Ⅱ-Ⅲ混合型裂纹相变增韧分析

本文采用压力敏感准则和松函数法对相变增韧陶瓷Ⅱ-Ⅲ混合型裂纹的增韧效应进行了理论预测。分别给出了静止裂纹和定常扩展裂纹相变塑性屏蔽的理论表达式。结果表明：相变对静止裂纹有甚微的负屏蔽效应，并随KⅢ/KⅡ的比值而波动；相变对定常扩展裂纹的增韧结果除与材料弹性模量、相变尾区高度和相变体积分数有关外，还与KⅢ/KⅡ的比值有关。     

相变增韧陶瓷Ⅱ型裂纹增韧分析

本文采用压力敏感和权函数法，对相变增韧陶瓷Ⅱ型裂纹的增韧效应进行了理论预测。分别给出了静止裂纹和定常扩展裂纹相变性屏蔽的理论表达式，结果表明；相变对静止裂纹无增韧效应，纹尖端屏蔽来自于裂纹扩展尾区的贡献。     

相变增韧陶瓷Ⅲ型裂纹增韧分析

本文采用压力敏感相变准则和权函数法对相变增韧陶瓷Ⅲ型裂纹的增韧效应进行了理论预测,分别给出了静止裂纹和定常扩展裂纹相变塑性屏蔽的理论表达式。结果表明:相变体积膨胀对增韧无贡献,裂尖屏蔽来自于晶格剪切和裂纹扩展尾区的贡献。     

陶瓷相变对Ⅰ—Ⅱ混合型裂纹增韧的理论分析

采用压力敏感准则和权函数法对相变增韧陶瓷I－II混合型裂纹的增韧效应进行了理论预测,分别给出了静止裂纹和定常扩展裂纹相变生屏蔽的理论表达式,并通过计算机进行了数值计算,结果表明：相变对静止裂纹有负屏蔽效应,并随KII/KI的比值增大而增大,对定常扩展裂纹的增韧结果除与材料弹性模量,相变尾区高度和相变体积分数有关外,还随KII／KI的比值增大而增大,说明相变对II型裂纹的增韧作用比对I型裂纹的增韧作用更显著。     

含弧形微裂纹相变复合陶瓷增韧分析

弧形微裂纹是复合陶瓷内的常见现象,含少量弧形微裂纹复合陶瓷比无裂纹复合陶瓷的韧性更好,而粒子相变能够提高陶瓷的断裂韧性已经得到普遍承认.本文考虑粒子相变与弧形微裂纹的联合效应,建立含弧形微裂纹相变复合陶瓷的混合型裂纹增韧模型.首先应用压力敏感准则和应变能释放率断裂准则,对含弧形微裂纹复合陶瓷的增韧效应进行了理论预测;然后采用权函数法推导出混合型裂纹的增韧结果,分别给出了静止裂纹和稳态扩展裂纹相变塑性屏蔽的理论表达式;最后根据相变区域与弧形微裂纹相之间的关系,分析增韧结果的尺度效应.结果表明:相变对静止裂纹无增韧作用;相变对稳态扩展裂纹的增韧结果除与材料弹性模量、相变尾区高度和相变粒子的体积分数有关外,还与复合陶瓷的颗粒直径和弧形微裂纹的体积分数有关.     

相变滞后对裂纹屏蔽效应的数值分析

本文针对奥氏体-马氏体双相材料,研究裂纹尖端区弥散分布的奥氏体颗粒在应变诱发时发生的相变对裂纹的屏蔽效应。鉴于实验中已发现的不同相变滞后对裂纹屏蔽效应的不同影响,本研究通过在裂纹尖端区不同位置嵌入相变颗粒,考虑到裂纹尖端区应力应变场的奇异分布及其诱发的相变,将裂纹尖端区相变滞后问题转化为相变颗粒在裂纹尖端区的位置问题。计及奥氏体-马氏体相变的体积膨胀效应进行了平面应力裂纹问题数值模拟,得到了单个相变夹杂对裂纹屏蔽效应的影响规律。结果表明：裂纹尖端区相变夹杂的位置对裂纹的屏蔽效应在距裂尖2倍夹杂直径以内影响极大,且以裂尖86度方向为界。其影响规律与McMeeking 和 Evans理论预言的60度方向不同。     

改进的Irwin模型及裂尖塑性区对断裂行为的影响

本文研究了小范围屈服条件下I型裂纹尖端塑性区对断裂行为的影响.Irwin模型假设塑性区外奇异应力场分布是弹性解的平移,并将塑性区的一部分加上原有裂纹视为等效裂纹.这样得到的等效应力强度因子总是大于相应的线弹性解的应力强度因子,这与塑性区的增韧作用相悖.为了考察塑性区对裂纹尖端附近应力分布的影响,本文提出在塑性影响区内,裂纹延长线上奇异应力分布与线弹性奇异应力场静力等效的原则.在此基础上建立了改进的Irwin模型,并导出了衡量塑性区屏蔽效应的显式表达式,定量地解释了塑性区的屏蔽效应,本文结果与基于相变增韧理论的方法得到的结果在趋势上一致.     

相变增韧陶瓷平面应变Ⅰ型定常扩展裂纹的渐近分析（Ⅰ）

采用Ｂｕｄｉａｎｓｋｙ等人提出的相变增韧陶瓷材料的体膨胀本构关系，利用渐近解法得到该材料平面应变Ⅰ型定常扩展裂纹尖端附近的应力、速率沿角度的分布情况，给出相变区高度和相变造成的韧性增值的计算公式。     

含随机分布微裂纹的相变颗粒增韧陶瓷材料的强度和刚度预报

本文针对相变颗粒增韧陶瓷基复合材料中存在大量微裂的现象，分析了微裂纹产生的原因，利用作者改进的等效平杂理论，研究了相变陶瓷中微裂纹对材料强度与刚度的影响，通过与Ａｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２陶瓷的三点弯曲实验结果的比较表明，理论与实验结果十分接近，说明本文理论模型是合理的，同时也证明了微裂纹对相变陶恣材料的重要影响。     

结构增韧材料在裂纹扩展中的韧度增值

本文分析了由裂纹扩展过程中形成的耗能尾区和桥联段所产生的增韧效应。根据对扩展裂纹的能量积分的贡献,结构增韧材料在裂纹扩展中的韧度增值机制可分解为:尾区体膨胀塑性增韧;尾区剪切屈服带增韧;裂纹面夹杂第二相桥联;未贯穿裂纹的基体桥联。本文结合结构高分子材料和短纤维复合材料等材料体系进行了具体的增韧分析计算。     

一种镍基双晶材料疲劳裂纹扩展效应

对晶界平行裂纹和晶界垂直裂纹的双晶体进行三点弯曲疲劳实验，研究了双晶材料的疲劳裂纹扩展规律，测定了双晶的疲劳扩展速率，揭示了晶界对晶粒疲劳裂纹扩展的屏蔽效应：当裂纹距晶界某一特定长度时，裂纹扩展速率最快；而裂纹顶端交于晶界时，裂纹扩展速率最侵．进一步的晶体滑移有限元数值分析揭示了这种屏蔽效应的机理：晶界附近不协调的塑性变形，导致了裂纹尖端应力场的重新分布．     

NiTi形状记忆合金裂纹尖端热力耦合行为研究

本文对NiTi形状记忆合金I型裂纹尖端热力耦合行为进行了数值仿真分析和实验验证。建立了包含相变和热力耦合的本构模型,通过有限元计算得到了裂纹尖端附近的纵向应变、马氏体体积分数和温度场分布,依据马氏体相变情况对裂纹尖端有效应力强度因子进行了修正,揭示了加载速率对形状记忆合金裂纹尖端有效应力强度影子的影响规律。参数研究表明,随着加载频率的增加,裂纹尖端附近温度逐渐升高,马氏体相变区域逐渐缩小,有效应力强度因子呈下降趋势,形状记忆合金表现出增韧效应,有助于减缓裂纹扩展。本研究结果对于揭示热力耦合作用下超弹性形状记忆合金疲劳裂纹扩展规律具有重要参考意义。     

动态裂纹扩展中的分形效应

假设裂纹顶端沿着分形轨迹运动，建立了裂纹扩展的分形弯折（ｋｉｎｋｉｎｇ）模型来描述裂纹的动态扩展。根据这个模型，我们推导了分形裂纹扩展对劝态应力强度和裂纹速度的影响．动态应力强度因子与表观应力强度因子之比Ｋ（ｌ（ｔ），Ｖ）／Ｋ（Ｌ（ｔ），Ｏ）是表观裂纹速度Ｖ＿Ｏ，材料微结构参数（ｄ／Δａ），分维Ｄ和裂纹扩展路径的弯折角θ的函数。本文研究结果表明：在分形裂纹扩展中，表观（或量测）的裂纹速度Ｖ＿Ｏ很难接近Ｒａｙｌｅｉｇｈ波速Ｃ＿ｒ．动态断裂实验中Ｖ＿Ｏ明显低于Ｃ＿ｒ的原因可能是分形裂纹扩展效应所致。材料的微结构，裂纹扩展路径的分维和弯折角均很强地影响动态应力强度因子和裂纹扩展速度。     

复相陶瓷中颗粒桥联与相变协同增韧作用的力学分析

本文对复相陶瓷内延性金属颗粒和相变颗粒的协同增韧作用进行了力学分析，其中颗粒桥联效应还考虑了桥联颗粒与基体间工艺残余应力的影响，相变效应考虑了相变体膨胀和剪切塑性对增韧的共同贡献。数值计算结果与Ａｍａｚｉｇｏ－Ｂｕｄｉａｎｓｋｙ的结果及２Ｙ－ＴＺＰ／２０ＶＯＬ％Ｎｉ的实验结果作了比较。     

用于断裂可靠性设计的P—Km—da／dN—△K曲面

本文提出了疲劳裂纹扩展Ｋｍ－ｄａ／ｄＮ－△Ｋ曲面，并给出了Ｐ－Ｋｍ－ｄａ／ｄＮ－△Ｋ曲面实验数据处理及参数估计公式，利用该曲面可进行断裂损伤折算及随机载荷谱作用下构件裂纹扩展寿命估算。最后给出了一实例。     

用于断裂可靠性设计的P-Km-da/dN-ΔK曲面

本文提出了疲劳裂纹扩展Ｋｍ－ｄａ／ｄＮ－ΔＫ曲面，并给出了Ｐ－Ｋｍ－ｄａ／ｄＮ－ΔＫ曲面实验数据处理及参数估计公式；利用该曲面可进行断裂损伤折算及随机载荷谱作用下构件裂纹扩展寿命估算。最后给出了一实例。     

陶瓷增韧力学中的相变准则

本文对相变增韧陶瓷材料提出两个相变准则:(1)体膨胀—剪切应变能相变准则,(2)最大正应变相变准则,并导出Ⅰ型应力—应变场诱发相变的增韧表达式。由此得出的理论增韧值与目前已有的相变准则相比,大大接近实测值。特别是能量型准则,所得结果能覆盖以实验为基础的Chen准则的结果。     

扩展裂纹准静态渐近解中的矛盾

裂纹尖端附近的应力应变场是一个相当复杂的问题,对于不同的情况,这个场具有完全不同的渐近属性.具体说来,场的渐近属性取决于裂纹状态(静止还是扩展)、几何特征(平面应变还是平面应力)、加载速度(准静态还是动态)、裂纹型式(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型)及材料性质(弹性、塑性、蠕变、……).其中,人们较为重视的一种情况是扩展裂纹尖端的塑性场.而且,为了使问题简化,通常采用准静态假定.对于理想塑性材料Ⅲ型扩展裂纹的渐近解由Chitaley和McClintock给出.对于Ⅰ型裂纹,Slepyan采用Tresca属服条件给出了渐近解,高玉臣和Rice采用Mises屈服条件得到了渐近解,但这些解只适用于     

陶瓷材料相变增韧尺寸效应的力学分析

利用计及相剪切效应的陶瓷材料本构关系和裂尖场的双参数表达式对平面应变Ⅰ型裂纹定常扩展过程进行渐近分布。基于渐近场和能量积分，得到韧性增值的估算公式，并且根据数值结果和实验现象进一步讨论相变剪切塑性和应力非奇异顶的影响。     

复合型裂纹的裂纹面扭转角

针对含有Ⅲ型裂纹的复合型裂纹扩展后,裂纹面发生扭转,提出垂直于裂纹扩展方向平面上的最大周向应变控制裂纹面的扭转。并推导了各种复合型裂纹面扭转角公式,Ⅰ－Ⅲ复合型裂纹扩展速率试验表明：裂纹面扭转角的试验值与静载失稳条件下的理论值符合得较好。