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。     

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。     

Q55OD高强板断口分离缺陷的微观分析

Q550D高强板在进行室温拉伸试验后,断口出现分离缺陷。通过扫描电镜、金相显微镜、透射电镜对其断口及分离面的微观形貌、分离裂纹末端及远离裂纹的断口横截面组织及亚结构等进行了观察分析。结果表明：拉伸变形前,组织为贝氏体＋碳化物,部分晶界及碳化物周围有位错塞积,但不存在裂纹。拉伸变形时,贝氏体晶界及亚晶界呈链状分布的大尺寸渗碳体颗粒附近的位错塞积引起应力集中,形成微裂纹及孔洞;同时,拉伸断口的颈缩变形引起垂直于拉伸轴方向产生新的拉应力,导致微裂纹及孔洞在拉伸轴方向优先扩展形成裂纹;这两者成为产生分离缺陷的主要原因。分离裂纹的长度与裂纹扩展时的应力状态及组织变形程度有关。     

X70管道钢裂纹尖端张开角的试验研究

高压富气输送管道要求发展管道钢的裂纹尖端张开角的测试方法。采用准静态的撕裂过程和长裂纹扩展长度试件,进行了X70管道钢的裂纹扩展试验,用摄像机跟踪拍摄裂纹扩展全过程,从获得的照片上直接测量出裂纹扩展全过程的CTOA值,分析了裂纹扩展中的断裂力学行为。试验结果表明,试件的韧带厚度越小,越容易获得稳定的扩展过程,且稳态裂纹扩展的CTOA值随试件韧带厚度的增加而增大,太厚的试件不易得到稳态扩展过程。韧带厚度为4 mm、8 mm试件的稳态的裂纹扩展阶段分别为7.6°、11.3°,裂纹扩展长度与韧带厚度比在4~25、4~10之间。     

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。     

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。     

LZ50车轴钢疲劳裂纹扩展试验研究

完成了连铸和模铸LZ50车轴钢疲劳裂纹扩展试验,得到了两类LZ50车轴钢的疲劳裂纹扩展曲线。采用Paris公式和另一种全范围表达式研究了两种铸造工艺下LZ50车轴钢的疲劳裂纹扩展规律。研究结果表明:Paris公式仅能描述LZ50车轴钢疲劳裂纹稳定扩展阶段的规律;全范围表达式对LZ50车轴钢的全范围疲劳裂纹扩展规律描述较好,且得到的疲劳裂纹扩展门槛值与试验曲线得到的门槛值接近,相对误差小于3%;连铸LZ50车轴钢的疲劳裂纹扩展速率门槛值低于模铸LZ50车轴钢,其疲劳裂纹扩展性能不如模铸LZ50车轴钢。     

裂纹顶端的扩展准则

在应用断裂力学和塑性力学对裂纹顶端的分析基础上，提出了裂纹顶端塑性区内方向应变能的概念，并建立了基于此概念上的裂纹扩展准则，引入裂纹顶端临界扩展本征区概念，消除了应变能积分中的奇异性。与其它裂纹扩展准则的比较结果表明：在此基础上建立的裂纹扩展准则是合理可行的。     

一种Ni—Cr奥氏体钢蠕变裂纹扩展抗力的研究

本文通过对石油化工厂中常用于制造转化炉管的奥氏体耐热钢 HK40和 HP40合金,在1144K 温变下进行恒载蠕变裂纹扩展试验,发现蠕变裂纹扩展性能与 Ni元素的含量关系很大。为此,本文着重探讨了 Ni 对蠕变裂纹扩展抗力的影响。结果表明,Ni 量增加,蠕变裂纹扩展抗力增强,即 HP40合金的蠕变裂纹扩展性能好于HK40。     

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。     

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。     

弹塑性断裂的内参量热力学分析——Ⅰ.线弹性裂纹体的裂纹扩展

本文在内参量热力学的理论框架内详细讨论了线弹性裂纹体的裂纹扩展问题。对线弹性断裂力学中所涉及到的各种能量关系作了统一的整理,其中包括Irwin的弹性能释放率——裂纹扩展力,Griffith的脆性断裂准则,以及Irwin-Kies的柔度公式和Paris的位移公式。本文以中心裂纹体为例,详细计算了裂纹扩展的稳定性,并区分恒载荷和恒位移两种情况,对材料断裂韧性测试中所遇到的失稳扩展,稳定扩展以及进发现象提供了理论说明。     

特征构件疲劳裂纹扩展试验研究

由于高强度钢在疲劳断裂过程中很难产生辉纹,给裂纹扩展的研究带来一定的困难。本文在对接焊平板的疲劳断裂试验中,采用降载勾线法制造出"海滩状花纹",借此对裂纹扩展过程中裂纹前缘形状和裂纹扩展速率进行分析,并与Newman-Raju公式的计算结果进行比较。     

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。     

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。     

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.     

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。     

da/dN的柔度法标定

本文介绍了疲劳裂纹扩展速率da／dN教学实验中的柔度法标定。在疲劳裂纹扩展速率da／dN的测试中，读取裂纹长度a对学生来说非常困难。本文通过拟合裂纹长度a与疲劳试验机的系统频率f的关系曲线，成功解决了这个问题。     

直流电位法自动检测高温疲劳裂纹长度的研究及应用

利用Johnson的分析型关系式,研究了一种适用于自动检测高温疲劳裂纹长度的直流电位法,成功地应用于三种铝合金和两种钛合金的高温疲劳裂纹扩展试验。用直流电位法和光学视频法所检测的裂纹长度相当吻合,其检测精度在±3%之内。对研究材料的疲劳门槛值、宽板的裂纹扩展速率和小裂纹试验有其推广应用价值。     

船体结构钢腐蚀疲劳裂纹扩展行为研究

针对船体结构钢16 Mn处于海水腐蚀与交变载荷的交互作用,并且在阴极保护作用下工作的实际工况,研究了阴极保护对16 Mn船体结构钢在海水和3.5%NaCl水溶液中的腐蚀疲劳裂纹萌生和裂纹扩展的行为。结果表明裂纹扩展速率不仅受阴极电位的影响而且受环境介质的影响。