复相材料中第二相的空间分布状况的描述方法综述

对复相材料二维截面中第二相的空间分布状况的多级判别的模式识别方法作了较全面的综述,并对第二相的三维空间分布状况的一些体视学观测研究方法,尤其是近年来发展的新方法作了较为系统的介绍．指出在实际材料微结构设计和性能预测的过程中,应针对所研究的具体的材料特点、具体的机械性能类型以及材料性能力学计算工作的需求来确定恰当的描述尺度,选择合适的描述方法,以确定夹杂物或第二相的空间分布对材料机械性能的定量影响,尤其应注意发挥体视学在其中的重要作用．     

评估材料断裂韧的损伤等效法

以实际结构或实验试件与ＨＲＲ裂尖场的一特征点的损伤相当为原则，建立了ＨＲＲ场的裂尖控制参数与实际试件或结构裂尖控制参数之间的关系。据此可消除不同试件因约束不同而导致的断裂韧性的变化；亦可用来评估实际结构及试件的断裂失效。     

各向异性材料相对周向应力断裂准则

本文提出用相对周向应力为参数,当其达到临界值时,裂纹开始扩展。扩展方向由相对周向应力为最大的条件确定。     

基于COMSOL的脆性材料相场断裂模型

相场法通过一系列微分方程描述材料断裂过程,避免了繁琐的裂纹面追踪,在模拟裂纹的萌生、扩展和分叉等方面具有优势。介绍了基于相场法的脆性材料断裂模型,给出了脆性材料断裂问题相场法控制方程的推导过程,提出了基于分步迭代法在COMSOL中实现脆性材料相场断裂模型的方法。再现了脆性材料单元模型和单边缺口平板受拉及受剪作用下的开裂过程,模拟的裂纹扩展路径与已有文献的结果相近,验证了程序的合理性。针对脆性材料相场断裂模型包含的诸多参数,采用Morris法对影响荷载-位移关系的脆性材料断裂模型参数进行了全局敏感性分析,结果表明,杨氏模量(E)、临界能量释放率(G_c)和位移增量(Δu_x)是影响模型荷载-位移关系输出结果的主要参数。基于COMSOL实现的相场断裂模型能够有效模拟脆性材料的裂纹萌生和扩展断裂过程,模型参数E,G_c和Δu_x对材料断裂性能的提升或模型参数反演效率的提高具有重要影响。     

新型TBM刀圈材料微观组织及耐磨性能研究

TBM刀圈材料是一种对强韧性、耐磨性要求很高的合金钢材料. 目前常用的H13、DC53型TBM刀圈材料综合性能有待提高. 通过优化合金元素配比,制备出一种强韧型综合性能较好的新型TBM刀圈材料DB1,利用光学显微镜和扫描电子显微镜对DB1、H13和DC53的微观组织及断口形貌进行了观察分析,研究了不同载荷和不同硬度岩石条件下DB1与H13、DC53的磨损性能的差异,并对其磨损表面形貌进行扫描电子显微镜观察分析. 结果表明:一次碳化物的平均尺寸和含量对TBM刀圈材料的硬度、韧性及耐磨性有重要影响;适量的一次碳化物有助于提高材料的硬度及耐磨性;过多的一次碳化物会导致材料韧性急剧下降. 岩石抗压强度与刀圈具有匹配性,新型TBM刀圈材料DB1钢用于中等抗压强度的岩石时具有较好的耐磨性.      

混凝土类材料动态拉伸强度的微观力学模型

基于水泥砂浆试样动态劈裂拉伸实验,研究了不同加载速率下水泥砂浆材料动态劈裂时的裂纹发 生和扩展规律,提出一个微观力学模型。结果表明,微裂纹惯性是混凝土类材料动态拉伸实验中测量到的动 态拉伸强度随应变率的增加而提高的一种微观机制。     

金属增材制造过程中材料微观组织演化的模拟研究

金属增材制造是集设计、制造一体化的一种新型金属构件制造技术, 在航天航空、交通运输、生物医疗等领域具有广阔的应用前景. 金属增材制造材料的力学性能与其材料微观组织密切相关. 因此, 发展金属增材制造过程中材料微观组织的模拟方法, 有助于指导和优化金属增材制造的工艺参数和流程, 从而制备出性能优异的金属材料. 本文发展了基于连续体假设的热传导模型与元胞自动机相结合的模拟方法, 并利用生死单元方法, 考虑晶粒的重熔和再生长过程, 解决了金属增材制造中多层粉末制造的数值模拟问题. 本文采用该方法模拟了镍基合金IN718、不锈钢316L和高熵合金FeCoCrNiMn的增材制造过程, 并获得了这些增材制造合金的典型材料微观组织, 其模拟结果与实验结果相吻合. 同时, 将该方法拓展到三维尺度的模拟, 研究了镍基合金IN718增材制造过程中三维晶粒的形核和生长. 最后, 对金属增材制造过程中材料微观组织演化的模拟研究中的主要问题进行了总结和展望.      

两相材料界面裂纹的起裂方向及断裂参量研究

采用FRANC2D软件研究了两相材料含界面裂纹的断裂特性。通过在材料界面利用CASCA手动生成界面裂纹并在裂纹尖端附近设置1/4奇异等参元,得到了界面裂纹的复应力强度因子;数值模拟得到了界面裂纹的起裂方向,并分析了界面裂纹的破坏特征。计算结果表明:1/4奇异等参元很好地描述了裂纹尖端场的1/r(1/2)奇异性,FRANC2D软件能够模拟界面裂纹的扩展方向,可以得到界面裂纹尖端的应力场和复应力强度因子,为界面裂纹的断裂特性的进一步分析提供依据。     

扁挤压筒的等强度设计

本文仅就扁挤压筒的等强度设计计算方法及测试效果作简要介绍:(一)单层扁挤压筒的应力与变形分析单层扁挤压筒可看作是断面形状如图(1)所示的筒体,其断面外边界为一圆,内边界为两 ...     

岩爆岩石断裂的微观结构形貌分析及岩爆机理

利用扫描电镜(SEM)对岩爆岩石断口微观形貌特征进行研究分析,从微观角度探索岩爆产生的机理。通过对平顶山十二矿岩爆现场取样对其断口形貌特征与地应力和岩石成分之间关系进行研究。巷道围岩劈裂岩块断口形貌多呈台阶状,劈裂面与地应力最大主应力方向平行,岩石断口属拉张断裂,劈裂纹的产生主要是脆性断裂;岩爆抛射出的岩块断口形貌非常复杂,裂面与切应力(最大主应力)方向平行或相交,不同平面内的微裂纹通过与岩爆裂纹间的微裂纹或受撕裂作用形成台阶,表面不平整,属于拉张或剪切型断裂。岩石细观成分对岩爆的影响也较大,结晶程度高、结构致密的硬脆岩石更易发生岩爆。     

两相材料V形切口应力强度因子边界元分析

建立了边界元法计算两相材料粘结V形切口奇异应力场的新途径。在V形切口尖端挖出一小扇形,将该扇形弧线边界的位移和面力表示为有限项奇性指数和特征角函数的线性组合,其组合系数即为广义应力强度因子,将该组合回代到在被挖去小扇形后的剩余结构内建立的边界积分方程,离散后可求解出组合系数,获得两相材料粘结V形切口尖端的应力强度因子。算例证明了本文方法的有效性。     

铝合金材料剪切断裂实验分析

金属材料受载作用发生断裂，断裂面形式有拉断，剪断和拉剪混合型，由于剪断过程中塑性变形较为复杂，问题的研究难度大，观点争论多，本文对LY12－M铝合金材料复合型平面应变载荷状态下的几种断裂试验结果作了分析，认为在II型，近II型时发生的剪切型断裂，启裂点在裂尖附近应力三维度取最大值处，剪断的开裂方向则与启裂点上最大剪应力方向有关，同时对LC9R超强铝合金作常规破坏试验，该材料在拉伸，扭转与压缩试验时均呈剪切断裂，断裂面沿最大剪应力方位，破坏剪应力随试件应力三维度的降低而增大，综合分析试验结果得到了一些有用的结论。     

功能梯度压电压磁材料中断裂问题分析

分析了功能梯度压电/压磁材料中裂纹在反平面剪切载荷下的断裂问题. 为了便于分析，假设材料性质沿着裂纹的法线方向呈指数变化. 利用Fourier变换，问题可以转化为对未知数是裂纹表面张开位移的一对对偶积分方程的求解，此对偶积分方程采用Schmidt方法求解. 最后分析了裂纹长度及表征功能梯度材料的参数βl对应力，电位移和磁通量强度因子的影响.     

基于三角对称共晶团断裂的复相陶瓷极限应力预报模型

根据复相陶瓷内三角对称共晶团的特殊结构形式,基于共晶团细观损伤断裂机理建立复相陶瓷极限应力预报模型,为分析复相陶瓷的断裂机理提供理论依据。首先,基于共晶团内纤维端部的应力集中效应,考虑共晶团内基体出现微观塑性流动的特性,利用位错塞积理论和内聚键破裂条件,确定三角对称共晶团的本征断裂应力。然后,基于沿共晶团晶向的微观损伤应变,确定加载函数,考虑三角对称共晶团细观断裂过程中的中性加载条件,计算共晶团的细观损伤断裂应力。最后,考虑三角对称共晶团尺寸的随机性和方向任意性,引入临界区概念,在共晶团尺寸和方向服从二维完全随机分布条件下,得到复相陶瓷极限应力的理论预报模型。结果表明,复相陶瓷的极限应力主要由三角对称共晶团的细观损伤极限应力确定,三角对称共晶团内纤维夹杂体积含量和尺寸对极限应力有重要影响。     

多层材料结构的界面裂纹尖端复应力强度因子

本文建立了一种多层材料复合结构的界面裂纹问题分析模型。当两种材料之间插入第三种薄层弹性材料，裂纹位于第三种材料与第一或第二种弹性材料的界面上，且插页材料３＾＃的厚度相对于裂纹尺寸或平面内其他尺寸很小时，可以得到该问题裂纹尖端的复应力强度因子通式。本文用有限元法对结果进行了数值验证，并进行了有关问题的讨论。     

多层材料结构的界面裂纹尖端复应力强度因子

本文建立了一种多层材料复合结构的界面裂纹问题分析模型。当两种材料之间插入第三种薄层弹性材料,裂纹位于第三种材料与第一或第二种弹性材料的界面上,且插页材料3~#的厚度相对于裂纹尺寸或平面内其他尺寸很小时,可以得到该问题裂纹尖端的复应力强度因子通式。本文用有限元法对结果进行了数值验证,并进行了有关问题的讨论。     

高分子材料中拟断裂引起的裂纹的边界元分析

本文发展了一个粘弹性界元法，根据拟断裂引起断裂的力学模型和时间相关的能量吸收率原理，研究了高分子材料中裂纹的时间相关的张开位移、表面应力和扩展特性等，数值计算结果与实验结果、理论结果进行比较，具有很好的一致性。     

超晶格分层与断裂的相平面分析

在经典力学框架内和位错线整体运动的假设下,把Seeger方程化为具有固定力矩的摆方程。引入相面积概念描述了位错的能量转移和释放机制,并导出了能量释放系数。分析表明,同宿轨道很难完成能量传递,周期轨道也不能实现大范围内的能量转移。但是,只要适当控制超晶格的生长温度和速度,就可实现系统能量的有效释放。     

薄膜材料微观力学行为的有限元分析

采用有限元法对材料表面改性层和薄膜材料在显微压入过程中的力学行为进行了计算机模拟。从所得的载荷与压入深度的关系曲线、压痕周围应力、应变场的大小和形状分布曲线等为依据，对在超显微硬度测试中基底材料及界面层的影响进行了详细的讨论，并得出：为排除基底材料的影响，通常规定压入深度（Ｄ）不得超过膜厚（ｔ）的１０～２０％的规则并不适用于所有薄膜系统。测试时，允许的Ｄ／ｔ的临界比值将随薄膜系统不同而异。对软膜硬基底系统而言，由于压头下的塑性应变区更多的是沿膜层的横向扩展，故Ｄｃ／ｔ允许大于上述规定值，而对硬膜软基底系统而言，则由于压头下的塑性应变区很容易扩展到基底材料中去，其Ｄｃ／ｔ值将小于上述规定值。