尖端具有非线性吸附接触的界面裂纹的动态特性研究

 研究一类尖端具有非线性吸附接触型裂纹模型的弹性波散射问题。利用积分变换和积分方程方法推导了确定这类问题基本变量的奇异积分方程组,采用围道积分技术和切比雪夫多项式展开技术得到了待定系数的非线性代数方程组。最后给出了裂纹尖端接触区的大小和接触应力的数值结果,揭示了这种接触型裂纹模型的动力学特征及物理上的合理性。     

HTPB黏弹性微裂纹偏折扩展损伤本构模型

为建立端羟基聚丁二烯（HTPB）推进剂的损伤本构模型,采用宏细观相结合的方法,将其细观损伤机理视为初始微裂纹偏折扩展的过程。首先,基于微裂纹稀疏估计理论,推导了Abdel-Tawab宏观本构方程中损伤映射张量的一般形式,其物理意义是将真实应力空间中各向异性材料的多轴加载,映射为等效应力空间中各向同性材料的更为复杂的多轴加载。其次,基于能量释放率和最大周向应力准则,分析了三维币形裂纹偏折扩展的情形,进一步采用两步等效法,将偏折扩展后的裂纹等效为币形裂纹。最后,基于Schapery裂纹模型,推导了微裂纹稳定扩展的速率方程。数值结果表明,建立的模型能够有效地反映材料损伤的应变率、温度依赖性和各向异性特征。     

定向合金DZ125热/机械疲劳寿命预测模型评估

分别用微裂纹扩展模型、Manson-Coffin方程和拉伸迟滞能模型对DZ125定向凝固铸造镍基高温合金的热/机械疲劳寿命进行预测。预测结果发现:三种模型都能较好对DZ125合金的热/机械疲劳寿命进行预测(分散带为2倍左右)。通过分散带和标准差的定量比较发现:对于同相位、-135°相位和同相位带保持时间的热/机械疲劳,拉伸迟滞能寿命预测模型的预测结果比微裂纹扩展模型和Manson-Coffin方程的预测结果好;而对于反相位热/机械疲劳,微裂纹扩展模型的预测结果比拉伸迟滞能寿命预测模型和Manson-Coffin方程的预测结果好。      

用准静态“移动奇异元法”模拟 DCB模型的动态裂纹扩展

 近10年来,随着对动态断裂问题的深入研究,出现了众多针对动态裂纹扩展的计算模型,但它们都存在着一定的缺陷。对动态裂纹扩展问题,计算模型的成败取决于解决该问题的变分方程、扩展的模拟方法以及对动态裂纹附近的应力、应变场的表达是否合理。但文献所用的常规元、文献对裂纹扩展使用的“逐步节点力释放”法和文献采用的变分方程“energy consistent variational statement”都存在着某些不合理因素,因此计算结果不很理想。另外,由于模拟裂纹扩展的计算量非常之大,如何在保证精度的前提下节省计算时间也是需要进一步解决的问题。本文力求通过采用新的变分方程、新的奇异元、利用文献的扩展模拟方式克服以上存在的种种不足。     

湍流通用物理方程的推导及讨论

湍流的通用方程已经获得。利用变形率张量与摄动变形位移的点积分解湍流脉动速度,并使用密度加权的侧偏系综平均方法取代Reynolds平均方法,对Navier-Stokes方程进行平均。在二阶精度上没有出现未知相关量,从而获得了具有二阶精度的封闭的湍流通用物理方程。方程中无相关量,不引入任何经验系数,无需构造任何湍流模型,即可描述任意复杂湍流场并解释湍流物理本质。方程在长时标上描述湍流平均行为,在短时标上描述相应尺度层次的湍流结构现象,从而统一了湍流的统计及结构二大学派。方程简化后得到湍流的规范方程,是混合的Burgers-Korteweg-de Vries方程,对该方程的分析给出了湍流转捩准则。文中对湍流的间歇性、拟序结构、各向异性、湍流能量逆转等现象的物理本质进行了初步讨论。      

加筋板广布疲劳损伤裂纹扩展研究

给出了加筋板广布疲劳损伤裂纹扩展预测计算方法。用Walker扩展方程和Willenborg-Chang扩展模型为根据，考虑裂纹之间相互影响和用循环接循环进行裂纹累积。最后给出了随机谱下多裂纹扩展计算和恒幅谱及程序块谱下多裂纹扩展试验与预测计算比较。     

疲劳裂纹扩展速率统计分析

给出了4种常幅载荷下疲劳裂纹扩展速率的统计处理方法,获得了在规定存活率P下的“P-da/dN-△K”关系,并对LC9中心裂纹试样试验数据进行了统计分析,给出了存活率为0.50、0.90、0.95和0.99时Paris方程中的c和n值。最后对4种方法进行了比较。     

NiCrAl/Ni3Al微叠层材料的断裂韧度测算

利用电子束物理气相沉积技术(EB-PVD)制备了NiCrAl/Ni3Al微叠层复合材料.建立了具有中心穿透裂纹有限宽NiCrAl叠层的Ⅰ型裂纹扩展模型,推导出它的断裂韧度表达式,并利用带预制裂纹的NiCrAl/Ni3Al叠层试样的四点弯曲断裂数据,估算出NiCrAl的断裂韧度,叠层后增强Ni3Al单体的断裂抗力.实验结果表明,制备态NiCrAl/Ni3Al微叠层复合材料试样的拉伸断口呈现出裂纹扩展和裂纹瞬断两个区域;随着温度的升高,塑性增加.     

TC11钛合金焊接接头低周疲劳分形损伤演化研究

基于损伤力学和分形理论,在金属材料疲劳断口的形貌特征具有统计自相似性的基础上建立了表征焊接接头断口损伤的面分形损伤演化模型.利用TC11合金低周疲劳试验后所得到的断口测得其面分维数,结合试验数据拟合获得该材料损伤演化方程参数;从而建立了TC11合金焊接接头三级载荷下的疲劳损伤演化方程;同时将该模型与基于断口表面裂纹扩展的线分形损伤演化模型加以比较.      

Gao-Yong理性湍流方程

对近十年来Gao-Yong理性湍流方程的研究进行综述,给出矢量形式的可压湍流封闭方程组的推导过程。侧偏统计平均保留了湍流脉动量的一阶统计信息,在引入加权漂移速度对称性及正交各向异性后,导出了漂移流的连续方程、动量方程及机械能方程,最后依据湍流物理的唯象论,使用动量传输链概念模化封闭了整个方程组。方程组不含任何经验系数,不使用壁面函数,保留了NS方程的均化的非线性特性。其级数形式的能量方程与非线性现象多尺度层次现象相对应,具备了描述湍流统计平均流动及拟序结构流动的双重功能。已进行了大量算例验证,验证结果证明了Gao-Yong湍流方程对广泛范围的复杂湍流问题的适定性。     

TiC 颗粒增强钛基复合材料的动态损伤本构

分析了TiC颗粒增强钛基复合材料的微损伤演化规律,建立了含损伤演化的动态本构模型。TiC颗粒增强钛基复合材料在拉伸载荷作用下,微裂纹以翼型裂纹形式扩展,基于平面翼型裂纹扩展模型,建立了二维动态损伤本构关系,并退化到一维拉伸状态,假设微裂纹成核规律满足Weibull分布,得到了一维拉伸应力状态下能够反映TiC颗粒增强钛基复合材料的损伤演化规律的宏细观相结合的动态本构关系。模型计算结果与试验结果吻合较好。     

某导弹30CrMnSi壳体TIG焊缝微裂纹分析

对某30CrMnSiA材料TIG焊接壳体焊缝区域裂纹进行了分析,利用X射线、显微硬度计、金相显微镜、扫描电镜等对断口进行了观察和检测。通过分析断口物、化特征,认为该裂纹为热处理淬火保温过程中出现的再热裂纹,亦有小部分可能为微小尺寸未检出的焊接热裂纹,均属于冶金裂纹,通过一系列措施加以控制,效果良好。     

Si3N4结合SiC耐火陶瓷高温抗疲劳断裂设计

为探究高温氧化条件下材料抗疲劳断裂的相关改进措施,在分析材料高温疲劳断裂过程的基础上,将有效场-子域模型和热-损伤断裂强度模型相结合,对高温氧化条件下Si_3N_4结合SiC耐火陶瓷的微裂纹尺寸与强度和密度与强度的关系进行了模拟。结果表明:此类材料在高温氧化环境中微裂纹尺寸在(0 mm,0. 5 mm]和密度至少为(0 m~(-2),104m~(-2)]的可行性范围内能抗疲劳断裂。这个结果对延长材料的使用寿命和确保设备运行的安全稳定性具有的指导意义。     

Theory of fragmented energy release in the Sun

The magnetic energy released inside an active region is closely related to its formation and evolution. Following the evolution of a collection of flux tubes inside the convection zone and above the photosphere we can show that many nonlinear structures (current sheets, shock waves, double layers etc.) are formed. We propose in this review that coronal heating, flares and particle acceleration are due to the interaction of the plasma with these nonlinear structures. Approaching active regions as a driven complex dynamical system we can show that several coherent ensembles of the nonlinear structures will appear spontaneously. The statistical analysis of these structures is a major problem in solar physics. We can also show that many observed large scale structures are the result of the convolution of non-observable fragmentation in the energy release process.     

大厚度复合材料制件(内埋金属)的超声检测分析

采用超声波无损检测及金相试验方法研究了内埋金属件的大厚度复合材料实心部位的微观结构,发现采取0o纤维在金属件周围进行缠绕铺层时容易引起超声波的衰减,分析了超声波衰减的机理,首先预浸料中夹杂微小气泡引起孔隙率较低,形成了复合材料内部的疏松缺陷;其次由固化过程时内应力引起的微裂纹,导致超声波信号发生衰减;另外,纤维屈曲或局部树脂分布不均匀对超声波也有一定影响。     

42CrMo钢螺栓失效分析

某导弹发射架在进行第3次动载荷试验过程时,其上的一件42Cr Mo外六角高强度螺栓出现了断裂;通过对断口进行宏微观检查、电镜观察、金相组织检查、硬度检查及化学成分分析,确定了零件的断裂性质和断裂原因。结果表明:螺栓的断裂性质为原始裂纹引起的应力腐蚀断裂。由于螺栓在镀锌前存在原始微裂纹,造成了应力集中,并在随后的镀锌过程中出现了腐蚀现象;在试验过程中,由于弯曲应力和大气环境中氧、硫、氯、钠等腐蚀介质的共同作用,导致了螺栓的断裂。另外零件硬度值偏高,存在轻微的回火脆性,对断裂也有一定的影响。     

基体曲率对热障涂层结合强度影响的无损检测研究

 针对复杂型面航空发动机涡轮叶片表面热障涂层(TBCs)的失效问题,采用交流阻抗谱(IS)法和洛氏硬度(RH)压痕法对比研究了制备在平板基体和曲率基体上,热障涂层在热循环过程中微观结构和界面结合强度的演变规律。交流阻抗谱法的结果表明:两种涂层试样的热生长氧化(TGO)层厚度及陶瓷层内裂纹数量均随着热循环时间增加而增长,但曲率试样的微观结构恶化速度更快;洛氏硬度压痕法的结果验证了经热循环后,曲率基体上热障涂层界面结合强度低于平板样品。     

铝合金加速腐蚀形貌灰度特征提取方法

基于腐蚀图像包含大量腐蚀信息的客观现象,将数字图像技术和概率统计理论应用于腐蚀图像预处理和特征提取,用腐蚀图像统计特征值的变化来表征腐蚀形貌的演化过程。结合LY12CZ铝合金在EXCO溶液中加速腐蚀试验,计算得到加速腐蚀不同时间的试验件表面6个典型灰度统计特征值。分析表明:试验件表面灰度统计特征值随着腐蚀时间的增加呈现规律性变化,平均亮度、一致性随腐蚀时间的增加而减少,而平均对比度、相对平滑度、第3阶矩、熵值等随腐蚀时间的增加而增加,说明随着腐蚀时间的增加,试件表面蚀坑逐渐变大变深,腐蚀越来越严重,腐蚀形貌越来越复杂。     

Effect of sodium tartrate concentrations on morphology and characteristics of anodic oxide film on titanium alloy Ti–10V–2Fe–3Al

The effect of sodium tartrate concentrations on morphology and characteristics of ano-dic oxide film on titanium alloy was investigated. The alloy substrates were anodized in different concentration solutions of sodium tartrate with the addition of PTFE emulsion and their morphol-ogy and characteristics were analyzed. The anodic oxide film presented a uniform petaloid drums and micro-cracks morphology. Additionally, micro-cracks dramatically swelled with the increase of the tartrate concentrations. The thickness of the anodic oxide film increased with the concentra-tions until the concentration reached 15 g/L. The results of Raman analysis illustrate that all sam-ples have similarity in the crystal structure, consisting of mainly amorphous TiO2, some anatase TiO2 and a small amount of rutile TiO2. And the ratios of anatase TiO2 and rutile TiO2 increase with the concentrations until it reaches 15 g/L. Furthermore, the intensity of the peaks increases with enhanced concentrations until the concentration reaches 15 g/L. The corrosion resistance of the anodic oxide film is increased by the sodium tartrate with higher concentrations before 15 g/L. The coefficient of friction of the anodic oxide film reduces with the concentrations until the concentration reaches 15 g/L, then the coefficient of friction of the anodic oxide film increases with the concentrations.