不同应力比对脆性材料断裂的影响研究

应用材料破坏分析软件MFPA2D(Material Failure Process Analysis),模拟了平面应力下双向应力比不断变化条件下脆性材料的不同破坏失稳过程,以玻璃为例,重点研究了玻璃在复杂应力状态下不同双向应力比对脆性材料裂纹扩展和断裂的影响.研究结果表明,裂纹失稳扩展时的应力强度因子值随着双向应力比的升高而升高.该结果证明双向应力确实对脆性材料的断裂韧性有影响.通过将理论分析得出的应变失效准则与数值模拟研究结果及试验结果的比较研究表明,应变失效准则作为脆性材料在双向应力下的断裂准则是可行的.     

多轴载荷作用下表面裂纹的疲劳扩展

通过对圆柱体直前缘表面裂纹在循环拉伸与循环扭转载荷共同作用下的扩展规律进行实验研究,分析了不同载荷曲线相位差、以及拉扭应力幅度对表面裂纹扩展路径、疲劳寿命和裂纹扩展速率的影响。结果表明:不同的相位差对裂纹扩展行为有着非常重要的影响。初始阶段的裂纹扩展主要受到剪应力幅度的影响,后继扩展则依赖于轴向应力幅度。拉应力和剪应力的增加均会增加裂纹扩展速率,但轴向应力幅度变化的影响大于剪切应力幅度。     

贝氏体钢轨钢材料疲劳裂纹扩展速率的试验

应用MTS试验机进行了贝氏体钢轨钢裂纹扩展速率试验,利用Paris公式分析了贝氏体钢轨钢裂纹扩展速率试验数据,结果表明:可以利用Paris公式获得的疲劳裂纹扩展速率公式计算指定应力强度因子幅下裂纹扩展速率。     

3种疲劳裂纹扩展速率模型比较

Paris模型、Walker模型和Forman模型是常用的3种疲劳裂纹扩展速率模型,为比较3种模型在不同应力比下,拟合疲劳裂纹稳定扩展阶段速率的异同,采用标准紧凑拉伸试样进行疲劳裂纹扩展速率试验,由试验数据拟合得到3种模型公式的参数,并进行对比分析。结果表明,3种模型拟合精度均随应力比增大逐渐降低;对于单一应力比下的疲劳裂纹扩展,3种模型均具有较好的精度,但对于不同应力比下的疲劳裂纹扩展,Walker模型的拟合结果随应力比增大略有失真;而Forman模型的拟合结果随应力比增大有较大失真。     

单轴压缩下含闭合裂纹大理岩板裂纹扩展的研究

在RMT-B型岩石力学试验机上,对预置倾斜单裂纹的大理岩板试样进行单轴压缩试验,分析了预置裂纹在荷载作用下闭合面摩擦系数及裂纹倾角对裂纹扩展的影响。试验结果表明,当设定摩擦系数后,预置裂纹倾角大于45°时,同样应力水平下裂纹面上有效剪力Q明显趋大;在达到相同有效剪力水平下,预置裂纹倾角大于45°时,所需应力水平值变小,此时预置裂纹倾角为开始裂纹扩展的最不利方向。分析表明,大理岩板中最不利裂纹方位角介于45°~67.5°。该大理岩板材中预置裂纹倾角为60°时,更容易发生裂纹扩展。此外,大理岩板承受单轴压缩时,裂纹扩展与裂纹倾角方向还和裂纹面上摩擦系数相关。裂纹扩展由裂纹面上有效剪力引起,其断裂过程为I-II复合型。     

直升机桨叶根部材料全范围裂纹扩展速率测定与数据处理

直升机结构设计的损伤容限分析,需要使用材料疲劳裂纹扩展速率曲线性能。在总结传统疲劳裂纹扩展曲线的基础上,本文讨论了四参数全范围da/dt曲线公式。根据断裂性能测试标准,分别实验测试了直升机桨叶根部材料断裂韧性K1C,3个应力比下的裂纹扩展门槛值ΔKth和裂纹扩展速率da/dt;然后,利用多元线性回归法对试验数据进行了曲线拟合,分别得到了断裂等寿命曲线和四参数全范围da/dt曲线公式的参数估计式;最后,将此公式运用于不同应力比下的裂纹扩展速率试验数据,拟合得到该材料四参数全范围da/dt曲线公式。     

TA15钛合金钨极氩弧焊焊接接头损伤容限性能研究

为了分析研究焊缝、热影响区、母材的损伤容限性能差异,对TA15钨极氩弧焊焊缝、热影响区和焊接母材分别进行了断裂韧度试验和疲劳裂纹扩展速率试验,试验结果表明:焊缝、热影响区、焊接母材的断裂韧度值差别不大;三个应力比下(R=0.5,0.06,-1)氩弧焊热影响区裂纹扩展速率均较母材及焊缝的稍高,这种现象在正应力比下的低速扩展区更明显些;焊缝裂纹扩展速率一般稍低于母材。     

高压水射流冲击下煤体初始失效形式分析

高压水射流冲击下煤体初始失效机理研究有助于评价煤体损伤特征。以九龙矿2^#煤层为研究对象,采用光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics, SPH)方法建立了水射流冲蚀煤体数值模型,结合von Mises理论分析了煤体在高压水射流冲击下内部应力分布及裂纹扩展特征,并基于Python编程图像处理技术量化表征了煤体内裂纹形成规律。研究结果表明：在射流冲击下煤体损伤演化过程分为3个典型区,即破碎区、初始裂纹形成区和裂纹扩展区。当射流接触煤体表面时,在水锤效应影响下煤体主要受剪应力作用形成破碎区;在初始裂纹形成区,煤体受到压剪应力及微小拉应力共同作用,初始裂纹萌生;随着水锤效应的消失,射流冲击引发的应力波导致煤体内部主要承受拉应力作用,形成裂纹扩展区。因此,在实际工程中可以通过实时监测射流冲击下煤体内部应力特征来判断其损伤程度。     

含异型双夹杂三点弯曲梁动态断裂行为的实验研究（英文）

利用数字式高速摄影与透射式动态焦散线光学技术相结合的方法,对含异型双夹杂三点弯曲梁在冲击载荷作用下的动态断裂力学行为进行了研究.实验研究结果表明:裂纹扩展过程中,裂纹扩展速度v经历了波动性增大再减小的过程;在裂纹扩展至夹杂中间区域过程中,圆形双夹杂对裂纹的阻裂作用最强,三角形双夹杂和正方形双夹杂的阻裂作用较弱;裂纹在距离夹杂较远处向夹杂扩展过程中,裂尖应力强度因子波动性增加;当裂尖靠近夹杂时,其裂尖应力强度因子达到最大值.当裂纹扩展超出夹杂所对应中间区域,裂尖应力强度因子出现波动性降低趋势.研究成果为含异型夹杂结构的强度评估及断裂分析提供实验依据及科学基础.     

弹塑性断裂的内参量热力学分析——Ⅱ.弹塑性裂纹体的裂纹扩展

采用内参量热力学方法讨论弹性—理想塑性体的裂纹扩展,主要在下两方面有更进一步的理论分析。一是对弹塑性断裂力学中的各种能量关系作出了统一的整理,讨论了弹塑性裂纹体的裂纹扩展和塑性变形的驱动力与阻尼力,并给出了相应的过程准则表达式以及能用于弹塑性柔度标定的计算公式。二是以中心裂纹体为例,分析了裂纹扩展的热力学稳定性条件,明确弹塑性裂纹扩展的热力学稳定性的全局性条件是不能满足的,然后转而结合具体的极限势函数方程来讨论恒位移状态下满足稳定性的局域性条件的各有关情况,区分出裂纹失稳扩展—止裂、明显稳定扩展(撕裂)和缓慢稳定扩展三种情况,并举例给出了应变—裂纹长大和应力—应变的计算曲线。     

无限寿命螺栓疲劳失效的实验研究

文章研究了高周循环螺栓小疲劳裂纹形成和扩展的过程,讨论了结构碳钢制造螺栓时热轧和调质状态的应力情况,得出了小裂纹尺寸与应力强度因子幅值△K的关系式、疲劳裂纹扩展速度dl／dN和扩展寿命Np的计算式。     

离散元法模拟研究加载路径对预制裂缝岩石试样裂纹扩展特性的影响（英文）

目的：结构面是岩体的重要组成部分,其对岩体工程结构的变形和失稳有着重要的影响。本文旨在探究加载路径和围压对预制裂缝试样裂纹扩展和强度的影响,揭示不同加载路径下含预制裂缝岩石试样的微观破坏机理。创新点：1.设计可以模拟各种工程场景（如隧道、边坡开挖）下应力状态变化的加载路径,包括轴向加载试验、围压卸载试验和围压卸载伴随的轴向加载试验;2.研究试样裂纹扩展路径及其与加载路径和围压的关系;3.通过对局部应力集中和裂纹类型的分析,探讨影响断裂过程的微观机制。方法：1.基于试验数据,开展离散元模拟参数校准,实现对岩石试样宏观力学参数的再现（表3和图4）;2.基于校准获得微观参数,并开展三种加载路径下预制裂缝岩石试样数值模拟试验,获得加载路径与围压对试样裂纹扩展的影响（图5～12）;3.通过分析试样加载过程的应力分布以及微裂纹类型的占比,获得预制裂缝试样裂纹扩展的微观机理（图13～16）。结论：1.预制裂缝岩石试样加载过程中,裂纹扩展路径与轨迹受围压与加载路径的共同作用,围压的增大降低了加载路径对裂纹扩展的影响。2.加载过程中,不同类型裂纹的产生主要与不同局部应力的集中有关;在轴向加载条件下,会出...     

反复张力下V形切口圆条的表面裂纹的疲劳扩展

研究目的：在相同的反复张力下,研究V形切口圆条表面裂纹的疲劳扩展规律。研究方法：1.构建V形切口圆条模型（图1）,基于线性二次元将模型表面离散成一个个网格点（图2）;2.以AZ-6A-T5镁合金为例,利用J积分计算应力强度因数,利用NASGRO裂纹增长率模拟裂纹的疲劳扩展;3.通过研究不同的裂纹纵横比和对应的应力强度因数之间的相关性来研究裂纹的扩展。重要结论：1.在裂纹扩展时裂纹纵横比的初始值对断裂形状的发展有重要影响;2.裂纹纵横比对疲劳负荷寿命的作用比缺口半径更加明显;3.当裂纹前缘演变成一条直线形时可观察到不稳定的裂纹扩展;4.裂纹深度一定时,断裂纵横比越小,疲劳负荷寿命越短;5.当裂纹纵横比为0.6-0.7时,出现了不稳定的裂纹扩展。     

基体裂纹-异型夹杂相互作用动态焦散线实验研究（英文）

将动态焦散线方法与高速摄影技术相结合,研究了低速冲击载荷作用下3种异型夹杂(方形夹杂、圆形夹杂和三角形夹杂)与基体裂纹的相互作用.通过记录不同夹杂情况下裂纹尖端自起裂到贯穿的动态焦散斑图,分析了Ⅰ型裂纹的动态应力强度因子KdΙ和裂纹扩展速率v与时间的关系.实验结果表明:不同形状的夹杂会对裂纹尖端产生不同的阻裂效果,其中方形夹杂阻裂效果最明显;裂纹尖端焦散斑的畸变程度受到试件中夹杂形状的影响,圆形和方形夹杂对裂尖焦散斑畸变影响程度较大;三角形夹杂试件在裂纹扩展过程中裂尖动态应力强度因子值普遍高于圆形与方形夹杂试件,3组试件在断裂过程中裂尖由于受到反射波的扰动,其扩展速度、特征尺寸和动态应力强度因子值均呈现一定的波动性.研究结果为含异型夹杂构件的强度设计及抗冲击性能评估提供了依据.     

基于ADAMS的双边驱动玻璃切割平台动态误差仿真分析

双边驱动玻璃切割平台驱动电机运动不同步时,平台运动部件会产生偏转振动,从而带来刀具运动及定位的动态误差,影响玻璃制件的加工质量和加工精度。通过刚柔耦合模型实现了双边驱动玻璃切割平台的仿真建模,利用动力学仿真分析软件ADAMS对非同步条件驱动下运动部件的动态误差进行了仿真分析,为双边驱动玻璃切割平台的设计和控制提供了理论依据。     

抽油杆杆体表面裂纹应力强度因子的研究

根据断裂力学中的应力强度因子来研究抽油杆杆体部位表面裂纹的变化,从而对抽油杆杆体部位表面裂纹缺陷进行定量评定;给出了用疲劳裂纹扩展法求应力强度因子,其优点是可以在非常接近真实裂纹构件的情况下,用实验分析方法来研究应力强度因子问题。     

钢制压力容器低周疲劳失效成因分析

钢制压力容器的疲劳是一种高应力、低循环疲劳,总是在局部应力集中区域内发生,该区域内的峰值应力甚至超过了材料的屈服极限,在其反复作用下产生疲劳源,随着交变应力的循环,裂纹不断扩展最终导致容器的疲劳断裂。     

抽油杆杆体表面裂纹应力强度因子的研究

根据断裂力学中的应力强度因子来研究抽油杆杆体部位表面裂纹的变化，从而对抽油杆杆体部位表面裂纹缺陷进行定量评定；给出了用疲劳裂纹扩展法求应力强度因子，其优点是可以在非常接近真实裂纹构件的情况下，用实验分析方法来研究应力强度因子问题。     

等离子喷涂热障涂层拉伸过程中的裂纹扩展有限元模拟

基于等离子喷涂涂层显微组织图片构建有限元模型,准确反映孔洞、裂纹等缺陷在涂层中的实际分布特征。利用LS-DYNA有限元方法计算拉伸过程中涂层内部的应力变化,以最大主应力作为涂层材料的失效判据,模拟裂纹萌生、扩展过程。数值模拟结果表明,喷涂过程中在陶瓷层内形成的横向主裂纹尖端是拉伸过程中裂纹扩展的萌生点,裂纹在扩展过程中与原有缺陷相互作用使得扩展的裂纹发生了分叉以及偏转,真实再现了裂纹扩展引起涂层失效的过程。     

评价高强油井管抗应力腐蚀开裂性能的MTS试验技术

系统介绍了MTS材料试验机在评价油井管抗应力腐蚀开裂性能领域中的应用。通过实测双悬臂梁试样(DCB)加载-卸载柔度闭环曲线可以建立卸载柔度系数与裂纹长度的对应关系,实现了在疲劳预裂时对DCB试样裂纹扩展的有效测控。此外,对硫化物应力腐蚀试验(SSC)后的DCB试样进行加载-楔劈移除-卸载控制与二次疲劳裂纹扩展,可获得楔劈加载的平衡载荷与SSC诱导裂纹扩展量,从而准确测定材料的K1SSC指标。