Rolfe-Novak模型的理论分析

在冲击试验过程中,夏比V型缺口试样用于裂纹扩展所消耗的能量部分与断裂韧性试样所消耗的能量有着密切的数量关系。基于这一思想本文从冲击能量的分析出发,主要著名的Rolfe-Novak模型(K_1e/σ_y)~2=a(CVN/σ_y—b)作了理论上的分析补充。利用该模型,又对PCrNi3Mo和28Cr2MoVA钢进行了试验研究,建立了满足工程精度要求的断裂性与冲击能之间的定量关系。     

建筑用常温6063铝合金纵向拉伸研究

以Al-Mg-Si系6063铝合金(T5)为研究对象,用万能试验机在温度为24℃下进行6063铝合金纵向拉伸试验,用扫描电镜进行断口形貌分析。结果表明:不同纵向拉伸角度试样最小截面上正应力与剪应力分布不同,0°及30°纵向拉伸正应力较大,剪应力几乎不存在,试样由于正应力形成裂纹与扩展;45°纵向拉伸正应力与剪应力均较大,试样由于剪应力形成裂纹;60°及90°纵向拉伸剪应力较大,正应力几乎不存在,试样由于剪应力形成裂纹与扩展。6063铝合金试样屈服强度与断裂强度随拉伸速度增大而增大,断裂应变随拉伸速度增大而减小,抗拉强度不受拉伸速度影响;随着三轴应力度不断降低,断口形貌越来越光滑。45°和90°断口形貌呈相反走势,韧窝轮廓凸向也相反。     

桥梁用铝合金抗冲击断裂有限元数值模拟

以单一605、606及复合605/606铝合金为样本,用扩展有限元法进行摆锤冲击模拟试验,分析其冲击功、断裂程度、断裂深度等抗冲击断裂行为.结果表明:复合605/606铝合金完全断裂时间比单一铝合金长;5层复合605/606铝合金完全断裂时间比4层、9层长;5层复合605/606铝合金应力呈层状分布,临近605层应力大于606层,5层复合可承受较大拉应力,且冲击面为605铝合金时,605/606复合厚度比与冲击功成反比.因此实际应用中需根据铝合金特点选材,以最大化材料作用.     

超声冲击对十字焊接接头表面形貌及应力集中系数的影响

用HJ-Ⅲ型超声冲击枪对转向架用SMA490BW钢十字焊接接头焊趾表面进行超声冲击处理;根据不同冲击参数获得的几何形貌建立相应的三维模型,再通过有限元软件Ansys计算不同冲击参数下的应力集中系数Kt;应用Origin软件拟合过渡圆弧半径、凹陷深度和应力集中系数与冲击时间的数据关系。结果表明:应力主要集中在十字焊接接头的焊趾凹陷处;应力集中系数Kt随焊趾过渡圆弧半径增大而减小,随凹陷深度的增加而增大;过渡圆弧半径、凹陷深度随冲击时间的增加先增大后趋于平缓;应力集中系数Kt随冲击时间的增加在0~5 min阶段下降较快后维持在1.85左右。     

强度级别对高强度螺栓用钢缺口疲劳行为的影响

对高强度螺栓,应力集中是影响其疲劳行为的重要因素。本文研究了应力集中及强度因素对高强螺栓用钢35CrMo的缺口疲劳行为的影响。并通过弹塑性有限元应力计算,分析试样缺口部位的应力分布及缺口根部由于峰值应力而产生的塑性屈服程度。结果表明,在名义应力远低于屈服极限的情况下,缺口根部已产生较大的屈服塑变。试样的疲劳性能主要取决于其缺口顶端材料微体的材料特性及在循环载荷下的行为。     

超声冲击对7A52铝合金焊接接头力学性能的影响

采用QC23-B型超声冲击设备对7A52铝合金焊接接头进行超声冲击处理,从焊缝表观、焊趾处应变与应力、抗拉强度等方面对经过超声冲击处理前、后的试样进行对比研究。结果表明,经过超声冲击处理的试样,焊缝焊趾处的外表形状更为平滑,焊趾处拉应力转变为压应力。抗拉强度测试表明,冲击后接头平均抗拉强度为271 MPa,与冲击前相比提高了9.7%,且冲击后的焊件部分断裂在焊缝上,验证了超声冲击处理改变接头焊趾处的应力分布,降低应力集中。     

45CrNi钢脆性转变温度的研究

本文研究了45CrNi钢的脆性转变温度。结果表明其转变温度范围为±50℃,FATT_(50)为0℃。文中还通过实验进一步证明了用电火花线切割机加工夏比冲击试样V形缺口的方法简便、质量稳定,值得推广。     

兵器用钢断裂韧性和冲击韧性之间的数量关系

<正> 断裂力学是研究裂纹体裂纹扩展规律,分析裂纹尖端的应力、应变分布,建立断裂判据。这方面的研究工作提出了缺陷尺寸、应力大小和材料的断裂韧性三者之间的关系。断裂韧性是描述材料阻止裂纹开裂和扩展能力的特征参数,其韧性值可用于工程结构的设计计算。 工程实际多年来广泛应用缺口试样的冲击弯曲试验,测定试样最后断裂前吸收的总     

含缺口PBX药柱热冲击响应的数值模拟及试验

针对脆性高聚物黏结炸药(polymer bonded explosive,PBX)的热应力破坏问题,开展了缺口药柱热冲击响应的数值模拟和实验研究.采用温度相关的热弹塑性模型对PBX药柱在50℃平衡温度、10℃·min-1条件下的热传导和热应力进行了二维轴对称仿真分析,并利用温度-应变-声发射监测技术,在温度箱风冷试验中进行了验证.数值模拟结果表明,降温温度冲击过程中,受热近表面存在一种温度边界层,使内外表面产生较大温差,并在药柱柱面中心产生超过PBX拉伸强度的轴向拉应力;位于柱面中部的缺口使热应力放大,并加剧试样破坏的进程,其中R2的缺口圆柱的应力梯度变化最明显,应力集中系数超过1.6.实验结果表明,PBX药柱热冲击破坏方式为表面拉伸热应力超过材料拉伸强度导致的脆性断裂破坏,热冲击破坏时的信号特征表现为应变发生突变并产生高幅值声发射信号.数值模拟得到的缺口药柱、无缺口药柱的临界断裂温差分别为8.3℃和12.6℃,试验数值分别为9.2℃和12.5℃,二者吻合良好.     

磷含量对超高压水晶釜体用钢冲击功的影响

对超高压人造水晶釜体用钢的磷含量与冲击功的关系进行了试验研究，并对生产中的釜体进行了数理统计分析，建立了磷含量与屈服强度、冲击功的关系式，确定生产屈服强度σ０．２≥９６０ＭＰａ、夏比Ｖ型缺口冲击功ＡＫＶ≥３４Ｊ的超高压人造水晶釜４级釜体，钢中磷含量界限控制在≤０．０１５％范围内，钢对回火脆化不敏感，能够满足超高压人造水晶釜的设计和安全使用要求。     

Cr－Mo－V系炮钢的冷脆性

以３７ＣｒＮｉ３ＭｏＶ钢作对比，对Ｃｒ－Ｍｏ－Ｖ系炮钢的冷脆性做了系统的试验研究。结果表明，与传统的能量法和ＦＡＴＴ法相比，采用示波冲击法以裂纹扩展功随温度下降而降低到临界（最低）值所对应的温度作为钢的韧脆转变温度，能确切反映出钢已失去抗裂纹扩展能力从而由韧性转变为脆性状态的温度，这是研究冷脆性的较为合理而可靠的方法。用此法衡量，Ｃｒ－Ｍｏ－Ｖ系炮钢的韧脆转变温度较３７ＣｒＮｉ３ＭｏＶ钢为高，冷脆倾向较大。此问题应加以研究解决。     

短玻璃纤维增强尼龙6的无缺口冲击性能

用仪器化冲击实验研究短玻璃纤维增强尼龙6的无缺口冲击性能。实验结果显示,在悬臂梁无缺口冲击实验条件下,纯尼龙6因其良好的塑性变形能力而具有良好的无缺口冲击性能。样条截面沿冲击方向分为拉伸响应区、中性层和压缩响应区。短玻纤增强尼龙6则因分散在尼龙6中的纤维制约了树脂基体的塑性变形能力而导致其无缺口冲击性能降低。实验结果显示纤维和基体的界面破坏及纤维的拔出对冲击断裂能有重要的影响,所以纤维的分布数量对于短玻璃纤维增强尼龙6的无缺口冲击断裂能非常关键。断面观察显示,由于冲击端外层的塑性变形缓和了该区域所受的应力,导致裂纹源不在外层而在内层形成。在外层断面上,由于塑性变形的作用,一些拔出纤维上粘附了许多基体,纤维拔出后的剩余孔洞壁也十分粗糙。     

氧化铝陶瓷缺口件循环疲劳及断裂机理

用实验方法研究了Ａｌ＿２Ｏ＿３陶瓷缺口试件在循环载荷作用下的疲劳寿命。结果表明，缺口导致的应力集中效应显著降低了循环疲劳寿命；若用缺口根部最大应力为应力水平，则不同缺口半径陶瓷试件具有相同疲劳断裂规律，说明陶瓷材料的疲劳集中系数和理论应力集中系数相同。本文还分析讨论了陶瓷材料的循环疲劳寿命表达式和循环疲劳断裂机理。     

船用945钢的动态力学性能研究

利用 Hopkinson型试验装置和示波冲击实验 ,对船用 945钢的动态力学性能进行了研究。实验结果表明 ,船用 945钢是率敏感材料 ,其动态力学性能明显不同于准静态条件下的力学性能 ,动态载荷作用下 ,材料的动态屈服点升高 ,动态断裂韧性和动态塑性下降。     

应力波载荷作用下材料断裂韧性JId测试研究

本文建立了一个测定动态弹塑性断裂韧性JId的方法。该方法利用改进的Hopkinson压杆加载Charpy冲击试样,利用压杆上应变片记录的入射应力波和反射应力波,由一维应力波理论得到试样所受的载荷和加载点位移。在建立的裂纹尖端张开位移COD和裂纹扩展量Δa的关系中,令Δa=0,可得到裂纹起裂时的临界（COD）c从而确定裂纹的动态起裂点。与其它方法相比,本文的方法不需要昂贵的仪器来测试动态断裂参数;不需将应变片贴在试样上确定起裂时间,所以该方法可在较高或较低的温度下使用;在动态弹塑性断裂韧性JId的计算中,考虑了材料的动态应力—应变行为,使测得的JId值能更好地反映材料在应力波载荷作用下的动态断裂性能。     

热塑性弹性体对硝胺发射药力学性能和燃烧性能的影响

为提高含大量高能固体填料硝胺发射药的力学性能,在其中加入一定量(质量分数为2%)的聚氨酯热塑性弹性体(TPE).采用低温落锤冲击韧性试验、简支梁抗冲击强度和密闭爆发器试验,研究了聚氨酯热塑性弹性体对硝胺发射药力学性能和静态燃烧性能的影响.研究表明,聚氨酯热塑性弹性体能有效提高硝胺发射药的低温落锤冲击韧性和抗冲击强度,并...     

应力波载荷作用下材料断裂韧性JId测试研究

本文建立了一个测定动态弹塑性断裂韧性JId的方法。该方法利用改进的Hopkinson压杆加载Charpy冲击试样,利用压杆上应变片记录的入射应力波和反射应力波,由一维应力波理论得到试样所受的载荷和加载点位移,在建立的裂纹尖端张开位移COD和裂纹扩展量△a的关系中,令△a=0,可得到裂纹起裂时的临界（COD）,从而确定裂纹的动态起裂点,与其它方法相比,本文的方法不需要昂贵的仪器来测试动态断裂参数;不需将应变片贴在试样上确定起裂时间,所以该方法可在较高或较低的温度下使用;在动态弹塑性断裂韧性JId的计算中,考虑了材料的动态应力一应变行为,使测得的JId值能更好地反映材料在应力波载荷作用下的动态断裂性能。     

低温下叠氮聚醚推进剂冲击损伤特性与动态力学性能

利用仪器化落锤冲击试验机在-40℃下对叠氮聚醚推进剂进行了冲击加载模拟实验,通过X射线微层析成像技术(X-μCT)表征了推进剂的冲击损伤特性,并采用动态力学分析研究了叠氮聚醚推进剂在不同加载频率下的动态力学性能。结果表明,叠氮聚醚推进剂动态力学参数表现出显著的加载频率依赖性,当加载频率由1 Hz增大至20 Hz时,其玻璃化转变温度由-38.1℃升高至-23.1℃;相应测试条件下,推进剂试样在冲击加载能量不低于2 J时发生断裂,未冲断推进剂无宏观裂纹产生,但其内高氯酸铵(AP)颗粒已部分破碎;被冲断试样冲击曲线中包含不稳定裂纹扩展过程,表明叠氮聚醚推进剂在低温下具有一定的脆性材料特征,推测其损伤模式为含缺陷的AP颗粒首先发生穿晶断裂,初始微裂纹扩展于基体中并相互贯通扩大,最终导致试样断裂。     

多次冲击下泡沫铝动态压缩力学性能试验与本构模型研究

基于分离式霍普金森压杆装置对泡沫铝试样进行多次冲击加载试验,研究泡沫铝在中低应变率下的动态压缩力学性能。通过分析泡沫铝破坏形貌、透波率、应力-应变曲线以及能量吸收效率随冲击加载次数的变化规律,研究了损伤累积对材料动态力学性能以及吸能特性的影响机理。试验结果表明：随着冲击次数的增加,泡沫铝内部胞孔结构逐步崩溃压实,对应力波的衰减作用减弱,弹性极限应力及对应应变均有增强效应,且多次冲击下的损伤累积效应有助于提高理想吸能效率。基于试验所得应力-应变曲线,将损伤累积变量引入Sherwood-Frost方程,建立泡沫铝材料多次冲击下损伤累积本构模型,分析了形状函数参考曲线对应损伤累积能量与多次冲击试验损伤累积能量差值对本构模型准确性的影响,并进行了试验验证。     

基于Taylor杆的Ti-5553钛合金动态特性研究

利用Taylor杆冲击实验与数值模拟方法研究了Ti-5553钛合金在高应变率冲击下的动态行为。Ti-5553合金在两种热处理工艺处理后获得了不同准静态力学性能的等轴组织和双态组织。在泰勒杆冲击实验的基础上,应用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件研究了材料参数屈服强度值σ_s和失效应变值ε_f的变化对Taylor杆冲击能量、速度、加速度等过程参量和冲击结果的影响,将σ_s值设定为1 170~1 400 MPa,ε_f设定为0.1~0.8. 研究结果表明：屈服强度值的变化对冲击前后能量、速度、加速度的改变量影响较小。随着屈服强度值的增大,冲击过程中能量、速度、加速度的变化速率有所增加,冲击后试样的应变量减小;失效应变值的变化对冲击过程量有明显影响;对等轴组织钛合金,ε_f<0.7时,随着失效应变值的增大,能量、速度、加速度的变化速率逐渐增大,试样冲击后几乎无回弹现象;当ε_f ≥0.7时,过程参量曲线全部重合,试样冲击后有明显回弹现象;当设定ε_f =0.75和ε_f =0.35时,等轴组织和双态组织钛合金分别符合真实Taylor杆冲击变形特征。