Creep fracture modeling by use of continuum damage variable based on Voronoi simulation of grain boundary cavity

A new approach to creep cavitation damage is developed by combining the basic features of continuum damage mechanics and mechanism-based cavitation models. Based on a polycrystal microstructures simulated by Voronoi tessellation, an anisotropic continuum damage variable is defined, and its evolution is given by applying the mechanism-based equations of cavity nucleation and growth to each grain boundary. Macroscopic creep deformation coupled with the damage variable is calculated by damage mechanics equations. The proposed method has been applied to investigate the damage evolution under uniaxial tension and reversed shear loading conditions.     

基于临界失效能密度判据的热障涂层热震损伤行为研究

目的探索热障涂层系统(TBCs)在热震过程中的损伤行为。方法基于材料能量储存极限,推导了适用于平面复杂应力情形的温度相关性临界失效能密度判据,进而利用该临界失效能密度判据与ABAQUS有限元软件相结合,研究了热生长氧化层(TGO)凸起的热障涂层系统在冷却热震过程中的损伤行为。结果对于TGO层凸起的热障涂层系统,计算了冷却热震过程中陶瓷层(TC)和TGO层的失效能密度分布云图,并根据最大失效能分布情况分析了TBCs在热震过程中各层材料的可能破坏位置,所得结果与实验吻合较好。在对TBCs的冷却热震损伤行为模拟计算中发现,当TC层的强度比较低时,热震会使TC层上表面产生往内部扩展的垂直裂纹;当TC层强度达到某一定值时,首先发生热震破坏的位置由TC层上表面变成了TGO层与粘结层(BC)的界面处,即TBCs的各层破坏顺序发生了变化。结论使用临界失效能密度准则来判断热障涂层在冷却热震过程中的损伤行为,比单纯使用某一方向应力更为准确,并能准确判断损伤起始位置和演化情况,从而更全面地反映热障涂层在热震过程中的损伤破坏行为。     

钛合金表面CrAlTiN单层涂层冲蚀损伤机理研究

目的主要开展钛合金表面制备Cr Al Ti N单层涂层后的撞击实验,探究不同条件下钛合金表面的冲蚀损伤规律,揭示钛合金表面的冲蚀损伤机理。方法采用多弧离子镀技术在TC4钛合金表面制备Cr Al Ti N单层涂层,并利用空气炮发射速度为300m/s的单个钢珠,在不同角度(30°、45°、60°、90°)下对涂层进行撞击损伤模拟。采用扫描电镜对撞击形貌进行观察,结合撞击表面的元素分析结果,探究钢珠撞击涂层表面的冲蚀损伤机理。结果 90°攻角下,涂层的破损主要由撞击产生的裂纹和涂层表面"液滴"的剥落共同作用引起。45°、30°攻角与60°攻角的撞击相似,损伤主要由两部分组成:一部分是垂直作用产生的裂纹和撞击导致的液滴剥落引起的涂层损伤;另一部分是切向作用引起的摩擦磨损和摩擦过程中产生的温度效应导致的钢珠熔覆。能谱图点44处主要含有Fe2O3、Ti N两种物质,说明该点的涂层已经破坏,并且在切削磨损的同时,钢珠撞击的损伤还伴随着氧化磨损。结论在300m/s的速度下,冲蚀损伤最严重部位为钢珠与涂层接触部位。冲蚀过程中会因温度效应使钢珠熔覆在涂层表面,涂层表面越粗糙,则熔覆物越多。涂层的损伤主要源于垂直分量导致裂纹的萌生和切向的犁削作用。     

PTFE/Kevlar纤维编织材料摩擦损伤演变规律研究

目的 通过对PTFE/Kevlar纤维编织材料进行不同循环次数的往复摩擦磨损试验,研究并揭示其摩擦损伤演变规律和损伤机理.方法 采用MXW-5型摩擦磨损试验机,同时保持一定的位移和频率,对材料分别进行2、5、10 N等3种载荷等级下往复运动的不同循环次数试验.采用体视显微镜(SM)对材料磨损表面在试验过程中产生的宏观损伤进行分析,利用3D光学显微镜(3D-OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)对损伤表面的微观形貌以及化学状态加以分析.结果 3种不同载荷条件下的样品,在达到1000次循环往复运动之前,摩擦因数增大0.05,1000～5000次增幅减缓为0.02,并逐渐趋于稳定.不同循环次数下,损伤表面形成了不同大小的PTFE转移膜,将表面C元素覆盖.3种载荷下,编织材料的磨损机制主要为疲劳磨损.结论 在载荷不变的条件下,随着循环次数的增加,前期编织材料磨痕表面部分区域会形成PTFE转移膜,对Kevlar纤维产生一定的保护作用,进而降低表面磨损程度.随着表面磨损程度不断加剧,磨痕表面形成的PTFE转移膜剥落,导致纤维重新暴露在表面,使磨损进一步加剧.同时,随着材料样品磨损不断严重,磨痕表面的氧化程度不断加深.     

陶瓷-金属多层涂层不同温度循环冲击损伤特征与演化规律

目的 探讨环境温度对陶瓷-金属多层涂层冲击损伤的影响,获得不同温度条件下涂层的冲击损伤特征,揭示陶瓷-金属涂层在温度与循环冲击共同作用下的失效机理,为多层涂层的设计和使用提供参考.方法 首先使用可调温度的速度控制型单颗粒循环冲击设备,对陶瓷-金属多层涂层在不同温度(35、200、350、500℃)下进行垂直冲击试验.采...     

航空铝锂合金热成形研究进展

与传统铝合金相比,铝锂合金拥有更低的密度、更高的比强度、更好的耐腐蚀性,在航空、航天和航海领域得到了广泛应用。铝锂合金的优异性能归因于在铝基体中添加元素锂。但铝锂合金存在常温延伸率低、回弹大和各向异性强等问题,这些问题严重限制了铝锂合金的应用。为解决铝锂合金常温成形性差的问题,国内外学者针对铝锂合金热成形工艺开展了大量研究。本文首先介绍铝锂合金的发展,随后基于基础实验、失稳理论以及损伤理论三个方面介绍铝锂合金热成形研究进展,了解铝锂合金高温宏微观变形机理以及损伤演化规律,从而实现铝锂合金零件在高温条件下成形成性一体化控制;最后对航空铝锂合金热成形的发展趋势进行了展望。本文可为航空铝锂合金材料热成形生产工艺的制定提供一定的理论参考。     

基于HHT的复合板非接触冲击损伤定位研究

航空/航天器、汽车、轮船等工程设施在服役过程中受到其他物体的冲击时,造成的损伤会引起构件的失效甚至会造成灾难性事故,如何采取有效的措施监测和评定这类活性冲击损伤至关重要.为了实现实时、准确地定位工程结构中的冲击损伤,提出了一种基于扫描式激光多普勒测振仪(SLDV)的非接触式冲击损伤定位方法.将希尔伯特黄变换(Hilbe...     

纳米压痕诱导单晶铜弹塑性变形分析与破坏机理研究

目的 从微观角度实现对微机电系统中微器件局部接触区域弹塑性演化过程和原子迁移演变规律的探寻.方法 运用经典分子动力学法,基于EAM和Morse混合势函数,对硬质金刚石探头与软质金属铜基底展开纳米压痕接触特性研究.结果 纳米压痕中位错环构型生成与演变有规可循,位错环在受载荷影响时,有着4个演变阶段,即位错环萌芽期→生长期→繁衍期→维持期.当载荷达到一定程度时,压痕中铜基质内密排六方结构的HCP容易与附近类似结构发生关联耦合效应,产生刃型位错和形成螺旋式位错结构,随后以脱落方式构成棱柱形位错结构,并向基底底部发射.另外,整个纳米压痕中,铜基质亚表面损伤最为严重,探头与基底接触区域两侧的位错环迁移处应力较集中.结论 纳米接触中铜基质内位错环出现与演变过程,是衡量局部接触塑性变形强弱程度的重要依据和非接触区域损伤程度的内在表现.此次研究结果对细观尺度接触变形行为有着深层次认识,也对纳尺度设计出优异摩擦学性能的微结构有着重要借鉴作用.     

THE CHARACTERISTICS OF SHORT CRACKS AND EQUIVALENT PARAMETER OF FATIGUE DAMAGE

1. IntroductionThe initiation and propagation behavior of short cracks occupy a sigllificant fractionof the fatigue life of unflawed ..ie.ialll--3]. FOr this reason all understanding of the basiccharacteristics of short cracks in a smooth specimen is very importallt. There have beensome studies concerned with the multiplication of cracks dllring fatiglle ill carbon steels[3--4]and a stainless steeds]. In particular Goto reported that there is a colltilluous formationof microcracks during the …     

Experimental modal analysis on damage of skeleton in brake of airplane

１　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｈｅｓｋｅｌｅｔｏｎｉｓａｒｉｎｇｐｌａｔｅｗｉｔｈｍａｎｙｈｏｌｅｓ．Ｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｑｕａｌｉｔｙｃｏｎｔｒｏｌｃｈｅｃｋｏｆｓｋｅｌｅｔｏｎｉｓｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｈａｒｄｎｅｓｓｔｅｓｔｉｎｇ,ｉｔｉｓａｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｏｎｅａｎｄｓａｍｐｌｅｃｈｅｃｋｃａｎｏｎｌｙｂｅｕｔｉｌｉｚｅｄ,ｔｈｕｓ,ｉｔｓｆａｉｌｕｒｅｉｓｕｎａｖｏｉｄａｂｌｅ．Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｔｅｓｔｉｎｇｃａｎｎｏｔｂｅｐｅｒｆｏｒｍｅｄｂ…