钛合金Ⅰ型裂纹应力强度因子测试的实验研究

采用疲劳裂纹预制机对含I型缺口的TC4合金试件预制裂纹，通过数字图像相关方法观测试件在三点弯曲加载条件下裂纹的扩展过程及裂尖区域的位移场，将位移场数据带入裂尖位移场方程，计算裂尖位置和应力强度因子。结果表明，采用该方法可以准确测定钛合金的I型裂纹应力强度因子、裂尖位置及裂纹扩展长度。该方法解决了以往研究中因不能准确测定裂纹尖端位置，而无法准确测定钛合金I型裂纹应力强度因子的难题     

点火内压载荷对推进剂装药裂纹的影响

对内压载荷作用下装药的应力应变场进行了数值计算,并与经典文献进行了对比,结果符合很好。在此基础上,针对装药中心的表面裂纹,通过在裂纹尖端周围布置有限奇异裂纹元以模拟裂纹尖端的奇异型,计算了内压载荷作用下不同深度裂纹尖端的应力强度因子,分析并总结了断裂参量随裂纹深度以及时间的发展规律。计算结果表明,点火升压阶段,裂纹将主要以张开方式进行扩展。     

基于三维CT试样的X65钢裂纹扩展规律研究

海底管道是运输石油、天然气等战略资源最为安全和经济的方式,X65钢作为管道钢的主要制造材料,其稳定性和安全性备受关注.针对X65钢的疲劳裂纹扩展问题,建立三维紧凑拉伸(CT)试样的有限元模型,分别用扩展有限元法(XFEM)和专业裂纹扩展仿真软件模拟裂纹准静态和动态扩展过程,通过疲劳试验对模拟结果进行验证.结果表明:基于裂纹动态扩展的数值模拟结果更接近实际情况,通过疲劳试验测得的K值与裂纹动态扩展模拟值相差小于3％,而与XFEM和解析公式值在裂纹扩展后期相差6.8％.针对现行规范解析公式基于平面假设问题,提出一种适用于三维应力状态的标准CT试样裂尖应力强度因子计算改进公式,得到基于Paris公式的裂纹扩展速率线性拟合参数lgC=-8.2223,m=2.9664.     

基于XFEM与Cohesive模型分析PBX裂纹产生与扩展

利用扩展有限元法(XFEM)分析PBX-9502带孔板状试件在整体压缩下由局部裂纹萌生到裂纹扩展全过程的开裂破坏机理。采用应力状态相关的强度面、非关联流动法则及Cohesive模型,描述了材料在复杂应力状态下的非线性本构行为以及材料的破坏行为。进行了数值模拟结果与美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)试验结果的对比。结果表明,含孔洞的平板在整体压应力环境下孔洞周围产生局部拉伸应力,这种拉伸条件导致局部裂纹萌生。数值模拟的裂纹发展趋势与试验结果相吻合,包括裂纹时程的整体走势和拐点、启裂时刻、裂纹初期扩展速度等。基于扩展有限元方法和内聚模型法,可模拟高聚物粘结炸药(PBX)含能材料的裂纹萌生、扩展。     

氢原子对双晶α-铁晶界裂纹扩展影响的模拟研究

为从微观角度研究氢原子对α-铁力学行为的影响,并解释α-铁在形变过程中材料微结构演化的细节与规律,采用分子动力学模拟方法研究在拉伸载荷下,氢浓度对含有对称斜晶界的双晶α-铁裂纹扩展的影响。计算结果表明:双晶α-铁的峰值应力随着氢浓度的增加而减小。由于左右裂纹晶向的不同,致使裂纹不对称的开裂。研究发现,氢原子会阻碍裂纹扩展,但氢原子对左右裂纹阻碍的机制不同。研究结果显示,氢原子聚集在左裂纹尖端,增强裂纹尖端区域的局部塑性,阻碍裂纹向左侧的扩展;然而,裂纹右侧区域的氢原子不仅增强裂纹尖端的局部塑性,还促进Hirth位错在右裂纹尖端相变区域的成核,从而有效阻碍右裂纹扩展。     

延迟断裂时的现代氢脆概念

本文研究了现代氢脆的基本原理,以及应用这些理论来描述在腐蚀开裂和由气体氢和金属中固溶氢所致氢脆条件下的裂纹扩展动力学和应力强度临界系数的可能性。文中还讨论了断裂过程中氢的扩展作用,以及引起氢脆裂纹扩展的应力-氢浓度达到临界结合时,离裂纹尖端的距离。     

基于XFEM法的拉壳钩裂纹扩展分析研究

以某小口径自动武器拉壳钩为研究对象,在UG中建立三维模型,以ABAQUS为分析平台,运用扩展的有限元法对拉壳钩抽壳过程中裂纹的扩展乃至拉壳钩断裂进行有限元分析,并与试验结果相对比,验证了XFEM法在裂纹扩展中的可靠性,分析得到的应力强度因子和J积分与理论计算值吻合得很好,分析结果对拉壳钩的结构优化设计具有一定的参考价值。     

HTPB推进剂复合型裂纹尖端变形场测量及破坏模式分析

为了实现端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂复合型裂纹尖端变形场测量及破坏模式分析,制作了含中心贯穿复合型裂纹的HTPB推进剂试件,进行了动态拉伸观察试验,获得了复合型裂纹的扩展特性,并通过数字图像相关方法(DIC)得到试件表面及裂纹尖端的应变场,对复合型裂纹尖端应变场特点及应变场与裂纹扩展规律的关系进行了研究。结果表明,复合型裂纹试件的拉伸过程可以分为线性段、非线性段和失效段三个阶段,裂纹沿与载荷垂直的方向扩展;数字图像相关方法采用大变形分析方法能有效解决试件大变形的问题,可以定量给出试件表面的应变场,且应变集中区域与理论结果吻合;复合型裂纹的扩展与应变场的变化密切相关,应变场在裂纹尖端产生应变集中,导致裂纹扩展。     

HTPB推进剂三点弯曲过程试验与数值模拟

为了研究端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂三点弯曲过程裂纹尖端细观损伤特点,采用扫描电镜对裂纹尖端动态损伤过程进行了观察。建立了基于子模型的推进剂三点弯曲多尺度模型,实现了三点弯曲试件宏观变形和裂纹尖端细观损伤的有效计算,并从试验和数值模拟两个角度分析了裂纹尖端损伤过程。结果表明:推进剂三点弯曲裂纹尖端损伤过程先是裂尖颗粒与基体脱湿,在裂纹尖端附近形成损伤区,随压缩位移的增加,不同颗粒脱湿引起的微裂纹与裂尖汇聚,使裂纹向前扩展;压缩过程中,由于裂纹尖端两端的拉伸作用使裂尖发生钝化。压缩位移从0增加至1.2 mm,裂纹张开位移从0增加至84.1μm,并且随压缩位移的增加,其增加的速率也增大;数值模拟结果与试验结果吻合良好。建立的基于子模型的多尺度数值模型可以有效模拟推进剂三点弯曲试验宏观变形以及裂纹尖端细观损伤过程,为开展推进剂宏细观损伤过程分析提供了一种新方法。     

基于三种强度准则的PBX Ⅰ型裂纹尖端失效区研究

为了描述高聚物粘结炸药(PBX)裂纹尖端失效区域,采用Mohr-Coulomb、Twin-shear和Drucker-Prager强度准则,对PBXⅠ型裂纹尖端失效区进行研究,得到了描述PBX拉压不对称的裂纹尖端失效区表达式。研究表明,Drucker-Prager强度准则综合考虑了材料拉压比、平均应力及偏应力等因素,求解的裂纹尖端失效区相对最大。材料拉压比对裂纹尖端失效区有着显著影响,拉压比越小,材料拉压不对称越严重,裂纹尖端失效区越大。温度对PBX材料综合力学性能影响很大,60℃下裂纹尖端失效区较20℃下显著增大。     

冷作模具钢DC53断裂性能研究

针对冷作模具钢DC53的断裂失效情况,开展断裂韧度及疲劳裂纹扩展试验,获得材料断裂性能参数。基于线弹性断裂力学理论,运用三维断裂分析软件FRANC3D模拟计算含有穿透型裂纹的标准紧凑拉伸CT试样的裂纹前缘应力强度因子,由Paris公式计算裂纹扩展寿命,并将理论计算、数值模拟和断裂力学试验进行对比研究。结果表明:数值模拟、理论计算以及试验得到的裂纹扩展寿命在16.7%的合理误差范围内。     

用有限单元法计算厚壁圆管疲劳寿命

用二维有限元计算应力强度因子的近似值,通过修正系数F的修正得到较精确的应力强度因子KI。利用Paris方程作为厚壁园管内表面裂纹扩展速率模型并给出方程系数,从而计算了厚壁圆管内表面裂纹扩展深度与压力循环次数的关系,计算结果与实验结果相吻合。在此基础上,计算实验模拟管的疲劳寿命,给出了压力-疲劳寿命关系曲线;最后,给出了具有内表面裂纹的高压厚壁圆管的疲劳寿命的保守计算。     

缺陷零件的剩余寿命计算

首先对影响零件裂纹扩展的原因进行了简要分析,指出了控制疲劳裂纹扩展速度的主要力学参量是应力强度因子幅值△k₁。进而对裂纹体的剩余寿命N_C进行了粗略叙述以及对其估算方法做了相应的推导,并用实例说明了其估算过程与分析方法,同时对其计算过程进行了讨论。     

基于有限元法对钛合金应力强度因子的研究

基于Ansys软件建立了含裂纹的钛合金拉伸试样的应力强度因子计算模型,并以理论计算值验证模拟值的准确性。结果表明,模型的计算模拟值与理论计算值的线性拟合率R为0.980 2。该模型能够充分描述钛合金在各种施加载荷及缺陷长度下的应力强度因子变化规律,具有结构简单、收敛速度快、拟合精度高等优点。此外,通过研究施加载荷的应力强度及裂纹长度与应力强度的关系表明,裂纹长为75 mm是钛合金拉伸试样的一个敏感值。     

基于有限元法对钛合金应力强度因子的研究

基于Ansys软件建立了含裂纹的钛合金拉伸试样的应力强度因子计算模型,并以理论计算值验证模拟值的准确性。结果表明,模型的计算模拟值与理论计算值的线性拟合率R为0.9802。该模型能够充分描述钛合金在各种施加载荷及缺陷长度下的应力强度因子变化规律,具有结构简单、收敛速度快、拟合精度高等优点。此外,通过研究施加载荷的应力强度及裂纹长度与应力强度的关系表明,裂纹长为75 mm是钛合金拉伸试样的一个敏感值。     

电磁弹性材料双周期裂纹反平面问题的精确解

研究含双周期裂纹的电磁弹性材料在远场反平面机械载荷和面内电磁载荷作用下的电磁弹性响应,利用椭圆函数理论和保角变换技术,获得电磁弹性场的精确解,推导裂纹尖端的应力强度因子、电位移强度因子和磁感应强度因子。算例分析表明,裂纹分布特征对材料断裂性能有重要的影响,场强因子对排间距和列间距存在着截然相反的依赖性。     

扩展有限元法在SRM脱粘分析中的应用研究

采用扩展有限元法来研究固体火箭发动机中壳体/绝热层脱粘问题.简述了扩展有限元在双材料界面裂纹中的实施,重点介绍了其核心算法--位移模式的选取和应变矩阵的求解,通过相互作用积分求出应力强度因子和能量释放率.把问题简化成一个经典的算例,由计算结果可以看出扩展有限元算法的独特优越性和在解决脱粘问题时的有效性.     

含半埋藏共线双裂纹的Cr12合金钢试件电磁热止裂分析

应用ZL-2超强脉冲电流发生装置对带有预制双平行共线半埋藏裂纹的拉伸试件进行了脉冲放电止裂,放电后裂纹尖端熔化并形成高压应力区,使裂纹尖端钝化,达到了止裂的目的。采用数值模拟确定了止裂工艺参数,并确定了脉冲电流作用瞬间裂纹尖端的温度场和热应力场。研究结果表明：在合适的脉冲放电电压下,电磁热效应实现了空间半埋藏裂纹线形裂尖的钝化,并围绕两个共线裂纹尖端形成了热压应力场,同时实现了裂尖附近组织细化,可提高裂纹扩展的延展功,从而可减缓裂纹的扩展。     

含半埋藏井线双裂纹的Crl2合金钢试件电磁热止裂分析

应用ZL-2超强脉冲电流发生装置对带有预制双平行共线半埋藏裂纹的拉伸试件进行了脉冲放电止裂,放电后裂纹尖端熔化并形成高压应力区,使裂纹尖端钝化,达到了止裂的目的。采用数值模拟确定了止裂工艺参数,并确定了脉冲电流作用瞬间裂纹尖端的温度场和热应力场。研究结果表明：在合适的脉冲放电电压下,电磁热效应实现了空间半埋藏裂纹线形裂尖的钝化,并围绕两个共线裂纹尖端形成了热压应力场,同时实现了裂尖附近组织细化,可提高裂纹扩展的延展功,从而可减缓裂纹的扩展。     

含裂纹HTPB推进剂断裂准则研究

固体推进剂装药的表面裂纹严重影响着发动机的工作安全性。现阶段广泛使用的应力强度因子、J积分等断裂韧性指标不能直接应用于复合推进剂装药。为了得到HTPB推进剂Ⅰ型裂纹在中低应变率下的断裂准则,本文使用试验和数值仿真方法建立了一种基于应变的断裂准则。准则建立过程中分别使用标准试样和单边裂纹试样进行单轴拉伸试验,结合有限元方法计算了裂纹前端的应变强度因子。结果显示对于HTPB推进剂在中低应变率下使用本文中基于应变的断裂准则比基于应力的断裂准则实用性更强。