纹长度由11.11 %增至15.55 %时,临界压力载荷（Pc）由87.6 kPa降至为57 kPa,降幅为34.9 %;内衬界面剥离韧性参数（T0,GIC）的坐标点位于等值临界真空压力约束控制线之上,可有效预防内衬界面剥离扩展失效。     

多层结构正弦界面Ⅰ型裂纹扩展预测模型

多层结构复合材料凭借其耐高温、抗腐蚀、耐冲击等性能广泛应用于化工、核电以及航空航天等领域。以等离子喷涂热障涂层,爆炸焊接为代表的复合结构界面通常为正弦波界面,这给界面裂纹的扩展研究带来了极大的挑战,为了提高复合材料的使用寿命,减少正弦界面的断裂失效,本项目针对热障涂层界面I型裂纹进行研究,探索建立热力耦合条件下I型界面裂纹扩展预测模型。     

炭/炭复合材料的微观结构及剪切断裂机理研究

利用扫描电镜(SEM)对编织炭/炭复合材料和混杂炭/炭复合材料的常温剪切试样进行了微观结构和断口形貌观察,探讨了裂纹形成和扩展方式,揭示了材料在加载过程中微结构不断演化导致材料最终破坏的断裂机理。分析结果表明,材料中微观缺陷,特别是界面缺陷的存在降低了材料力学性能,并可能成为材料失效的裂纹源;起始裂纹在剪切载荷作用下沿着结合力较弱的界面扩展,在遇到炭纤维束时,根据不同情况会以绕过、切过炭纤维束两种方式向前扩展,在这一过程中多种缺陷的存在将加速裂纹扩张速度并增加裂纹扩展范围,导致材料有可能在低应力状态下提早破坏。     

Ⅱ型加载条件下疲劳裂纹扩展试验研究

对４种金属材料在Ⅱ型加载条件下的疲劳裂纹扩散行为进行的试验研究表明：在Ⅱ型加载条件下，裂纹可能仍沿Ⅱ型方向继续扩展，亦可能发生分支转变成Ⅰ型甚至Ⅰ＋Ⅱ型扩展，主要取决于材料本身的性质和它们的微观结构以及应力水平。当裂纹仍沿Ⅱ型方向扩展时，其扩展速率比相当应力水平的Ⅰ型裂纹扩展速率要大得多。     

应力-腐蚀环境中含裂纹圆棒状杆件的断裂行为研究

应力-腐蚀环境中的圆棒状杆件以抽油杆为例进行研究,运用ABAQUS软件,模拟抽油杆表面的半椭圆裂纹。得到了不同尺寸的断裂韧性参数裂纹尖端张开位移(CTOD)的变化规律,半椭圆裂纹的尖端存在很到的应力集中,裂纹易在裂纹的底部进行扩展。结果表明,裂纹长度c为定值时,裂纹尖端张开位移(CTOD)与深度a成正比关系。裂纹长度c越大,裂纹尖端张开位移(CTOD)的增加将幅度越大;裂纹深度a为定值,在a/c较大时,裂纹尖端张开位移(CTOD)与深度a也成正比关系。     

金属基聚合物复合材料短纤维桥接界面强化机理

针对金属基聚合物复合材料易诱发界面剥离损伤失效的共性问题,研究了通过多层复合组装注射成型,在聚合物复合层与粘接层界面形成短纤维桥接,实现复合界面强化.基于内聚力剥离损伤模型,构建了短纤维桥接强化界面剥离裂纹扩展断裂失效过程的模拟仿真技术,模拟建立了界面剥离裂纹快速失稳扩展断裂损伤失效临界载荷—桥接纤维特性—界面剥离断裂...     

单轴压缩下带圆孔的脆性岩板劈裂破坏研究

带圆孔的脆性岩板在单轴压缩荷载的作用下,其破坏过程一般经历弹性阶段,劈裂裂纹的产生与扩展,压剪裂纹的产生及岩板破坏几个阶段.分析了弹性阶段的圆孔四周的应力分布,解释了劈裂裂纹的产生机理,确定了劈裂裂纹产生的位置.通过分析开裂后裂纹尖端应力强度因子的变化规律,发现随着孔径的增大,起裂荷载减小,这个结论与实验结果非常吻合.而对于同一模型随着裂纹的扩展,应力强度因子减小,反映了劈裂裂纹的扩展是稳定的.对于岩石这种内部存在很多微小孔洞或不连续面的材料,通过该模型能从宏观唯像上解释岩石在单轴压缩试验中的劈裂破坏机理.     

圆型束孔与当量大孔爆破效应的动光弹研究

采用WD22—1型动光弹仪,记录了环氧树脂材料中圆型平行束孔和当量大孔的爆炸应力波传播和裂纹扩展的动态过程。定量地对比了两者之间的爆炸应力场,说明它们之间的异同,对圆型束孔和当量大孔的爆破效应进行了研究。指出了圆形束孔优于当量大孔的主要原因。为平行束孔的爆破机理的研究提供了一种新的实验方法。     

基于近场动力学方法的含缺陷板Ⅰ型应力强度因子计算

针对含多缺陷板脆性断裂问题,引入非局部近场动力学理论,结合J积分计算含缺陷板Ⅰ型应力强度因子。通过含Ⅰ型单裂纹脆性板以及系列含等长双裂纹板的应力强度因子计算,验证该方法的可行性和计算精度。进一步应用于含不等长双裂纹、含孔及孔边裂纹脆性板的应力强度因子计算,验证了该方法对于计算含复杂缺陷板Ⅰ型应力强度因子的适用性,并分析了裂纹位置和长度及孔径等多缺陷板裂尖应力强度因子的影响。     

应力强度因子的有限元算法研究

基于位移外推法和相互作用积分法,以含穿透裂纹的有限宽板受单向拉伸载荷为力学模型,建立了相应的计算裂纹尖端应力强度因子(SIFS)的有限元模型,研究了两种方法在求解断裂参量时的差异性,并对比分析了裂纹长度对裂纹尖端应力强度因子的影响。结果表明,裂纹长度的改变对应力强度因子有较大的影响,其中裂纹长度对应力强度因子KⅠ具有较大的推动作用。同时也发现,相互作用积分法与位移外推法的求解结果,在Ⅰ型应力强度因子时具有很好的一致性,二者可以相互验证。     

原位合成TiB2-SiC基复相陶瓷高温性能及其磨损断裂力学机理的研究

在SiC基体中,用TiC和B4C为原料采用固相反应原理原位合成了高温自润滑TiB2-SiC基复相陶瓷,该复相陶瓷从400℃开始呈现高温减磨性能;复相陶瓷中TiB2颗粒产生的"钉扎效应",导致裂纹扩展路径偏转,改变了应力场的分布特性,降低了微裂纹尖端应力场强度,提高了裂纹扩展门槛值.TiB2-SiC磨损中存在断裂力学上的(Ⅰ Ⅱ)型和(Ⅰ Ⅲ)复合裂纹非平面扩展,以及裂纹尖端微小塑性屈服区的存在,使得裂纹扩展门槛值在"极限上值"和"极限下值"间随着裂纹扩展实际有效长度的变化而动态变化,导致材料延迟断裂.     

45^#钢中Ⅰ＋Ⅲ复合型疲劳裂纹的转型扩展及断口分析

以带有不同角度侧斜裂纹的紧凑拉伸试件研究了Ⅰ＋Ⅲ复合型裂纹在单向拉伸疲劳载荷作用下的转型情况,着重研究转型过程中应力强度因子（ΔK）和断口形态的变化.有限元计算表明,Ⅰ＋Ⅲ复合型裂纹是向Ⅰ型裂纹转化,侧斜角越大,Ⅲ型应力强度因子变化幅（ΔKⅢ）越大,裂纹转型越快;断口分析表明试件疲劳断口的疲劳源呈多源性,裂纹萌生于紧凑拉伸试件线切割缺口处的微裂纹;在转型过程中,带侧斜角试件断裂面较为粗糙,断面上存在较为粗大的撕裂棱和二次裂纹;疲劳辉纹更加不连续,不均匀;完全转型后断裂面较为平坦,撕裂棱和二次裂纹尺寸减小.即转型是通过在疲劳源形成与原裂纹面成一定角度的台阶,在裂纹的随后扩展中通过不同台阶与台阶的连接而转向,最后转到Ⅰ型扩展方向.     

交变载荷作用下纤维增强密封复合材料界面脱黏研究

界面脱黏是纤维增强密封复合材料界面破坏的主要表现形式,其可视为一种特殊的裂纹扩展。本文基于剪滞模型研究了纤维增强密封复合材料中纤维和基体界面在交变载荷作用下的裂纹扩展规律。在考虑疲劳加载引起的脱黏界面损伤和损伤分布不均匀性以及材料泊松比影响的基础上,建立了等效Paris公式,得到了疲劳裂纹扩展长度、扩展速率、界面上摩擦系数和加载次数之间的关系。     

无规共聚丙烯材料的复合裂纹扩展研究

采用MTS810型材料试验机,对PP-R材料进行了复合裂纹扩展机理的研究,并对裂纹扩展路径以及断口形貌进行了分析。实验的裂纹类型包括I型、偏离中心20mm、偏离中心40mm三种。实验结果表明,在准静态实验工况下:预制疲劳裂纹长度在1.5mm以下时,即处于疲劳迟滞区域,三类裂纹呈现脆断特征;预制疲劳裂纹长度在3mm以上时,裂纹尖端走出疲劳迟滞区域,三类裂纹都能得到稳定裂纹扩展量,断口出现明显的韧性断裂特征。     

共聚聚丙烯疲劳裂纹扩展研究

参照金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法,采用材料疲劳试验机对无规共聚聚丙烯(PP–R)材料进行了Ⅰ型疲劳裂纹的扩展速度及裂纹扩展机理的研究,测试得到了疲劳裂纹扩展每0.5 mm长度下所对应的循环次数,进而拟合出da/d N(疲劳裂纹扩展长度与循环次数之比)与ΔK(应力强度因子)的疲劳裂纹扩展速率曲线图,发现PP–R疲劳裂纹扩展可分为裂纹扩展源阶段,裂纹扩展稳定阶段和裂纹快速扩展阶段3个阶段,其中扩展源阶段出现明显的增韧现象,稳定扩展阶段呈现出明显的线性特点;同时选取了4个典型的断面区域进行了扫描电子显微镜拍照,得到了4种差异很大的断面显微组织并进行了分析。     

应力氧化环境中3D C_f/SiC复合材料损伤演变

以裂纹的产生和扩展为线索,通过扫描电镜研究了疲劳氧化环境中3DCf/SiC复合材料损伤演变特征。结果表明:应力氧化环境中3DCf/SiC复合材料的损伤形式主要为:基体开裂,界面相脱粘和氧化以及纤维的氧化与断裂。基体开裂为氧化性气体与复合材料内部的界面相和纤维反应提供通道。界面相脱粘和氧化导致纤维伸长量增加,促使裂纹扩展。纤维氧化断裂和裂纹张开扩展相互促进,形成了裂纹扩展的动力。     

碳纤维增强塑料在п梁中的断裂特性分析

针对混凝土梁的断裂和п梁承载特性,分析了拉剪应力作用下,梁中翼型裂纹的成核、起裂、扩展和贯通模式,得到了复合应力条件下应力强度因子解析式。通过室内实验和数值实验表明,碳纤维增强塑料(CFRP)对梁的裂纹扩展具有明显的抑制作用,能减小梁的位移,调整梁的应力分布,增强梁的弹性模量和承载力,同时受荷梁的塑性区也得到了改善,且分布范围逐渐缩小,对混凝土加固工程具有有利影响,进而核验了CFRP加固混凝土梁的实用性。     

氧化铝-莫来石高温复合陶瓷改性研究

以氧化铝、莫来石、氧化锆粉体为原料制备了氧化铝-莫来石-氧化锆复合陶瓷.使用密度测试仪、抗折强度测试仪、XRD和SEM等手段对材料的密度、力学性能进行了综合分析,尝试对影响复合陶瓷热震性能的因素及作用机理进行了讨论.研究结果表明:氧化锆弥散分布于基体晶界处,填充了基体颗粒间隙,抑制了基体晶粒长大,阻碍了裂纹扩展,提高了复合陶瓷的致密性和力学性能;ZrO2的t-m转变使基体内部产生一定的压应力区域,诱发显微裂纹的产生,分散主裂纹尖端应力,增强复合陶瓷的强度.     

单向碳纤维/环氧树脂复合材料疲劳裂纹扩展的研究

为了模拟单向碳纤维／环氧树脂复合材料在拉－拉疲劳实际工作条件下疲劳裂纹扩展的情况，利用单向碳纤维增强环氧树脂复合材料制成的拉伸试样（CTS），在应力强度因子比R为0.5的条件下，就加载频率、应力强度因子幅△κ对Ⅰ型裂纹的扩展速度及裂纹扩展机理的影响作了较系统的研究，为材料的安全可靠使用条件及作用周期提供参考依据。