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。     

水射流辅助破岩机理研究

本文概括总结了近年来国内外关于高压水射流辅助破碎岩石机理的研究成果。在此基础上提出了一个简化的力学模型,并进行了弹性力学和有限元分析,最后阐述了利用高压水射流与机械刀具联合破碎岩石的机理是刀具与岩石作用,产生裂纹,高压水射流冲添裂纹,形成水楔作用,将裂纹撕开,从而降低了刀具的受力,并有效抑制了火花的产生。     

水射流辅助破岩机理研究

本概括总结了近年来国内外关于高压水射流辅助破碎岩石机理的研究成果。在此基础上提出了一个简化的力学模型,并进行了弹性力学和有限元分析,最后阐述了利用高压水射流与机械刀具联合破碎岩石的机理是刀具与岩石作用,产生裂纹,高压水射流冲添裂纹,形成水楔作用,将裂纹撕开,从而降低了刀具的受力,并有效抑制了火花的产生。     

水射流与刀具联合破岩模型的有限元分析

本首先分析了在刀具（集中载荷）作用下,在煤岩体内所产生的应力场,并应用有限元分析软件模拟了岩体的力学模型,计算了不同截深下,使岩体破碎所需的最小刀具载荷,其次,建立了水射流与刀具联合破岩的力学模型,计算了三种岩体材料（无烟煤、软砂岩、玄武岩）,在不同截深、不同裂纹深度和宽度下,作用一定压力的水射流后,使岩体破碎所需的最小刀具压力,并与机械破碎法进行了比较,得出联合破碎法优于单独的机械破碎法的结论。     

水射流与刀具联合破岩模型的有限元分析

本文首先分析了在刀具（集中载荷）作用下,在煤岩体内所产生的应力场,并应用有限元分析软件模拟了岩体的力学模型,计算了在不同截深下,使岩体破碎所需的最小刀具载荷;其次,建立了水射流与刀具联合破岩的力学模型,计算了三种岩体材料（无烟煤、软砂岩、玄武岩）,在不同截深、不同裂纹深度和宽度下,作用一定压力的水射流后,使岩体破碎所需的最小刀具压力;并与机械破碎法进行了比较。得出联合破碎法优于单独的机械玻碎法的结论。     

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。     

冲击对泵浦激光器反馈片紫外胶连接性能的影响

通过试制样品的有功率性能测试和无功率性能测试的冲击实验,分析了超小型泵浦激光器反馈片紫外胶连接抗冲击性能影响因素,结果表明,样品外壳冲击变形的局部应力导致反馈片胶连接产生冲击裂纹损伤;样品冲击后的功率一电流一温度（P一,一T）性能测试的热胀冷缩产生热应力,促进了胶连接内亚裂纹扩展并形成了絮状纹,且促进反馈片胶连接冲击裂纹扩展并成为新的裂纹生长的潜在因素,劣化了胶连接性能．     

82B钢线材开卷断裂分析

通过对82B高碳钢线材开卷断裂的断口形貌观察及金相组织分析,认为线材开卷断裂是由于线材中心马氏体的转变与表面损伤共同作用的结果,导致线材表面承受拉应力,该拉应力可促使线材表面形变马氏体产生的微裂纹迅速扩展,直至断丝。防止开卷断裂就需要从控制中心马氏体及表面损伤等两方面采取措施。     

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.     

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。     

高压水射流清洗参数实验研究

研发了一种高压水射流实验台,测试了不同靶距和入射角对射流打击力的影响。结果表明,射流打击力随靶距的增加呈先增后减,160 mm为最佳靶距,打击力最大,具有较好的污垢清洗效率。由于非淹没射流结构特性,靶距过大和过小都不处于有效射流段,使打击力减小,从而达不到去污目的。同时,通过对最佳靶距及最大打击力进行理论验证,表明该实验台测试数据合理可靠。通过调节喷嘴安装角度来改变入射角,得出小的入射角可以获得较大的射流打击力,角度为0°时,即为垂直打靶,打击力最大。该实验台不仅为今后高压水射流现场清洗工作提供理论与实验支撑,还可以确定不同直径喷嘴在各种直径管道下高压水清洗时的清洗参数,以及适用于高压水射流破岩等其他方向的参数研究。     

双裂纹损伤下TBM刀盘结构疲劳寿命分析

基于Paris公式建立TBM刀盘的裂纹扩展模型,利用Workbench模拟裂纹的开裂过程,计算出其循环次数与应力强度因子。并改变双裂纹的初始长度、距离、角度,分析多部位损伤时筋板的裂纹扩展寿命。结果表明,裂纹的初始长度越长构件越容易失效,每增加2.5 mm寿命将减少35%,而双裂纹距离对寿命的影响较小,在10%以内。当裂纹方向和受力方向垂直时,构件容易失效,反之则对寿命的影响越小。该研究可为刀盘设计过程中疲劳寿命领域提供参考。     

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.     

高压水除鳞喷头外流场流速分析

为提升钢坯除鳞效果,基于可实现k-ε模型选取在用粗轧机入口某型号扁平扇形喷嘴进行高压水除鳞喷头外流场流速分析。结果表明,在高压水除鳞喷头结构参数确定的情况下,外流场打击区域的高压水射流流速直接受靶距的影响;不同入口压力下水射流流速随靶距的增加呈明显降低趋势,最大流速差随靶距(30~120 mm)的增加由40 m/s降至约18 m/s;得到的不同压力下靶距120 mm处水射流流速分布趋势说明,单纯提高高压水除鳞系统的工作压力对除鳞区域作用范围的影响不大;模拟射流中心区域打击长度与实验打击作用线长度吻合良好,说明仿真模型能够准确表达高压水除鳞喷头外流场流速的变化情况。     

动静组合加载下花岗岩损伤断裂特征

在霍普金森试验系统上进行了花岗岩破坏的动静组合加载实验,根据实验结果,分析了岩石在动静组合加载下损伤断裂机制与特征.结果表明,不同动静组合加载下岩石破碎的粒度分布具有明显的率变效应;采用张开位移法计算出了岩石破裂时裂纹的宽度.     

基于SST-SAS方法的水射流数值模拟

水射流在工业生产中广泛应用,具有重要的研究价值。本文采用数值模拟方法,使用CFD软件对水射流的流场进行了模拟和分析。研究对圆形喷管进行了简化,建立了二维轴对称模型,流体介质为甘油水溶液,湍流模型基于SST-SAS模型,并与实验结果进行对比。研究发现,k-ε湍流模型在冲击射流低雷诺数区域的模拟能力不足,而SAS湍流模型在不同位置处的计算值与实验值吻合良好,表明该模型可以很好地模拟低雷诺数区域的冲击射流流场,可以为下一步研究冲击射流中冲击高度、喷嘴形状、雷诺数等因素对流动特性的影响奠定了良好的工作基础。     

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。     

裂纹岩体贯通机制的数值模拟研究

裂隙岩体在荷载作用下导致其内部裂纹的相互贯通,从而在裂纹尖端形成较大的塑性破坏区域,岩体工程的失稳大多是由于其内部节理、裂隙等缺陷发展导致的,应用断裂力学的方法,可以追踪岩体中节理裂隙的起裂、扩展至相互贯通使岩体局部破坏的过程,从而揭示岩体失稳的渐进破坏机制.本文采用有限元方法模拟了岩体中不同倾角的压剪裂纹的破坏问题,根据不同倾角裂纹的力学机理分析了其受力差异,依据最短塑性区距离判据分析了相近裂尖的扩展距离,得出了不同倾角的两共线裂纹相近裂尖破坏后岩桥之间的有效距离.     

玻璃纤维对水泥石强化效应的焦散线实验研究(英文)

采用反射式焦散线方法对水泥石中添加玻璃纤维后的强度变化问题进行了实验研究.首先,制作了不添加与添加玻璃纤维的2种水泥石试件,并采用镜面移植方法在试件的表面进行反射镜面的制作与加工.然后,采用多火花式高速摄影系统对试件在冲击断裂过程中的裂纹扩展和裂纹尖端焦散线的情景进行记录.最后,对2种试件的裂纹起裂时间、动态应力强度因子和裂纹扩展速度等参数进行计算和对比分析.分析发现,玻璃纤维提高了水泥石的断裂韧度、延迟了裂纹的起裂时间,对水泥石具有明显的强化效应.实验结果对研究水泥石的断裂力学属性特征具有一定意义.     

大同矿区浅埋深坚硬顶板爆破弱化防冲技术研究

文章以同煤集团忻州窑矿为例,分析研究了冲击地压的成因,对浅埋深条件下坚硬顶板实施针对性爆破弱化处理,使煤层顶板集聚的能量得到有效释放,煤体与煤柱的应力和压力减小,冲击地压的频次与强度显著降低。为浅埋深坚硬顶板条件下冲击地压的防治探索出一条有效的途径。