全面屈服准则在评定焊接结构安全性上的应用

一、前言 在构件安全评定中,经常采用的方法有转变温度方法和断裂力学方法。前者是确定构件的临界温度,且据此来评定构件的安全工作性能。显然,这种准则难于适应设计需要,因为设计者最为关心的是既定结构在其特定工作温度下的抗断裂性能,而不是其随温度的变化情况。断裂力学准则注意了这一事实,因而采用特定条件下的允许裂纹尺寸这一概念来评定构件的     

随机振动疲劳试验的小裂纹扩展分析方法

针对某型液体火箭发动机管路接头的随机振动疲劳试验,基于断裂力学的小裂纹理论进行了裂纹扩展寿命分析。分别从小裂纹应力强度因子计算、疲劳应变/应力谱、裂纹扩展速率曲线以及裂纹扩展计算程序等方面进行了研究。使用FRANC3D(试用版)进行三维裂纹的有限元计算,得到了管路结构表面裂纹的应力强度因子变化规律;对应变实测数据进行了雨流计数,获得了用于裂纹扩展计算的应力循环谱块,研究了疲劳试验的应变循环峰值、幅值等时域分布特征;采用Newman闭合理论对长裂纹的NASGRO裂纹扩展速率曲线进行修正,给出了试验件材料的相关参数;最后,使用一种疲劳应力谱块平均施加方法进行了裂纹扩展寿命的快速计算。通过与试验结果对比,验证了计算方法有效、可靠。     

高温对复合材料长期性能影响的建模方法

聚合物基复合材料比金属或金属合金具有重量轻及耐高温的性能。但聚合物较大多数金属构件对裂缝更为敏感。在90°铺层中,横向、裂纹会使复合材料刚度和强度严重地削弱,最终导致基体结构破坏。为了发展高性能复合材料,研究了二种复合材料层板K3B/IM6和X5260/G40-800(此材料由波音公司出资,杜邦公司研究)。 该文介绍正交层合板中横向裂纹的机理。推导了一种模式来模拟系统的破坏机理。应用有限元程序分析由于横向裂纹引起的应变能的释放率,并采用弹性断裂力学准则为裂纹开始破坏建立临界条件。用此模型描述包括裂纹机理在内的主要因素的影响。把一些预期的参数影响与实验数据作了比较。     

基于量纲分析的弹塑性应力强度因子探讨

以Ⅲ型裂纹(反平面剪切)问题为例，对裂纹尖端弹塑性应力场进行了分析研究。首先，基于断裂力学基本理论，引入弹塑性本构关系，推导弹塑性裂纹尖端场；其次，依据线弹性场中应力强度因子的定义和基于J-积分的弹塑性裂纹尖端应力场的分布，并结合物理意义，定义了与线弹性场应力强度因子一致的弹塑性应力强度因子，来表征弹塑性裂纹尖端应力场的强度；最后，对本文所定义的弹塑性应力强度因子进行了合理性分析，说明了本文定义的适用性。本文所定义的弹塑性应力强度因子，相比于表征弹塑性场的J-积分，具有更明确的物理意义和更简明的表达形式；为弹塑性裂纹尖端场的分析和含裂纹材料弹塑性破坏判据的建立提供了理论方法。另外，本文方式也适合于定义Ⅰ型和Ⅱ型问题。     

LD10高强度铝合金薄板的焊接

LD10是一种热处理可强化的高强度铝合金,其薄板是运载火箭推进剂贮箱常用的材料,这种薄板焊接后变形量大,热裂纹倾向性大,易产生过烧,构件焊接后质量不易保证,本文从工艺角度出发就如何控制变形和避免裂纹产生作一介绍.     

宇航压力容器表面裂纹的断裂判据

用非线性线弹簧模型,对含有表面裂纹的球瓶破坏性实验结果进行了弹塑性断裂力学分析。讨论了对宇航薄壁压力容器表面裂纹建立安全评定标准的必要性。采用线弹性断裂力学分析方法可能给出危险的结果。将J_(m.d.p)=J_(IC)作为宇航压力容器表面裂纹弹塑性断裂的判据,具有准确,简便的优点。     

纤维增强陶瓷材料简介

随着工业技术的发展,对材料的要求越来越多样化。用于空前严酷环境的材料急待开发。在这种情况下,陶瓷材料作为高温结构材料显露头角。它不锈蚀,比金属轻而硬,具有1000℃以上的耐热性及高温强度,且资源丰富。但陶瓷性脆,在曾经产生过裂纹的地方,应力集中能使其瞬间破坏。要是裂纹已有所扩展,稍加应力就会使裂纹迅速扩大以至破坏。为了改善陶瓷的脆性进行了很多的尝试。其中之一是用高强度、高模量纤维与陶瓷复     

基于全域CZM的复合推进剂细观损伤与断裂研究

采用全域CZM模型模拟了复合固体推进剂从细观脱湿到基体开裂,直至微裂纹扩展汇合,最后断裂破坏的演化过程,探索了其宏观力学行为发生发展的内在原因。数值模拟结果在微裂纹的开裂特征以及推进剂的宏观应力-应变曲线等方面与试验结果吻合较好。研究结果表明,采用全域CZM模型能有效模拟复合推进剂材料细观断裂破坏过程及其宏观力学性能;通过参数反演可知混合基体的初始刚度远小于颗粒/基体界面的,而粘接强度和粘接能大于界面的,这使得基体易变形而界面先脱湿;可将推进剂受拉伸载荷的细观力学行为分为四个阶段:无损伤变形阶段、界面部分脱湿阶段、脱湿与基体开裂并存阶段、微裂纹聚合断裂阶段。     

材料的比强度和比刚度

通常结构件的重量与所用材料的比强度或比刚度成反比,因此比强度、比刚度就成为材料选择的主要参数。本文分析了板材、型材在拉伸、弯曲作用下以及受压杆件、内压圆筒件的构件重量和材料强度、弹性模量之间的关系,求得合理的有效比强度、有效比刚度的表达式。根据计算,这两个参数可以分别表示为o~x/ρ或E~y/ρ(x,y≤1)。作者建议采用这两个参数代替常用的o/ρ和E/p,作为优化材料选择的准则。 基于以上表达式,对于重量成为设计的严重问题来说,降低材料的密度比提高材料的强度或弹性模量更为有效。从这个意义上说,宇航材料的发展史也就是材料密度不断降低的历史。     

受拉表面缠绕抑制单向碳纤维复合材料杆件的开裂与冲击敏感性

文章论述了在受拉情况下用芒纶纤维对单向碳纤维复合材料构件进行表面缠绕的概念。表面缠绕提供了单向碳纤维纬向破损前必须克服和压紧应力，实验证明它对受冲击构件的开裂起到明显的抑制作用，提高了构件的剩余压紧强度，同时由于表面缠绕中纤维含量相对较高，表面材料使构件啬的质量并不多。表面缠绕产生了较好的抗破坏碳纤维复合材料，为材料的开发应用开创和新的途径。     

基于微观图像及内聚力模型的复合材料裂纹扩展模拟

为研究材料微观结构及晶界强度对材料力学性能的影响,在晶界处引入内聚力单元模型,模拟晶间破坏过程。以ZrB_2-SiC复合材料为研究对象,将其扫描的微观结构图片进行矢量化处理,并导入ABAQUS有限元软件中建立模型,同时在其晶界处,设置内聚力单元模拟晶界破坏过程。通过改变Zr B2与Si C相界面强度,得到了晶界及材料不均匀对材料应力分布及裂纹扩展的影响。结果表明,由于晶界的存在,材料内部出现应力分布不均匀现象并产生应力集中。随着晶界强度的改变,裂纹起始位置及扩展方向发生改变,且裂纹沿低强度的界面进行扩展。随着ZrB_2-SiC界面强度增大,材料的强度提高,拉伸模量不变。     

复合推进剂中裂纹扩展的实验研究

为了模拟固体推进剂出现的裂纹扩展,本文用圆盘状的模型来进行实验,同时还设计了一件简单装置,将它安装在标准试验机上。实验研究表明,裂纹扩展的开始是由应力强度因子的临界值决定的,其动力特性可由包括应力强度因子的平方法则和它的时间导数来描述。     

石墨颗粒增韧SiO2基复合材料韧化机理

真空热压烧结制成了石墨颗粒（Ｃｐ）增韧ＳｉＯ２陶瓷基复合材料，对其组织结构、力学行为和增韧机制进行了研究。由于石墨粒子具有明显诱导ＳｉＯ２玻璃基体晶化的作用，ＳｉＯ２引入体积含量１０％和Ｃｐ后，在基体强度水平仅轻微下降的同时，复合材料弹性模量明显降低，断裂韧和断裂应变显著提高，且宏观上表现出明显的伪塑性。片状石墨粒子的桥接、拔出、尤其是诱导裂纹偏转和诱发微裂纹，是材料及韧化显现伪塑性的主要原因。     

液体火箭发动机喷管延伸段C/C-SiC复合材料的性能

采用化学气相渗透(CVI)和液相浸渍裂解(PIP)混合工艺制备出三维针刺C/C-SiC(材料A、B)和C/C(材料C)复合材料,研究了复合材料的力学、抗热震和耐烧蚀等性能以及SiC涂层对烧蚀性能的影响,并采用扫描电子显微镜分析了材料的断裂面和烧蚀面形貌。结果表明,材料A(SiC基体含量较高)的性能较好,其弯曲强度、线烧蚀率及抗热震系数分别达到238.4 MPa、3.0×10~(-3)mm/s和35.3 kW/m。沉积SiC涂层后,材料A、B和C的线烧蚀率较之前分别降低33.0%、12.5%和37.5%。采用材料A+SiC涂层方案研制的喷管延伸段构件,进行780 s地面热试车考核,试车后构件结构完整。     

航天飞机固体火箭发动机壳体的统计断裂力学和最佳断裂控制

本报告叙述了有关航天飞机固体火箭发动机壳体可靠性分析方法的研究。该分析方法是基于统计断裂力学理论监考虑到原始裂纹大小的概率分布情况。这种可靠性分析方法可用于设计变量的选择,例如,在最小预计成本和规定的可靠性范围的基础上,选择固体火箭发动机壳体的壁厚、设计使用期限和试验因子。断裂控制计划的作用,如在非破坏性试验中,以及在使用过程中材料的腐蚀,均可把它作为一种选择设计变量的研究方法。本报告中的以可靠性为基础的方法,经改进后就可推广应用在其它类似结构和各种断裂控制设计上。     

铝—锂合金的研究现状与动态

一、前言 新技术革命对材料提出了更苛刻的要求。因为任何一种新的机器、设备或构件的性能都要受到材料性能的限制。因此科学家们预言,未来的一个世纪将是由新材料支撑的产业革命时代。 热塑树脂复合材料虽可以减轻重量15～25％,但有难于克服的缺点,人们寄希望于开发一种具有低成本且比强度高的新型铝基材料。锂的密度为0.53g/cm~3,仅为铝的1/5左右,在铅中的固溶度是3％(重量百分数),     

冲击载荷作用下的界面扩展裂纹

本文给出了在不同材料界面上扩展裂纹动力学问题解的一般表示。文中利用结合面的边界条件,将问题中所有各量用单一未知函数表示。利用复变函数理论,我们将在不同材料界面上受冲击载荷作用的扩展裂纹问题化为解析函数理论中的Keledysh-Sedov混合问题。文中给出这一问题的闭合解,并且给出了不同材料常数及裂纹扩展速度对应力场分布及应力强度因子的影响。     

受拉表面缠绕抑制单向碳纤维复合材料杆件的开裂与冲击敏感性

文章论述了在受拉情况下用芳纶纤维对单向碳纤维复合材料构件进行表面缠绕的概念。表面缠绕提供了单向碳纤维纬向破损前必须克服的压紧应力,实验证明它对受冲击构件的开裂起到明显的抑制作用,提高了构件的剩余压紧强度,同时由于表面缠绕中纤维含量相对较高,表面材料使构件增加的质量并不多。表面缠绕产生了较好的抗破坏碳纤维复合材料,为村料的开发应用开创了新的途径。     

固体推进剂/衬层界面裂纹的界面层模型有限元分析

建立了固体推进剂/衬层界面裂纹的界面层有限元模型,该模型将界面层划分成3个区域,每一区域内采用特定函数表示材料初始弹性模量的分布。应用软件ABAQUS划分网格并采用子程序USDFLD定义界面层内梯度材料的初始模量,计算得到了法向和剪切位移加载下的应力应变场和应力强度因子。计算结果表明,界面贮存时间延长时,裂纹尖端附近整体应力及应力强度因子明显减小,而应变最大值略有增大。该模型的建立及计算结果对求解固体推进剂/衬层界面裂纹问题有一定的工程意义。     

铬锰硅钢的氢脆及防止措施

一、引言在航空航天工业中,尤其是飞机制造的材料选择上,大量采用高强度的铬锰硅钢来承担一些关键、重要零部件.据统计国产军机的紧固件在70%以上都采用铬锰硅钢系.该合金钢的强韧比高,工艺性能和物理性能均优良,但是抗氢脆性能力差.在电镀、焊接后常出现裂纹,经过大量研究结果说明,这种裂纹的出现,多数是由于钢中含有过量的氢造成的.一旦形成裂纹再去氢也无济于事,解决的办法只有从防止过多的氢进入钢中着手.二、氢脆的特征1.宏观特征钢出现氢脆时,由于延、塑性能下降,故宏观断口比较齐平,裂纹源大多在表皮下三轴拉应力最大处,常见的缺口试样分布是,缺口的半径大时,断裂源远离缺口伴径小时则靠近缺口.此外,应力增大时裂纹源向缺口底部靠近.2.显微特征 氢脆断口没有固定的特征.它与裂纹前沿的应力强度因子 K_1值及氢浓度C_H有关.当应力强度因子K_1较大时,以韧窝形式