近门槛区疲劳裂纹扩展规律的研究

本文检验了定义ΔK_(th)为da/dN=10~(-7)mm/次所对应的ΔK值的工程适用性,提出用二次曲线拟合[Ig(da/dN),IgΔK]数据可以得到更准确的ΔK_(th)值。在此基础上研究了两种近门槛区疲劳裂纹扩展速率公式[da/dN=c(ΔK-ΔK_(th))~n和da/dN=c(ΔK~n-ΔK_(th)~n)]的适用性以及确定c、n值的方法,给出了平均da/dN—ΔK曲线和p—da/dN—ΔK曲线的表达式。     

湿热对单向复合材料层板断裂韧性及疲劳裂纹扩展的影响

就湿热(70℃,相对湿度RH100％)环境对T300/914C石墨/环氧单向复合材料层板层间断裂韧性的影响进行了研究。用扫描电镜对断口形貌进行观察,不论是湿热处理的或是室温放置和经干燥处理的,断口形貌无明显差异。我们还对上述DCB试样在交变载荷作用下裂纹的扩展行为进行了研究。找出了裂纹扩展速率da/dN与最大循环应变能释放率G_(Imax)关系式da/dN=A·G_(Imax)~B中的A和B两个常数的数值。经湿热处理的DCB试样疲劳裂纹扩展速率与干燥试样相比有所降低。我们分别用断口形貌、断裂机理和断裂力学原理分析了湿热环境对复合材料性能的影响。     

航空铝合金弹塑性状态疲劳裂纹扩展速率试验

研究含长裂纹薄壁结构弹塑性状态下的裂纹扩展规律对于保证机体结构安全具有重要意义.设计了民机用铝合金大宽板裂纹扩展速率测试用试验件和夹具,进行了2024-T3和7075-T6两种铝合金大宽板弹塑性状态下裂纹扩展速率测试.讨论了应力强度因子变程(ΔK)和裂纹中心线处的张开位移变程(Δδ)作为弹塑性状态下裂纹扩展速率表征参量的适用性.研究结果表明:中、高级应力水平作用下,含长裂纹铝合金大宽板裂纹进入快速扩展阶段,裂纹扩展ΔK~da/dN曲线发生明显转折,不能用Paris公式拟合.在裂纹扩展后期,Δδ~da/dN曲线在双对数坐标下呈线性关系,可用Δδ~da/dN关系曲线来表征弹塑性状态下铝合金的裂纹扩展速率.     

用再结晶法研究三维弹塑性裂纹问题

本文用再结晶法测定了中心裂纹拉伸试件裂纹尖端高应变区的塑性应变分布,求得了高应变区参数与J积分及裂纹尖端张开位移COD的定量关系,并用三维有限元法进行了计算。实验和计算结果表明,用再结晶法研究三维弹塑性裂纹问题是一种有效的方法。     

微小裂纹的发生与扩展

本文对微小表面裂纹的发生与扩展进行了研究。 1.微小裂纹的发生,60％以上发生于晶界。当应力值高时,裂纹扩展穿入晶内,应力值低时,裂纹沿晶界扩展。 2.现有以应力强度因子变程△K作为控制参数的宏观裂纹扩展速率公式,均不适用于微小裂纹(2c=0.02～0.8mm)。本文提出的下列微小裂纹扩展速率公式,与实验结果相当一致。 dc/dN=C_2·σ~n·c式中,C_2和n为材料常数。     

薄钢板塑性成形损伤与断裂

本文用宏观与微观相结合的方法,试验研究了冷轧薄钢板在不同应变此ρ(=ε_2/ε_1)下的损伤演变过程。发现薄板的表面损伤有三种不同的形成机制:卽孔洞的形核、长大;晶面滑移和表面晶粒转动。内部损伤存在两种演变机制:当材料-0.5≤ρ<0范围内成形形时,主要损伤机制是孔洞长大;随应变比ρ由零转向1,裂纹扩展逐渐发展成为主要损伤演变机制。文中给出了一种新的损伤断裂几何模型。指出拉伸断裂是表面与内部损伤共同作用的结果。     

304不锈钢的应力腐蚀断裂

用慢应变速率技术研究了敏化的304不锈钢在氧饱和的NaCl溶液中的应力腐蚀断裂(SCC)行为以及浓度、温度和电位的影响。结果表明,在90℃1000ppmNaCl溶液中,在5.5×10~(-6)s~(-1)应变速率下,电位大于-0.5V(相对于SCE,下同)有应力腐蚀敏感性。随着应变速率提高、浓度减小或温度降低,断裂电位范围移向较正的电位(-0.2V以上)。在较慢的应变速率下,在-0.5～-0.2V产生单裂纹;高于-0.2V对于所用的两种应变速率都产生多裂纹;低于-0.6V未发现裂纹。该体系的自腐蚀电位在-0.25V附近,处于SCC敏感区。恒电位下动态应变试验中电流增量与平均裂纹速度在双对数座标上呈正比关系,表明该体系的沿晶SCC本质上受溶解控制。     

再结晶加热速率对LC9超硬铝晶粒细化的影响

本文研究了再结晶加热速率对LC9超硬铝晶粒细化的影响。发现:对于在变形前经过过时效处理的试样,只有当再结晶加热速度超过某一临界值(约13℃/s)后,晶粒尺寸方能获得强烈的细化,否则(如在空气炉中加热),晶粒将发生异常地长大;析出相的存在促进了再结晶的形核,加速了再结晶过程,同时也导致了再结晶晶粒尺寸对加热速率的强敏感性;在加热过程中,中温区(300℃～400℃)对最后的晶粒尺寸影响更大。     

应变能密度—应力矢量准则

本文提出的应变能密度——应力矢量线弹性复合断裂准则,综合考虑了控制裂纹扩展行为的应变能密度和应力矢量两方面的因素,它既适用于二维裂纹问题,也适用于三维裂纹问题。为了说明该准则的应用,文中具体研究了埋藏椭圆盘状裂纹和直前缘穿透裂纹的扩展行为。     

表面裂纹三维弹塑性有限元分析

本文用三维弹塑性有限元计算了含表面裂纹均匀拉伸板在不同载荷大小下的弹塑性位移场、应力场和裂纹尖端塑性区等。计算结果表明:裂纹张开位移具有良好的线性段;对称面和前表面不是处于平面应变和平面应力状态,它们的塑性区用二维情况下的Irwin公式估计误差很大;裂纹尖端塑性区随着载荷的增加,后自由表面的影响也增加;体内大部分区域近似于无裂纹的轴向拉伸应力状态,仅在相当靠近裂纹尖端地区才有较强的塑性约束;裂纹顶端的第三维正应力也具有奇异性。这些结果对于表面裂纹的断裂、疲劳特性研究具有一定的参考价值。     

用声表面波传感器进行压力和温度测量

本文介绍两种不同的声表面波传感器,即弱压压力传感器和声表面波温度传感器。压力传感器制作在一薄的石英晶片上,使两束表面弹性波在同一方向但在两个不同的侧向位置上传播。加在下表面上的压力的变化引起强烈的弯曲,从而改变两波的波速。采用差动检测法能够测出波速的变化(或者相应振荡器的频率偏移),同时也能够人大地消除因温度波动所引起的假速度(或频率)的变化。通过计算应变分布和相应频率漂移来得出石英薄片上声表面波延迟线具有最大压力灵敏度,而温度影响最小的两位置。把Y切割的理论结果与在105MHz取得的测帚结果进行了比较, 用具有LST和JCL晶向的石英片制作的温度传感器已在灵敏度(28ppm/K)、线性、响应时间(0.1S)和分辨力(50μK)方面进行了测试。将用表面波温度传感器取得的温度测量结果与用体波温度传感器(LC切)所测得的结果进行比较,提出一种采用声表面波温度探头的新型石英温度计。     

木星外磁层结构的定态模式

本文建立了描述木星外磁层结构的磁流体力学方程组,在这一方程组中考虑了磁层转速和等离子体片倾角(等离子体片与旋转赤道平面的夹角)随径向距离的变化。在不同条件下对此方程组求解,得出了等离子体片中各变量(磁场、压力、温度、质量密度和电流密度)的空间分布表达式。结果表明:各变量随Z(离开赤道平面的距离)的变化可用两种函数形式表示,一种是双曲线函数,这种分布形式与观测结果相符合;另一种是三角函数形式。各变量随径向距离r的关系是:压力P_o(r)～r-3.4,电流密度i_o(r)～r-1.7.对于绝热过程,密度ρ_o(r)～r-2.04,温度T_o(r)～r-1.36;对于等温过程,密度ρ_o(r)～r-3.4,温度T_o=常数。最后讨论了木星磁异常对外磁层结构的可能影响。      

中碳回火钢疲劳小裂纹扩展微观特性的探讨

对超强钢(M4340)和中强钢(SCM435)[1]疲劳小裂纹扩展特性的分析表明,当微观结构以马氏体板条束为主,则微观结构小裂纹长度与原奥氏体晶粒或马氏体板条束尺寸都有很好的相关性,所以,减小这两种微观结构单元尺寸的冶金和热处理都可使微观结构小裂纹长度降低,从而改善材料的疲劳小裂纹扩展的抗力。     

基于振动声调制的板类结构裂纹定位成像

针对线性Lamb波在监测闭合裂纹及微裂纹方面的不足,基于振动声调制理论,提出了一套板类结构中裂纹损伤定位方法。通过分析仅有高频(HF)激励和高低频(HF和LF)同时激励时,声波在含裂纹结构中的传播路径及其信号成分组成,提出了一种含损伤信息信号的提取技术,继而结合延时叠加算法,参考有基准的线性Lamb波损伤定位方法,对板类结构中的疲劳裂纹进行了定位成像。试验证明,该方法可在无需原始健康基准信号的前提下,有效定位出平板结构中的疲劳裂纹,为结构中接触类损伤的定位成像提供了思路。     

裂纹扩展寿命安全可靠性分析模型研究

通过分析影响裂纹扩展寿命的多个随机因素,就目前较为常用的裂纹扩展寿命安全可靠性分析模型进行比较.在此基础上,本文提出了一种新的模型--裂纹扩展寿命~断裂韧度可靠性分析模型,该模型基于目前比较公认的裂纹扩展寿命分布和断裂韧度分布特性,为工程界进行含裂纹结构的概率损伤容限评估提供一定的理论依据.     

表面裂纹超载迟滞效应的研究

本文研究了含表面裂纹试件在疲劳载荷作用下承受单峰超载时的裂纹扩展的迟滞效应。发现:使裂纹滞止的临界超载比有所提高;在同样超载比时,裂纹在c向(沿表面方向)的迟滞循环数比在a向(沿深度方向)的迟滞循环数要多;迟滞效应的影响区约等于(或略大)按lrwin公式计算的由超载引起的单调塑性区长度。用[1]中建议的计算模型对迟滞循环数进行预测,结果与实验数据符合得较好。     

用双边切缝试样的高温蠕变裂纹扩展分析

对双边切缝试样切缝根部萌生裂纹进行了有效SIF分析,并用于1Cr18Ni9Ti不锈钢板材的高温蠕变裂纹扩展试验,在所试验的温度T(570～650℃)和应力σ(15.3～16.9kg/mm~2)范围内,试验数据表明:稳态蠕变裂纹扩展是一个热激活过程,相应的综合参量S=S(T,σ,K_(1eff))有效地控制了稳态蠕变裂纹扩展率da/dt。     

谱载荷作用下的裂纹扩展计算模型

最简单的谱载荷是在基本循环载荷中施加单一或多个拉伸和拉—压过载的情况。有过载作用,裂纹扩展速率显著降低。实验证明,过载迟滞效应最大点、即裂纹扩展速率最低点不是在刚施加过载之后,而是距过载点有一段距离,即所谓延缓滞后或推迟延缓(delayed retardstion)效应。现有的计算模型大多未考虑这一效应,因而与实际情况有很大差别。有的模型,例如松冈模型虽然考虑了这一效应,但表达这一效应的参数必须由实验确定,这样就使该模型应用很不方便。本文根据产生推迟延缓的机理和对试件的断口分析,提出了一个确定这一参数的计算公式,进而提出了对拉伸过载和拉—压过载作用下的裂纹扩展计算模型。用本模型计算了几种材料在不同加载条件下的迟滞效应,计算结果与实验结果相当符合。 由于本模型可以计算拉仲过载和拉—压过载等情况下的迟滞效应,因而作一些合理的假设可用以计算复杂谱载荷作用下的裂纹扩展速率和寿命,本文计算了飞机起落架施旋转臂和机翼加劲板在谱载荷作用下的裂纹扩展寿命,计算结果与实验或统计结果基本符合。     

用广义扩展有限元计算界面裂纹应力强度因子

广义扩展有限元法(GXFEM)是一种结合广义有限元法和扩展有限元法特点的新的数值模拟方法。给出了分析双材料界面裂纹应力强度因子(SIF)的广义扩展有限元法的基本原理。提出了一种新的双材料界面裂纹尖端富集函数,将裂纹尖端富集函数由12项缩减为6项。双材料界面不连续,在常规有限元法的位移模式中加入基于水平集的富集函数,同时将裂纹单元结点和裂纹尖端单元结点自由度广义化,提高了计算精度。通过与文献结果的比较,表明了提出方法的精确度和可靠度。      

基于FEM研究含孔隙介质中裂纹矩张量反演精度

基于矩张量理论的动态裂纹扩展监测方法,利用裂纹开裂产生的声发射信号获取裂纹开裂信息,而介质中的孔隙结构会影响监测结果的准确性。使用二维平面应变有限单元方法（FEM）建立孔隙分布数值模型,给出特定裂纹在不同孔隙率介质下的反演结果,并分析其成因。数值结果表明,双力偶成分对孔隙率的敏感度最高。对于纯剪切裂纹,反演结果中双力偶成分的占比随孔隙率的增大而减小;对于面内各向同性和拉伸裂纹,双力偶成分的占比随孔隙率的增大而增大。原因是孔隙结构对弹性波的散射导致弹性波幅值的空间分布发生变化,效果体现在两方面:一方面,能量转移作用导致不同传播方向弹性波的幅值趋于接近;另一方面,孔隙分布的差异导致临近传播方向的弹性波幅值差异增大。两种影响因素的权重差异导致不同裂纹的反演结果受孔隙的影响不同。