混凝土K判据及KIC计算公式的探讨

根据已有的断裂实验测试资料和计算结果,对比按经典断裂韧度计算式计算的断裂韧度KIC和双K断裂准则中的起裂韧度Kini IC和失稳韧度Kun IC,并计算按经典断裂韧度计算式用临界有效裂缝长度代替预制裂缝长度时的KIC值,认为工程中通常采用的按经典公式算得的KIC并不能全面体现混凝土开裂的真实情况.提出工程中宜采用双K断裂准则,并综合考虑安全因数进行设计.由于混凝土断裂试验中CMOD较难准确测定,提出通过△与CMOD的换算,以△c代替CMODc计算临界有效裂缝长度ac,从而降低了实验难度.文中还对双K断裂准则中粘聚力的假定分布进行探讨.     

利用U形切口测量脆性材料断裂参数的方法

基于I型载荷模式下U形切口的两个应力准则:平均周向应力准则和最大周向应力准则,沿袭Seweryn思想,把裂纹看作切口根部半径为零的U形切口特例,分别建立了脆性材料断裂韧度K10C、抗拉强度σC和U形切口临界切口应力强度因子KU1C之间的关系式。利用I型载荷模式下U形切口平板破坏试验的临界载荷,借助于Ansys有限元数值分析的结果,提出了新的测量脆性材料抗拉强度和断裂韧度的方法,并对相关文献中有机玻璃、铝合金单边U形切口的三点弯曲实验和具有中间U形切口石墨平板的拉伸实验进行了验证。由于U形切口加工方便,I型模式的断裂载荷也比较容易获得,新的测量方法简单、方便,适合于工程应用。     

动态弹塑性断裂韧度J_(Ⅰd)测试方法研究

借助于示波冲击实验 ,建立加载速率 KⅠ ≈ 10 5MPa·m/s条件下 ,测定材料动态弹塑性断裂韧度JⅠd的方法。通过计算得到三点弯曲试样的动态裂纹尖端张开位移COD以及动态裂纹扩展量Δa ,在此基础上得到裂纹动态起裂点。在动态弹塑性断裂韧度JⅠd的计算中 ,考虑了材料动态应力—应变行为的影响。船用 945钢的测试结果表明 ,文中建立的方法简单、方便 ,适合于工程应用     

平纹编织C/SiC复合材料层间断裂行为试验研究

通过双悬臂梁和端部切口弯曲试验分别对平纹编织C/SiC复合材料的Ⅰ型(张开型)和Ⅱ型(滑开型)层间断裂行为进行试验研究,得到该材料以临界能量释放率GⅠC和GⅡC表征的层间断裂韧度值.试验后利用光学显微镜对两组试验的试样断口进行显微观察,以分析其破坏机理.结果表明:Ⅰ型层间断裂韧度值GⅠC和Ⅱ型层间断裂韧度值GⅡC分别为(737.2±57) J/m2和(1082.7±90) J/m2;Ⅰ型开裂为层间SiC基体沿初始裂纹方向的断裂破坏;Ⅱ型开裂与Ⅰ型开裂相似,但裂纹上下表面包裹碳纤维束的SiC基体发生脱落,并且出现碳纤维束中部分碳纤维剪切破坏.     

Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹等σ_θε_θ线体积应变能断裂准则

Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹扩展问题是工程断裂问题中常见的问题,也是断裂力学研究中重要的问题之一。基于复合型裂纹尖端附近等σθεθ线包围区内的体积应变能变化,建立了Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹等σθεθ线体积应变能断裂准则,提出了裂纹开裂角公式和断裂扩展条件。应用该断裂准则分别研究了纯Ⅰ型、纯Ⅱ型和Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的开裂角及断裂韧度比随着泊松比的变化规律。此外,给出了复合型裂纹荷载临界比值随裂纹初始角β的变化规律。最后将研究结果与理论预测值和实测值进行了对比,对比结果表明提出的复合型断裂准则物理意义明确,且具有较好的精度。     

利用铝合金疲劳裂纹扩展速率预测其断裂韧度

测试了2124铝合金TL与LT取向疲劳裂纹扩展门槛值,提出了用疲劳裂纹失稳扩展阶段最后十个循环中的最大值来估算2124铝合金TL与LT取向的断裂韧度K′C的方法,并将其与Forman公式预测的断裂韧度Kc值进行对比。结果表明:K′C与Kc值结果相近,误差分散度小;将K′C值代入全范围疲劳裂纹扩展速率表达式中,对2124铝合金TL和LT取向试验数据进行计算,预测结果与试验结果较好吻合。     

铸铁三点弯曲切口梁的抗断裂性能

铸铁类材料裂纹端部的断裂损伤过程区能简化为具有黏聚力的裂纹。为探寻带切口铸铁试件的最大承载力计算方法,用实验机对8种不同切口尺寸的铸铁三点弯曲梁进行加载实验,得到载荷随加载点位移变化曲线;计算各个试件断裂过程消耗功以及相应单位断裂面消耗比能。分别通过实验测得载荷和预制裂纹尺寸及等效裂纹长度,计算应力强度因子和能量释放率。根据黏聚裂纹应力强度因子计算式与双K断裂准则,得到该类材料结构承载力的理论计算数值;并与实验结果进行对比,两者符合良好。     

裂纹起始扩展阻力J_i与基本力学性能的关系

韧性裂纹开始扩展的J积分值对于韧性断裂的工程构件是一个重要的材料性能指标。统计了三个钢种两种焊缝 2 0 0多个J积分值。发现当裂纹生长量Δa <0 .6mm时 ,Δa与J积分值存在线性关系 ,可以用J =J0 +K(Δa)表示 ,式中K =di dΔa(Δa =a0 +da) ,a0 是J—Δa曲线与钝化线的交点。当da =0时的J值以Ji 表示 ,它表示了韧性裂纹开始扩展时的J积分值。实验证明 ,只有Ji 与静拉伸发生颈缩时的颈缩比功有良好的线性相关性 ,从而由Ji 换算得KⅠC也应与颈缩比功线性相关 (相关系数 >99% ) ,而与静力韧度无关。而韧性裂纹开始扩展以后 ,各个扩展量下的JR 值与静力韧度、颈缩比功无任何相关性。从J积分的条件、裂纹尖端的特征、断裂的微观机理对试验结果进行了分析。从工程应用角度出发 ,说明Ji 与屈服强度与强度极限之比 (称屈强比 )无关 ,低屈强比不是保证缺陷 (或微裂纹 )抵抗其扩展的有效方法 ,有效的方法是提高强度的同时 ,不降低均匀塑性变形能力Ψb,这可以通过提高冶金质量如细化晶粒来实现。     

X70管线钢J1d和K1a与V型缺口Ak关系研究

在不同温度下测试了X70管线钢动态断裂韧度K1d、J1d和止裂韧度K1a以及夏氏V型缺口冲击韧度Ak,对三者的关系进行了分析.结果表明温度和加载速率都对断裂韧度产生影响;加载速率变化引起的韧-脆断裂转变具有热激活特征,在热激活分析基础上,在应力强度因子速率K=15 MPa·m1/2s-1条件下,得出断裂韧度、止裂韧度和冲击韧度三者的关系Ak=4.84×106T-2.8K1d(或K1a).可以用小试样Ak数据计算得到K1d和K1a.     

U形切槽梁准脆性材料力学双参数测试法

提出用变化U形切槽根部圆角半径的纯弯曲梁或三点弯曲梁同时测试准脆性材料断裂韧度和抗拉强度的方法.其测试原理为:首先对U形切槽二等分线上的弹性张开应力在断裂过程区长度上积分,再除以该长度,得到平均应力;然后用非局部应力法和平均应力得到含有断裂韧度和抗拉强度的破坏准则;将材料试验机测得的几组U形切槽梁的临界载荷代入平均应力破坏准则,得到有关这两个力学参数的超定方程组,再用恰当的数值方法求解.用此力学双参数测试方法必须知道U形切槽梁相应的应力集中系数,为此分别给出纯弯曲和三点弯曲U形切槽梁在宽范围内的应力集中系数,它们扩充和改进了现有应力集中系数手册中的有关数据.利用相关文献中的U形切槽梁实验数据验证了建议的测试方法是可行的.     

压力容器断裂韧度要求的预测

在弹塑性断裂双参数分析方法的基础上，导出了预测压力容器等重要工程结构断裂韧度ＣＴＯＤ要求的理论表达式。只要在实际结构服役条件下，材料断裂韧度高于该表达式要求的韧度值，就可防止结构的弹塑性断裂失效。同时，在该表达式中考虑了应力集中及焊接残余应力的影响，并表明断裂韧度要求随作用应力及板厚的增加而增加。最后给出了两个实例，以考核该理论表达式的实用性。     

一个双参数断裂准则

双参数断裂准则建立在下述原理基础上,沿裂纹尖端初始弹-塑性边界计算的弹性应变能密度的最大值达到光滑试样单轴拉伸时的特征断裂能的弹性部分时,裂纹起始失稳扩展发生。于是,裂纹失稳扩展不仅取决于材料的断裂韧度K_(IC),还因为考虑了断裂前裂纹尖端的非弹性变形,裂纹失稳扩展还与参数ω有关,ω是材料的断裂应力与屈服应力之比。因此,双参数断裂准则不但适用于脆性断裂,还可用于伴有局部塑性变形的准脆性断裂。     

管线钢表面裂纹体的三维断裂特性和断裂判据研究

采用中心表面裂纹试样的三点弯曲试验,研究X70管线钢表面裂纹体的断裂特性.结果表明,二维断裂力学参量KⅠ已不能客观描述和表征表面裂纹体断裂现象和裂端应力场强度.采用三维断裂力学参量KZ,能很好描述和表征表面裂纹体的试验现象和裂纹尖端应力场强度,三维断裂韧度K ZC与表面裂纹的几何尺寸和裂纹形态无关,是管线钢表面裂纹体的客观韧性指标.建立穿透裂纹和表面裂纹的统一断裂准则,即三维断裂力学准则,KZ=K FTZ≤KZC ,将该准则和失效评估图(failure assessment diagram, FAD)技术相结合,可以进行含表面裂纹管道的安全性评定.     

试样尺寸对钢的细观解理断裂应力的影响

通过三维有限元计算并结合起裂源位置的测量，精确测定一种C-Mn钢不同尺寸(W、B和α)和宽度(B)的四点弯曲(4PB)缺口试样的细观解理断裂应力。发现随试样尺寸和试样宽度的增加，断裂载荷明显变化，但细观解理断裂应力基本不变。不同尺寸和宽度的缺口试样的解理断裂主要由正应力判据控制。稳定的下限细观解理断裂应力值可以用较大尺寸的缺口试样测得，可用于评价钢的断裂韧度和结构安全性。在缺口试样中，解理断裂的临界事件是铁素体晶粒尺寸的裂纹扩展进入基体，不随试样尺寸和宽度变化。细观解理断裂应力主要由临界裂纹的长度决定。     

管道评定用AKV值估算JIC下限值的工程方法

断裂韧度值在缺陷评定中是一个非常重要的参数,但不能从在役管道中获得。本文在分析国际上已有的冲击功估算断裂韧度关系式的基础上结合搜集的实验数据推荐了服役温度下的冲击功估算断裂韧度的关系式。     

球墨铸铁断裂韧度测试技术研究进展

断裂韧度是材料重要的抗断指标.总结了平面应变断裂韧度、弹塑性断裂韧度、裂纹尖端张开位移和动态断裂韧度测试技术的研究概况及在球墨铸铁材料上的应用,介绍了温度、显微组织、试样尺寸对球墨铸铁断裂韧度的影响规律,探讨了球墨铸铁断裂韧度试样中的裂纹长度测试问题,介绍了基于J-Q(J积分-三轴性应力因子)理论的球墨铸铁断裂韧度测试方法;认为基于J-Q理论的多参数断裂韧度测试是未来研究的重点,并且若要使断裂韧度真正用于工程安全评定,必须在测试时综合考虑实际服役时的加载模式及环境.     

一种利用双悬臂梁试样确定断裂韧度K_(IC)的测试方法

对Kanninen给出的双悬臂梁试样(DCB)的应力强度因子K和加载点位移△的半解析解做了分析简化,提出一种利用DCB试样确定断裂韧度K_(IC)的测试方法,并采用40Cr和38NiCrMo4两种钢材5种状态的实测结果进行了验证。结果表明,该方法简便易行、结果可靠,特别适用于研究板材或管材的纵裂纹问题。其特点是可以由单一试样测得材料平面应变断裂韧度K_(IC)及其可信度,或非平面应变状态下特定厚度板材的K_R阻力曲线。另外该方法也避免了采用条件临界载荷。     

基于统一强度理论的复合型裂纹断裂准则

提出一个复合型裂纹等效应力断裂准则，用以解决工程上普遍存在的复合型裂纹的断裂问题。该准则通过借鉴强度理论对复杂应力状态的处理方法，将等效应力作为度量复合型裂纹开裂的基本物理量。该准则在预测发生临界扩展时提出两个基本假设，(1)裂纹沿着等效应力最小的方向开始扩展。(2)等效应力达到临界值时裂纹开始扩展。根据选取的等效应力计算公式的不同，等效应力准则有不同的形式，当等效应力的计算采用总应变能理论时，等效应力准则等价于应变能密度准则；当等效应力采用σr时，等效应力准则可近似逼近最大周向应力理论。采用统一强度理论计算等效应力。最后通过与实验结果及其他理论的计算结果对比，验证基于统一强度理论的复合型裂纹断裂准则满足工程精度要求，且适用性好。     

一种服役过的涡轮盘槽底裂纹损伤容限定寿研究

在对槽底裂纹研究的基础上，计算并分析了涡轮盘在热应力、离心应力和残余应力共同作用下Ｊ积分随裂纹长度和转速的变化规律。根据材料的高温断裂韧度和裂纹扩展速率数据，求得临界裂纹长度和疲劳裂纹扩展寿命。最后确定了检查周期一定条件下的允许工程裂纹长度。     

A533B-1钢韧脆转变区断裂韧度预测的约束评估法

分析A533B-1压力容器钢韧脆转变温度区的断裂韧度、温度以及裂纹尖端约束效应之间的关系.根据实验数据,给出从浅裂纹到深裂纹,不同裂纹长度时单边裂纹弯曲试件(single edge notched bend specimens)的主曲线(mastercurve).用有限元分析相应试件裂纹尖端区域的应力场,采用J-A2双参数方法对裂纹尖端的三轴约束水平进行评估,并给出约束参数A2与主曲线参考温度T0之间的关系.由此,建立A533B-1钢断裂韧度KJC与温度T和约束参数A2之间的关系.为利用实验室数据对工程中不同裂纹构件的断裂评估提供一种经济、可行的方法.