38Cr MoAl高强度钢KIC值的实验研究

本文用三点弯曲试件对不同a/W值的高强度钢38CrMoAl的临界应力强度因子K_(Ic)值进行了系列的实验研究,实验结果表明:a/W值减小,则材料的K_(IC)值增大.当a/W=0.1时,其K_(lC)值为a/W=0.5的1.2倍.另外,还对a/W值不同时实验中应注意的一些问题,进行了探讨.     

关于表面裂纹的研究

1、表面缺陷形成表面裂纹的规律 10×60×340mm的板状拉伸试样在热处理前用劈形刃具压出ρ=0.03-2.7mm六种椭圆压痕。用三点弯曲法疲劳,R=K_(min)/K_(max)=0.15。不同曲率的试样形成疲劳裂纹的周次N_i和裂纹前端ΔK_I的关系见图1。以50万次不出现裂纹作为门槛值。     

用测J_(1c)的方法定中强度钢的断裂韧度K_(1c)

一、引言 线弹性断裂力学在高强度材料应用方面取得的极大成功,引起了工程界的普遍重视。对于中低强度钢低应力破坏的构件,同样也可应用线弹性断裂力学进行强度设计。为此必须测定其K_(Ic)直接测定K_(Ic),要求试样满足线弹性平面应变条件,按ASTM-E399-72规定,即 a, B, (W-a)≥2.5(K_(Ic)/σ_y)~2 (1) 对于屈服强度σ_y较低,而K_(Ic)又较高的中低强度钢,例如σ_y=50公斤/毫米~2,K_(Ic)x=300公斤·毫米~-3/2的钢,欲直接测定K_(Ic),满足条件(1)的三点弯曲试样尺寸为:厚度×高度×跨度(B×W×     

带表面裂纹LY12板材弹塑性抗裂特性的研究

本文对不同的热处理状态(CZ、R)、厚度(B=6、8、10和14mm)和裂纹深度与板厚比(α_√B=0.45～0.55和0.20～0.30)的带表面裂纹LY12铝合金有限宽板进行了塑性抗裂特性的试验研究。提出了等效裂纹扩展假设,测得了起裂时表面裂纹咀的张开角口α1,它是常数;导出了裂尖张开角αT的近似计算公式,并测得裂纹扩展时αT的变化规律;测得了稳定扩展和失稳扩展过程中裂纹塑性张开角(dδ_(MP)/da)_S和(dδ_(MP)/da)_U,它们是不同的常数;还测得了不同的热处理状态、厚度和α_0/B带表面裂纹LY12板材从起裂到失稳的裂纹等效扩展量,它约为板厚的4%。     

试样尺寸对有限裂纹扩展的J_R阻力曲线的影响

作者将两种强度级别的18CrNiW 钢:σ_(0.2)=60.4kgf/mm~2(L 钢)和σ_(0.2)=83.6kgf/mm~2(H 钢),制成厚度从10mm 到95mm,共11种尺寸的三点弯曲试样,采用多试样法,在有限裂纹扩展(△α≤2.5%B 及≤5%b)条件下,测定了材料的J 积分阻力曲线.其中H 钢50×100mm 的大试样已接近K_(1c)的尺寸要求,所测得的K_(1c)约为470kgf·mm~(-3/2).试验表明,当试样尺寸满足了J 判据有效性条件时,对试验材料B,b≥50(J_(0.05)/σ_(0.2)),J_R 阻力曲线对试样尺寸不敏感.因此,J_R 阻力曲线可以用来表征材料裂纹稳定扩展阻力特性.本试验测得L 钢的J_(0.05)=9.4kgf/mm,dJ/dα=27kgf/mm~2;H 钢的J_(0.05)=7.3kgf/mm,dJ/dα=16kgf/mm~2.对于H 钢裂纹扩展量0.2mm 的J_R 值,即J_(0.2)(=9.7kgf/mm,由此换算的K_R 值=473kgf·mm~(-3/2))与大试样的K_(1c)值有很好的对应关系.     

用圆环裂纹圆柱拉伸试样测K_(ⅠC)的等价能量法

本文将威特(Witt)等用紧凑拉伸试样测K_(Ic)的等价能量法用于圆环裂纹圆柱拉伸试样.用与紧凑拉伸试样的尺寸参数(D=B)相等的圆棒试样,可以测得更接近有效的K_(Ic)值.实验证明这一推广是可行的.文中将威特提出的一些规律和假定,作了补充证明.     

a/W值对结构钢的δ_i值和J_i值的影响

用三点弯曲试件对a/W值不同的常用结构钢在开裂时的裂纹张开位移(COD)δ_i和J积分值J_i进行了试验研究。试验结果表明,a/W值减小,则材料的δ_i值和J_i值增大。当a/W=0.1时·其占δ_i值与J_i值为a/W=0.5时的二倍。试验结果得到了有限元计算结果的证实。利用引伸计和硅橡胶对不同a/W值时的转动因子r_p值进行了试验研究,试验结果表明,r_p值随a/W值的减小而减小,当a/W=0.5时,r_p=0.45;而当a/W=0.1时,r_p=0.16。     

航空结构铝合金Ⅰ/Ⅱ复合型断裂的三维弹塑性数值分析

在LC4CS铝合金三维Ⅰ/Ⅱ复合型断裂实验的基础上,对Ⅰ/Ⅱ复合型加载模型进行了细致的三维弹塑性有限元计算,系统分析了不同复合度φ和厚度B对裂纹端部应力场和起裂角的影响.结果表明,对于不同φ和B的试样,周向应力极大值和三维离面约束因子极小值出现在相同的角度;根据最大周向应力准则,在Ⅰ型载荷占主导(βeq＞65.45°)...     

缺口疲劳裂纹形成的J积分分析

进行了循环载荷的缺口顶端局部应变和形变功密度的循环J 积分分析和实验标定,证实:缺口顶端形变功密度依赖于循环J 积分和缺口半径ρ之比,即:△J/ρ=α_c△W_0通过对缺口疲劳裂纹形成过程的分析,并依据上述关系和光滑试样应变疲劳关系N_(?)(△W)~(?)=c,提出了予测缺口疲劳裂纹形成寿命的公式:N_i(△J/α_cρ)~β=c_n进行了各种缺口试样,在各种载荷条件的疲劳裂纹形成实验,结果证明,对不同应力比R 的载荷,在各种形变程度:从线弹性至全面屈服,疲劳裂纹形成寿命N_i 和△J/α_cρ均满足此关系式.分析比较了△J/α_cρ和缺口疲劳领域的另两个常用参量△K/ρ~(1/2)和1/2△ε之间的关系,△J/α_cρ较后两者有更广泛的适用性.     

含缺陷气瓶的安全与寿命估价

本文通过对A钢(0.12％C,2.7％Ni,1.0％Cr)母材及焊缝、室温及-40℃下的断裂韧度(K_(Ic))、裂纹扩展速率(da/dN)的测定,以及考虑了焊角应力集中对应力强度因子的影响,给出:17毫米厚A钢高压空气瓶,室温下临界裂纹尺寸大于壁厚,即符合“断裂前渗漏”的高安全设计要求;-40℃下临界裂纹尺寸a_c=3.8毫米。还给出:7000次使用寿命允许初始裂纹深度为1.5毫米;0.25毫米深、2毫米长的焊接微裂纹可以有22000次的使用寿命。 临界裂纹尺寸和寿命的估算,与高压空气瓶的实物疲劳和爆破实验结果是吻合的。     

疲劳裂纹扩展门槛值的研究进展

Ⅰ.引言 大量的研究和疲劳裂纹扩展的试验表明,对于存在一定尺寸裂纹及缺陷的材料或构件,只有当裂纹尖端的应力强度因子达到或超过某一值时,裂纹才会在交变应力的作用下扩展。当裂纹尖端的应力强度因子小于这一值时,裂纹在交变应力作用下不发生扩展。这个应力强度因子值,就是界限应力强度因予幅值△K_(th),在疲劳研究中称为裂纹扩展的门槛值。 门槛值△K_(th)和疲劳裂纹扩展速率da/dN一样,是反映带裂纹或缺陷构件抗疲劳性能的     

J积分方法预测缺口疲劳裂纹形成的研究

对承受循环载荷的缺口试样,其缺口顶端形变功密度依赖于循环J积分和缺口半径ρ之比,即:△J=α_cρ△W_0依据缺口疲劳裂纹形成过程及光滑试样应变疲劳的形变功密度与疲劳寿命的关系N_f(△W)~r=C,导出并由实验证实了缺口疲劳裂纹形成寿命的预测公式:N_i(△J/α_cρ)~β=C_n。根据这一关系式,可以较准确地预测大范围屈服及全面屈服条件下缺口疲劳裂纹形成寿命。     

多级载荷下疲劳寿命的可靠性研究

本文利用断裂力学，疲劳及可靠性分析方法，讨论了剩余强度的概率分布。假定裂纹萌生阶段已结束，在裂纹扩展阶段。剩余强度R与裂纹长度α满足R=αK，α^-1/2，裂纹扩展速率可用Paris公式da/dN=c(△K）^n描述，在以上两个公式的基础上，我们推导出了疲劳载荷过程中剩余强度，循环应力，疲劳寿命及失效概率间的关系。选用变速箱齿轮12Cr2Ni4钢制成的试样，我们在Amsier HFP5100高频疲劳试验机上，两级循环应力水平下进行了9组试验，得出了12Cr2Ni4钢的P-R-S-N曲线。利用该曲线估算了12Cr2Ni4钢多级载荷下的疲劳寿命。同Mine准则计算的结晶相比更接近真实值，本文的方法具有较强的工程实用性，对承受疲劳载荷零构件的选材及设计具有重要的参考价值。     

非线性断裂力学诸判据的相互关系

<正> 断裂力学的诸判据式都要求提供有关物体开始达到临界状态的信息.为此,需要确定物体在给定载荷下的临界裂纹尺寸,或是确定零件在给定裂纹尺寸时的承载能力.本文着重分析实际中最常用的断裂力学判据特性间的关系,这些特性包括临界应力强度因子K_(Ic),抗裂性极限I_c,裂纹顶端临界张开量δ_c,弹塑性范围中应变强度因子M_(εc)和能量积分J_v.     

Ⅱ型缺口试样应力场和应力场强度因子

1.前言对于理想的无限大Ⅱ型试样,应力场和应力场强度因子都有解析解。Hiroshi Tada等人给出了计算有限长度Ⅱ型试样K_Ⅱ的公式: F(a/b)=[1.30-0.65a/6+0.37(a/b)~2+0.28(a/b)~3]/(1-a/b)~1/2 (1) 其中,a和b分别表示裂纹和试样的长度,B是试样的厚度,P是外载荷。保持试样的长度和外载荷不变,按公式(1)计算,K_Ⅱ随裂纹长度a的变化,如图2中的曲线Ⅱ所示。结果表明,K_Ⅱ并不随a的增大而单调地增大,这和理想的无限大Ⅱ型试样的结果K_Ⅱ=τ(πa)~1/2相矛盾。另外,对Ⅱ型缺口试样的实验也表明,导致材料断     

广义平均形状改变能密度断裂准则及应用

基于形状改变能为材料起裂扩展控制参量的物理事实及裂纹尖端断裂控制区能量平均概念,提出了计及裂纹尖端应力场特征级数展开奇异项和常数项的广义平均形状改变能密度(GADSED)准则,建立了I-II-III 混合型裂纹断裂判据计算式,为工程结构疲劳断裂评估提供了新选择．基于提出的GADSED 准则,系统分析了T应力对裂纹断裂判据的影响,结果表明：当参数|Ba|数值相同时：负值T应力的I-II 混合型裂纹更易起裂扩展,正值T应力的KΙf值高于负值T应力的KΙf值,正负T应力的KIIf值相同;T应力在区间0 < Bα < 0.45 时增大了KΙf值（3 %以内）,T应力降低了KIIf值．根据GADSED 准则完成了双轴疲劳载荷平板表面I 型裂纹扩展寿命预报,结果表明：基于GADSED 准则的裂纹扩展寿命预报值约为传统方法预报值的40.7 %,可为工程实际评估提供借鉴．     

Ⅰ—Ⅱ复合型有限宽平板剩余强度分析的工程方法

本文依据线弹性力学原理,用复变函数法求得在拉伸载荷下有限宽平板斜裂纹问题的K_Ⅰ和K_Ⅱ,并采用最大剪应变判据((d~2ε_θ)/(dθ~2)<0及(ε_θ)max与K_R相应),求得裂纹扩展角及当量Ⅰ型应力强度因子K_((?)q),再用能量准则求得失稳时的临界应力及裂纹容限.用此方法对几种初始角的几何斜裂纹有限宽平板的剩余强度作了计算,计算结果与有关文献中的数据和试验值相比,开裂角、临界应力及裂纹容限的误差均满足工程要求(2～7％).为进行二维薄壁结构的损伤容限设计,本文提供了剩余强度分析的工程方法及计算程序.     

T应力对光弹性条纹影响的理论分析

以裂尖弹性应力场的多参数模型为基础,研究I型、II型以及I/II混合型裂纹参数对光弹性条纹的影响. T应力的存在和符号影响着等色线条纹环的半径大小和旋转方向,对于纯I型或II型裂纹而言,条纹环的旋转角度只与T应力有关;而对于I/II混合型裂纹,条纹环旋转角度与K_{\rm I}, K_{\rm II}和T应力有关. T应力的存在使得I型裂纹在裂尖±π/3方向上出现2个各向同性点(T应力为正时),使得II型裂纹在裂尖后的裂纹面上出现1个各向同性点. 对于I/II混合型裂纹而言,当T应力为正时等倾线出现距裂尖半径不等的3个各向同性点;反之, T应力为负时在裂尖后只存在1个各向同性点,这些各向同性点分别与I型和II型裂纹情况具有相同的规律.      

对Grüneisen系数高压渐近行为的讨论

P_x为冷压,K_ο和K_ο~1分别为零压体积模量及其对P_x的一次导数,α为随采用物理模型而异的一个参数(α=0,slater公式;α=2/3,Dugdale-MacDonald公式;α=4/3,自由体积公式)。实际的计算结果表明:用上述各模型计算的γ值,对于一般金属材料,大约在兆巴数量级的冷压下彼此趋于接近。     

单边缺口拉伸试件J积分塑性因子有限元分析研究

管道环焊缝的断裂韧性测试是管道完整性评估的基础,而J积分塑性因子的准确计算是断裂韧性测试的前提.本文针对试件厚宽比B/W=2的单边缺口拉伸(single edge notch tension,SENT)试件,建立管道母材不含侧槽与侧槽深度为10％的试件三维有限元模型,研究裂纹长度、试件厚度、硬化指数、试件侧槽对J积分塑...