断裂力学在宇航飞行器设计和研制中的重要意义

一、什么是断裂力学? 断裂力学是六十年代才发展起来的一门新兴的学科,是固体力学的重要分支。它研究有裂纹材料或构件的强度和裂纹扩展规律,处理抗断裂问题。可以说,它是连续介质力学(包括弹性、粘弹性,塑性理论等)应用于材料或构件破坏的一门应用科学,属于强度学领域。     

焊缝对圆筒轴压稳定性的影响

焊接结构在运载火箭结构设计中应用十分广泛。随着我国宇航事业的发展,焊接工艺质量有很大提高。但是,由于焊接接头的存在和焊接时加热的影响,焊接结构焊缝附近的材料强度有一定削弱。在结构设计和强度计算中,这种削弱一般以焊接系数表示。如LF6材料σ_b的焊接系数为0.7-0.8,σ_(0.2)的焊接系数为0.5-0.6,带加强高的试片比不带加强高的焊接系数稍高。试验还表明,在正常焊接(自动钨极氩弧焊)条件下,材料厚度2mm时,热影响区宽度约为30mm;厚度8mm时,热影响区宽度约为60mm。焊接工艺除使材料强度降低外,还造成焊缝附近严重的几     

钛合金高压气瓶表面裂纹断裂试验及断裂应力预计

本文扼要地介绍气瓶基体金属疲劳表面裂纹断裂试验的结果,并与几种常用工程计算方法的计算值进行比较。对韧带未完全屈服的断裂情况,我们导出了一个适合计算表面裂纹断裂应力的公式,在此基础上还推荐了一种预计表面裂纹断裂应力的简便方法。     

钛合金高压气瓶表面裂纹疲劳试验的结果分析和使用寿命估计

该文对TC-4钛合金高压气瓶表面裂纹疲劳试验结果进行了分析,给出了气瓶的疲劳裂纹扩展速率(da)/(dN),并与气瓶瓶料试样的测试结果进行了比较。最后选用几种方法对气瓶的疲劳使用寿命作了估计和分析。     

TC-4钦合金高压气瓶表面残余应力的测量结果及初步分析

本文用x射线应力仪测量了几个气瓶典型截面的表面残余应力分布,并对测量结果作了简单的分析和统计。结果表明,TC-4钛合金高压气瓶表面残余应力的最大值是在焊缝中心或熔合线附近,其数值约为0.34σ_(0.2).横向(垂直焊缝方向)残余应力最大值一般比纵向(平行焊缝方向)的数值低。试验结果还表明,淬火后的时效处理能明显地减小表面残余应力的绝对值,并能使焊缝附近各部分的表面残余应力均匀化。     

TC-4钛合金材料低频疲劳裂纹扩展速率的测试

本文利用TC-4高压气瓶瓶料加工小试样,进行了低频疲劳裂纹扩展速率的测试。实验结果证明,对TC-4钛合金材料,采用较小尺寸试样测试da/dN是可行的;预制疲劳裂纹时用NASA推荐的最大疲劳应力强度因子K_(max)=0.6K_(1e)是过高的。实验结果还说明,用Paris公式进行数据处理精度是足够的;在低频情况下采用不停机测量裂纹长度是比较好的。本文除了给出da/dN测试结果外,还给出了数据处理的方法。     

一类锥形曲板侧压稳定性的试验研究

本文根据试件试验结果,利用壳体理论的研究成果,给出一个计算截锥形曲板侧压临界载荷的工程经验公式。该曲板两圆弧边铰支,两直线边弹性支持。     

断裂力学与强度学

断裂力学是从实际构件中不可避免地存在裂纹这一前提来考察构件的强度。它主要是用连续介质力学(弹性、塑性、粘弹性理论等)研究有裂纹的构件承载时裂纹扩展的规律,处理构件的抗断裂问题。可以说,它是连续介质力学应用于材料破坏的一门应用学科,属于强度学领域。强度学是研究结构或结构元件承受载荷能力的科学(包括外载荷的确定、应力和变形     

延性金属的断裂强度

由Griffith脆性断裂基础理论引伸,导出了延性断裂理论,求得含有穿透裂纹或表面裂纹非加劲平板结构断裂强度新的表达式。与常用的线弹性断裂力学使用一个材料参数不同,在表达式中使用两个材料参数。本理论独特之处在于两个参数可以由单向拉伸的应力一应变曲线求出;并且,对常用的结构金属,在很宽的裂纹尺寸范围内,应力超过或者低于金属屈服应力下,理论结果和试验数据相当符合。 A—半椭园表面裂纹临界面积,(πac)/2,in~2。(吋~2) Au—在σ=σ_U下半椭园表面裂纹临界面积,in~2。(吋~2) A—埃,0.394×10~(-8)in。(吋) a—半椭园表面裂纹的深度,in。(吋) a_U—在σ=σ_U下半椭园表面裂纹的深度,in。(吋) 2C—穿透裂纹或表面裂纹的长度,in。(吋) 2C_U—在σ=σ_U下穿透裂纹或表面裂纹的长度,in。(吋) 2C_L—在σ=σ_L下穿透裂纹或表面裂纹的长度,in。(吋) E—拉伸时的杨氏模量,Psi(磅/吋~2) h—滑移带的有效高度,in。(吋) h_F—裂纹前缘变形区城的有效高度,in,(吋) h_U—裂纹前缘附近变形区域的有效高度,in。(吋) K_O—线弹性平面应力或混合型的断裂韧性,Psi in~(1/2)。(磅/吋~(3/2)) K_(1C)—线弹性平面应变断裂韧性,Psi in~(1/2)。(磅/吋~(3/2)) K_(TC)—具有中心穿透裂纹的薄板或平板的断裂靱性,Psi(in)~(1/(2 ω)(磅/吋~((3 2ω)/(2 ω)) K_(pC)—具有中心表面裂纹的薄板或平板的断裂靱性,Psi(in.)~(1/(2 ω)(磅/吋~((3 2ω)/(2 ω))) K—厚度参数 L_G—单向拉伸试验中所用的应变片长度,in。(吋) n—ε_(TP)之Ramberg—Osgood关系的指数 P—单位厚度塑性能吸收率,L bs/in。(磅/吋) T—产生单位面积新裂纹表面所消耗的能量,Lbs/in。(磅/吋) t—断裂试件厚度,in。(吋) t—单向拉伸试件厚度,in。(吋) t_o—平面应力断裂的最大厚度,in。(吋) U_E—可用于产生新裂纹表面的单位厚度弹性能,Lbs(磅) U_S—产生新裂纹表面时单位厚度所消耗的能量,Lbs(磅) U_P—塑性变形时单位厚度所消耗的能量,Lbs(磅) U_F—裂纹前缘塑性变形时单位厚度所消耗的能量,Lbs(磅) U_(F1)—在σ=σ_U下,裂纹前缘塑性变形时单位厚度所消耗的能量,Lbs(磅) U_(F2)—在σ=σ_L下,裂纹前缘塑性变形时单位厚度所消耗的能量,Lbs(磅) U_U—裂纹前缘附近塑性变形时单位厚度所消耗的能量,Lbs(磅) U_(U1)—在σ=σ_U下,裂纹前缘附近塑性变形时单位厚度所消耗的能量,Lbs(磅) U_(U2)—在σ=σ_L下,裂纹前缘附近塑性变形时单位厚度所消耗的能量,Lbs(磅) W—试件宽度,in。(吋) W_F—在应力—应变曲线下面,从颈缩开始时的应变到σ_F的应变之间的塑性能密度, Psi(磅/吋~2) W_U—在应力—应变曲线下面,从σ_L的应变到颈缩开始时的应变之同的塑性能密度, Psi(磅/吋~2) β—厚度参数ε_L—在σ=σ_L下的单向拉伸应变ε_N—修正后的颈缩单向拉伸应变ε_U—颈缩开始(σ=0.995σ_U)时的单向拉伸应变ε_F—在σ=σ_F下的修正后的单向拉伸应变ε_F—在σ=σ_F下的平均单向拉伸应变(应变片长度内平均) ε_Y—在σ=σ_Y下的单向拉伸应变ε_(PL)—在σ=σ_L下的单向塑性应变ε_(PU)—在颈缩开始时的应力下的单向塑性应变ε_(PF)—断裂应力下的单向塑性应变ε_(TL)—在σ=σ_L下的单向真正拉伸应变ε_(TY)—在σ=σ_Y下的单向真正拉伸应变ε__(TU)—颈缩开始时的单向真正拉伸应变ε_(TF)—在σ=σ_F下的单向真正拉伸应变ε_(TP)—单向真正塑性拉伸应变ε_(TPU)—在σ=σ_L下的单向真正塑性拉伸应变ε_(TPY)—在σ=σ_Y下的单向真正塑性拉伸应变ε_(TPU)—颈缩开始时的单向真正塑性拉伸应变ε_(TPF)—在σ=σ_F下的单向真正塑性拉伸应变λ—裂纹形状因子μ—厚度参数ν—波松比σ—垂直于裂纹平面的总(毛)面积应力(单向拉伸应力),Psi(磅/吋~2) σ_L—相当于0.0005单向塑性应变的弹性极限拉仲应力,Psi(磅/吋~2) σ_Y—单向屈服拉伸应力,Psi(磅/吋~2) σ_U—单向极限拉伸应力,Psi(磅/吋~2) σ_(UF)—从σ_U至σ_F的平均单向拉伸应力,Psi(磅/吋~2) σ_F—单向断裂拉伸应力,Psi(磅/吋~2) σ_T—单向真正拉伸应力,Psi(磅/吋~2) σ_(TY)—单向真正屈服拉伸应力,Psi(磅/吋~2) σ_(TU)—单向真正极限拉伸应力,Psi(磅/吋~2) σ_(TUF)—从σ_(T_U)至σ(TF)的平均真正单向拉伸应力,Psi(磅/吋~2) σ_(TL)—单向真正极限拉伸应力,Psi(磅/吋~2) σ_(TF)—单向真正断裂拉伸应力,Psi(磅/吋~2) φ—裂纹形状参数ω—断裂靱性参数     

钛合金高压气瓶表面裂纹程序载荷谱试验的结果和分析

本文介绍两个带有疲劳表面裂纹的钛合金高压气瓶在程序载荷谱下的试验结果,并对它作了简单的分析。结果表明,即使气瓶具有“最大可能出现”的表面裂纹,它在公路运输及地面贮存保压过程中也是安全的。利用我们推导的表面裂纹半经验公式,参考NASA的K_(TH)/K_I实验数据,估计了在使用载荷作用下,气瓶在水介质中贮存保压较长时间裂纹不产生扩展的临界尺寸。