非平衡统计断裂力学基础

非平衡统计断裂力学是用非平衡统计概念和方法结合微裂纹(或微空洞)演化动力学从微观机理推导出宏观力学量的断裂理论.它以微裂纹演化方程为核心,结合从微观机理求得的微裂纹长大速率和成核率以及最小强度原理,统一导出微裂纹分布函数、断裂概率、可靠性、失效率、损伤断裂动力学方程、强度、韧度和寿命等各种与断裂有关的力学量的统计分布函数、统计平均值和统计涨落.本文理论可广泛适用于金属和结构陶瓷的脆性、疲劳、延时和环境断裂等多种断裂类型.本文通过金属的脆性、疲劳和延时断裂,扼要综述了上述主要思想、方法和结果.      

损伤和断裂的统一

本文讨论了连续损伤力学基础的缺陷,从微裂纹随机演化出发给损伤概念作出新的普适的统计定义,导出了损伤断裂几率的动力学方程,使损伤、断裂、统计、微观机理及宏观特性五者有机地相结合,从而有可能形成一个统一的损伤断裂微观统计理论。     

脆性断裂的概率统计方法

针对脆性材料的破坏问题,根据缺陷累计失效概率的概念,得到了脆性材料发生破坏的概率公式,它是缺陷密度和缺陷累计失效概率的函数,同时缺陷累计失效概率又是应力的函数;指出某些研究者所提出破坏概率公式是此概率公式的特例;分析了缺陷数密度和缺陷累计失效概率对试件破坏的影响;利用所得到的破坏概率公式和概率统计的知识,给出了碎片的尺寸和数目的分布公式.     

金属材料脆性断裂机理的实验研究

材料的脆性断裂有许多准则和模型,但对脆断机理和变化规律缺乏合理的描述,给工程应用带来不便。本文对典型脆性材料球墨铸铁、灰铸铁分别进行了拉扭双轴断裂实验和常规拉伸、扭转破坏实验;对韧性金属材料合金钢进行了单轴拉伸颈缩破坏实验。通过上述实验分析了脆性材料和韧性材料发生脆性断裂的机理特征并选择应力三维度作为应力状态参数描述危险点的应力状态,同时考察了脆性材料和韧性材料发生脆性断裂的主导因素。结果表明:韧性材料45#钢和14CrNiMoV合金钢在颈缩断面心部应力三维度值较大时发生脆性拉断,而在颈缩断面边缘处应力三维度值较小时发生剪断;脆性材料球墨铸铁在应力三维度值为0.0～0.33之间变化时均发生脆性断裂;灰铸铁在应力三维度值大于0.0时发生脆性拉断,而在应力三维度值小于0.0时发生剪断。因此可以认为,材料的细观组织结构和危险点应力状态是影响断裂机理及变化规律的主要因素。对于同种材料,随着应力三维度代数值从小向大变化材料的断裂机制由塑性剪切断裂逐渐转变为脆性断裂。本文通过对几种材料的脆性断裂危险点和断裂方向的研究给出了脆断宏观破坏条件。     

热激活断裂统计理论

本文研究了原子键机理与宏观特性相结合的热激活断裂非平衡统计理论,统一导出了微裂纹分布函数、断裂几率、可靠性、断裂寿命分布函数和平均断裂寿命。     

损伤统计演化方程的性质和数值模拟

通过对一种含成核尺寸效应的损伤统计演化方程性质的分析和数值模拟,揭示了损伤率主要是由微损伤在二维相空间中的前沿的运动所决定的这也就是Kachanov提出的损伤率演化方程的物理基础数值结果进一步显示了含成核尺寸效应模型在损伤发展上与-维模型的区别而且,由几种形式的细观动力学算出的损伤率与损伤的关系简单,可近似拟合为宏观上封闭的形式     

固体中微裂纹系统统计演化的基本描述

本文建议了一种在外界载荷作用下,在固体中产生的微损伤的统计演化的理论描述方法。特别是,作为一个例子,讨论了理想微裂纹系统,以便了解在微裂纹成核和扩展过程中,损伤演化的基本行为。本文也简单讨论了有关的平均损伤函数。     

分隔式双流道涡轮非稳态特性的形成机理分析

在非稳态条件下对分隔式双流道涡轮进行了数值模拟,得到了呈现出充盈和排空效应的涡轮非稳态特性圈;并分别从宏观和微观角度对涡轮非稳态特性进行了分析。结果表明：在同一个非稳态特性圈内,排空段的平均效率较充盈段高17.17个百分点,主要原因在于排空段的流速高于充盈段;内外流道脉冲波形成的非稳态特性圈之间的区别主要在充盈段,内流道充盈段的非稳态平均效率较外流道充盈段高10个百分点;脉冲波从内流道进入时,涡轮的总体流动损失小,即总体熵增较小。     

加筋材料的格形模型和统计数值方法

本文采用格形化方法和统计技术建立加筋复合材料有限元力学模型,使用自动选取载荷步长方法和非平衡迭代技术,对加筋复合材料的宏观等效模量和破坏全过程进行了数值模拟,分析了材料分布的非均匀程度,相对体积比和横截面加筋分布方式对加筋复合材料整体宏观等效模量和承载力的影响。     

Nonequilibrium statistical foundation of fatigue fracture

The physical foundation of statistical law of fatigue fracture is discussed. The universal forms of the microcrack growth rate, fluctuation growth coefficient and distribution function and fatigue life distribution function have been given. The project is supported by the National Natural Science Foundation of China     

LC4-M材料复合型韧断主要影响因素的分析

通过分析LC4-M铝合金材料在不同复合比载荷下的断裂试验结果,参照常规断裂现象,修正了一般断裂试验中认定裂纹启裂方向的方法,结合不同复合比下裂尖附近应力三维、主应力方向的计算分析,得到:在裂端的钝化变形区域、应力三维度的极大值处,对应于裂纹的启裂位置,即使在高韧性材料中发生剪切断裂的情况下也是如此;裂纹的启裂方向在拉伸断裂时与启裂点最大拉应力方向有关,在剪切断裂时与启裂点最大剪应力方向有关,引起两种形式断裂的主要因数和破坏机理有很大不同.     

A model for the deformations and thermodynamics of liquids involving a dislocation kinetics

A model for the deformation and thermodynamics of liquids is developed that depends on dislocation kinetics. The approach uses concepts from statistical mechanics to model a stochastic evolution equation for a scalar dislocation density function. The dislocation density is used in an idealized model for the discrete discontinuous deformation due to dislocation motion and dislocation creation kinetics. The total deformation functional for a liquid is modelled as a continuum deformation of an idealized lattice structure plus the discontinuous deformation due to dislocation kinetics. This results in a thermodynamic model that has an elastic response from the continuum lattice structure and a fluid response from the dislocation kinetics.In the thermodynamics, a generalized internal energy functional is assumed to exist and to have a dependence on the functions of entropy, continuum lattice strain, scalar dislocation density, velocity, and mass density. The continuum lattice strain is termed the recoverable strain and its conjugate variable is the thermodynamic stress. The conjugate variable to the scalar dislocation density is the thermodynamic chemical potential for a dislocation configuration, somewhat analogous to Gibbs' treatment of chemical potential for various mass species.This model implies that a liquid and a crystalline solid have analogous deformation and thermodynamic responses. Their differences appear in the dislocation densities and in the dislocation chemical potentials. To illustrate the deformation response analogy, some solutions are developed for simple laminar shear flows. Also, using some concepts primarily from Kuhlmann-Wilsdorf's melting model, a definition for a specific dislocation creation heat equivalent is given. This thermodynamic formalism suggests that the melting process can be modelled as the consequence of a continuous change in the dislocation density function.Work performed under the auspices of the U.S. Department of Energy by the Lawrence Livermore National Laboratory under contract No. W-7405-ENG-48.     

固体的冲击拉伸碎裂

固体材料在冲击拉伸载荷作用下常常会断裂成多个碎片(碎片化),固体材料碎片化的物理机制是多点损伤同时在固体中成核和发展,导致固体多处破坏。自 Mott 对固体的动态碎裂问题进行了开创性研究后,几十年来,对固体动态碎裂机制的研究一直是应用物理学、力学、航天和兵器工程等领域共同关心的重要课题。本文介绍了在冲击拉伸载荷作用下固体的动态碎裂研究的发展历史,给出相关的理论分析、实验研究和数值模拟的研究进展,特别针对现有的各种关于碎片尺度、碎片分布、以及碎片化物理机制的理论模型进行了较详尽的阐述和讨论,最后指出现有实验和理论研究中仍然存在的关键科学问题及进一步的研究展望。     

THE DISLOCATION EQUATIONS OF A SIMPLE CUBIC CRYSTAL IN THE ISOTROPIC APPROXIMATION—A SOLVABLE MODEL

The dislocation equations of a simple cubic lattice have been obtained by using Green's function method based on the discrete lattice theory with the coefficients of the secondorder differential terms ...