用剪切波聚焦影象全息摄影检测应力腐蚀裂纹

前言对于金属结构中存在的裂纹,用无损检测方法确定其尺寸,早已在实践中采用.从安全角度看,为估计结构物的强度,这是非常重要的.常规的超声脉冲回波检测法早已广泛用于探测结构物中存在的裂纹并估计裂纹的尺寸.     

基于小裂纹理论的疲劳设计方法研究

根据ETS理论,引入小裂纹的特征尺寸0a,对从缺口根部萌生的小裂纹扩展机理进行研究,并将小裂纹理论与疲劳设计理念相结合,进一步提高了构件的安全性.结果表明:基于小裂纹理论分析缺口构件的疲劳性能时,可通过缺口几何尺寸、外荷载、材料疲劳极限、裂纹扩展门槛值等参数来确定缺口敏感系数q的值,这种方法与目前常用的利用经验公式计算q的方法相比具有明显优势;设计中恰当地考虑小裂纹行为,能够计算出构件对无法检测的小裂纹的容许应力,这对结构的安全性分析是十分有利的;将环境影响下的裂纹问题等效为疲劳小裂纹问题,有利于从力学角度对其进行分析.     

基于PECT-EMAT复合检测方法的铁磁性材料的复合缺陷检测

铁磁性材料在现代能源工业设备关键结构上广泛应用。一些关键部位由于生产、使用时产生的拉应力状态及环境影响，易萌生表面应力腐蚀裂纹，同时在弯管或焊缝处经长期冲蚀也可能出现内部局部减薄缺陷，对工业设备结构的安全可靠性构成了严重的威胁。本研究提出并开发了基于脉冲涡流-电磁超声复合电磁无损检测方法来检测铁磁性试件的表面裂纹和底部减薄缺陷。并开发了基于频谱滤波的信号分离方法，成功提取出复合检测中的脉冲涡流信号和电磁超声信号。实验结果表明，其中脉冲涡流信号可以有效检测试件的表面裂纹，电磁超声信号可以很好地定量试件底部减薄缺陷的残余厚度。由此可见，本研究开发的新型方法可以同时检测试件上下表面两种类型的缺陷，具有明显的优势。     

断裂力学简介

断裂力学是固体力学中研究带裂纹材料强度的一门新学科。它在生产上有着重要的应用价值,受到航空、造船、交通、原子能、火箭、化工、机械以及军工等各工业部门的普遍重视。近年来,它在国内外都发展很快。 材料在生产和加工过程(例如冶炼、锻造、铸造、焊接、热处理)中,不可避免地会产生这样或那样的缺陷和裂纹。同时在使用过程中,由于氢的渗入、中子的照射、腐蚀作用、疲劳作用都会使材料局部劣化或脆化而产生裂纹。因此,在实际构件中,不论是否被探伤仪器所发现,总是客观地存在着缺陷或裂纹。但是在断裂力学出现之前,人们是以“材料是无缺陷的、连续的、均匀的介质”为前提,来计算构件的承载能力,作为设计产品的依     

承压热冲击下反应堆压力容器的塑性失效分析

承压热冲击（PTS）使反应堆压力容器（RPV）的完整性面临极大的挑战,尤其是在喷嘴周围的环带区。考虑到瞬态温度处于零韧性参考温度之上,引入非线性材料性能来模拟一个真实RPV的混合温度场和应力场。应用扩展有限元法对喷嘴区中的裂纹扩展过程进行模拟,并得到了承压热冲击下的临界裂纹尺寸。结果显示,PTS初期的热应力效应显著,后期热-机械耦合作用产生的峰值应力很可能会引起结构失效。应用直接和间接耦合法得到的数值结果吻合,且后者的计算效率较高。在塑性极限承载状况下,裂纹尖端在靠近内壁的位置容易产生扩展。离内壁较远的裂纹尖端由于受热冲击影响较小,发生裂纹扩展的可能性相对较低。随着基体墙厚度的减小,容许的裂纹尺寸急剧缩小,接近临界承载状态时稳态裂纹扩展的程度明显降低。     

旋转防喷器壳体疲劳裂纹扩展研究

受井内高压和岩屑颗粒反复碰撞,旋转防喷器壳体会出现裂纹,裂纹的进一步扩展会导致壳体发生破裂。本研究基于Paris公式研究旋转防喷器壳体的疲劳裂纹扩展寿命,通过疲劳裂纹扩展试验确定Paris公式的材料常数,通过有限元模拟对CT试样进行疲劳裂纹扩展研究,分析初始裂纹尺寸、载荷大小的影响。结果显示：实验结果与有限元仿真结果能较好吻合;随着初始裂纹尺寸的增加,裂纹前缘应力强度因子逐渐增大,初始裂纹开始扩展,深度亦会随应力幅和应力比的增大而增大,而裂纹扩展寿命随着裂纹长度和载荷增大而减小,随着应力比的增大而增大。该研究为旋转防喷器安全使用提供一定的理论依据和研究方法。     

狭长缺口根部萌生的小裂纹扩展分析

根据伴随着小裂纹延展过程中不同力学参数相互作用的分析研究基础之上,我们就疲劳小裂纹的扩展特性进行了分析,根据不扩展裂纹性质对小裂纹的长度范围进行了讨论,探讨了狭长缺口根部萌生的小裂纹扩展速率, 并研究了不扩展裂纹形成机理,推演出不扩展裂纹长度计算方法,发展出一种预测小裂纹扩展行为的方法,借助这种方法可以实现裂纹萌生寿命的预测,与疲劳设计相结合可以进一步提高构件安全性与可靠性．不扩展小裂纹的长度可以通过计算定量得到,它与材料的疲劳极限、裂纹门槛值及缺口尺寸等参数紧密相关．以理论数据为依据,可以设计出针对一定材料及尺寸的试样,使其在一定荷载条件下不扩展裂纹长度达到宏观可观测的范围,进而降低小裂纹测量方面的技术难度,进一步验证不扩张裂纹形成机理．     

自紧身管临界裂纹尺寸的概率断裂力学研究

基于概率断裂力学理论和Mome Caflo模拟方法，本文进行了自紧身管临界裂纹尺寸的可靠性研究。自紧身管内表面的疲劳裂纹考虑为半椭圆形式。裂纹尖端处的应力强度因子由内压和自紧残余应力共同产生。自紧残余应力采用了符合身管材料具有强化和包辛格效应性能推导的公式计算，它产生的应力强度因子通过权函数方法得到。根据断裂准则，可计算出自紧身管的临界裂纹尺寸。实例分析表明，对数正态分布为临界裂纹尺寸的最佳分布，同时给出了在各种置信度和可靠度下自紧身管的临界裂纹尺寸。     

焊接热影响区断裂性能试验研究

钢框架梁柱节点在最近几次地震中经历了大量断裂破坏现象。可以采用杆端非线性弹簧模型对这种破坏模式进行数值模拟。为了确定断裂分析模型的参数，本文进行了结构钢（Q235c,Q345c)焊接热影响区断裂性能试验研究，获得了两种材料在焊接热影响区的JR阻力曲线。通过比较不同的断裂准则，考虑了裂纹失稳扩展前的稳态裂纹累计，根据J积分撕裂模量法建立了裂纹失稳的失效评定图。采用两种材料分别制作了一组外形尺寸一致，初始裂纹尺寸不同的单边裂纹焊接板，测出相应的极限拉伸应力，并和理论曲线进行了对比。最后，对于本文研究结果的适用范围做了说明。     

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。     

随机分布共线微裂纹的强相互作用

微裂纹串接为宏观灾难性裂纹的过程取决于相邻微裂纹的强相互作用。微裂纹的分布规律影响材料的强度和韧性。本文研究简单的共线微裂纹构型，确定由于微裂纹长度和韧度尺寸的统计分布所产生的影响。研究结果预计了脆性材料的尺度效应，即对于相同密度的微裂纹分布，大尺寸构件的强度比小尺寸构件要低。计算还表明脆性体的强度随微裂纹分布函数标准方差的增加而减小。     

基于数字孪生的飞机蒙皮裂纹智能检查维修策略

飞机结构的裂纹扩展受到多种随机和认知不确定因素的影响。为了综合利用基于物理知识的模型预测结果与基于检查的观测结果,有效地追踪和控制不确定性,本文提出了一种基于数字孪生的飞机蒙皮裂纹智能检查维修策略。以铆钉孔边裂纹的飞机蒙皮为研究对象,该方法结合降阶的断裂力学仿真模型、疲劳裂纹扩展模型、裂纹长度检查数据,在动态贝叶斯网络框架下综合考虑了裂纹尺寸初始分布、材料参数、飞行载荷、测量误差等不确定因素,根据损伤的概率性诊断结果动态调整裂纹的检查与维修时间。仿真结果表明该方法能够有效追踪不确定性的裂纹扩展,可以为飞机蒙皮裂纹的智能检查维修提供方法和依据。     

焊接接头热影响区的海水腐蚀疲劳裂纹扩展速率

本文采用T型板状焊接接头试件承受弯曲循环载荷进行空气中和海水自由腐蚀条件下的疲劳裂纹扩展试验(海水中试验条件为R=0-0.1,加载频率0.2Hz,海水温度20℃±1℃),得到了海上平台钢E36-Z35焊接接头热影响区在空气中和海水中裂纹扩展速率da/dN～AK曲线和Paris公式中相应的C和m值,并进行了讨论. 应用本文得到的试验数据,用断裂力学方法对板状焊接接头在空气中和海水中自由腐蚀条件下的疲劳裂纹扩展寿命进行了估算,结果表明,在适当考虑裂纹起始寿命的情况下,用断裂力学方法估算的疲劳裂纹扩展寿命与试验结果相当符合.文中还讨论了初始裂纹尺寸的选取对估算裂纹扩展寿命的影响.     

非线性超声相控阵无损检测系统及实验研究

相控阵超声无损检测技术近年来在无损检测领域得到了越来越广泛的应用。但当前相控阵超声检测基于传统线性超声,对于材料或结构的微缺陷、微裂纹等缺陷不敏感。研究基于超声的非线性效应的非线性超声无损检测技术对于克服线性超声相控阵技术的不足具有积极的意义。本文设计和开发了基于非线性超声相控阵的无损检测系统,并利用超声检测的标准试件对该系统的性能进行了检验。对比测试了常规线性超声方法、基于滤波的非线性超声方法以及基于反相脉冲的非线性超声方法对于钨丝线靶、超声仿体以及碳钢试块的检测效果。测试结果表明,非线性超声相控阵无损检测技术与传统线性超声相控阵无损检测相比具有空间分辨力高、缺陷分辨力强等优点,而基于反相脉冲的非线性相控阵超声无损检测在空间分辨力上比基于滤波的非线性超声检测方法又有比较显著的提高。     

考虑材料循环塑性的疲劳裂纹扩展模拟

提出了一种考虑材料循环塑性性能的研究疲劳裂纹扩展与闭合行为的有限元模拟方法．对所选用的循环塑性本构关系进行了基本实验检验．探讨了在疲劳裂纹扩展有限元分析中网格尺寸的影响，给出了网格优化准则．研究了在循环硬化条件下考虑裂纹合效应时裂纹面张开廓形、裂纹尖端应力、应变场和正反向塑性区的演变规律．对于循环硬化和不同循环应力比Ｒ等因素对裂纹张开应力水平的影响也作了考察     

海底管线钢焊接缺陷裂纹尺寸容许值研究

裂纹尖端张开位移(CTOD)作为评定海洋工程用钢断裂韧性的重要指标,已广泛应用于现代工业中.根据BS7448:part4标准,采用多式样法对海底管线钢X70进行低温韧度试验,分别建立了焊缝和热影响区的CTOD-R阻力曲线,从而确定了焊缝和热影响区的CTOD启裂值.考虑到铺设之后的安全性问题,采用较小的焊缝CTOD启裂值为参考依据.以此为基础,分别采用SINTAP标准中的一级评定和三级评定对其埋藏裂纹进行安全评估(ECA)考虑铺设环境和残余应力影响,分别得出在铺设条件下的一级评定和三级评定埋藏裂纹容许尺寸.以试验数据为依托,以BS7448和SINTAP规范为理论指导,为海底管线铺设工程中的焊接缺陷验收和拒收提供了依据,为海底管线钢质量的优劣提供参考.     

颗粒缺陷相互作用下复合材料的细观损伤模型

含尖角的非椭球颗粒附近应力集中较大,诱导缺陷形成裂纹是材料损伤的重要来源.对于强界面颗粒,大刚度颗粒诱导裂纹向基体中扩展形成近似平面片状裂纹,认为诱导裂纹受颗粒应力附近应力场控制,基于有效自洽理论建立了材料细观损伤模型,得到了单向拉伸下的损伤演化,并分析了颗粒形状、尺寸、颗粒性能以及颗粒与初始缺陷相对位置等因素对材料损伤的影响.结果表明,非椭球颗粒更易诱发裂纹,同样外载应力下,损伤程度更大,含非椭球颗粒材料强度更低;含扁平型的颗粒材料裂纹损伤过程更加明显并且材料强度更大;提高颗粒刚度和含量能够增大材料强度.材料中存在尺寸过大或过小的初始裂纹时材料损伤过程不明显.     

含力磁屈服区的压磁材料硬币型裂纹问题研究

本文利用Hankel 变换及Copson 求解方法,得到了在无穷远处磁荷载以及对称力荷载作用下的无限大压磁材料中,硬币型裂纹在裂纹尖端含有环状力磁双屈服区情况下的相关解析解．本文考虑了磁屈服区尺寸小于、大于、等于力屈服区尺寸的三种情况．结果表明：屈服区尺寸不仅与外荷载及材料常数相关,更与力磁屈服区尺寸的相对大小有关;其中,较大尺寸的屈服区仅受同性质单一荷载影响,与材料常数无关;而较小尺寸屈服区受力磁两荷载与材料常数共同影响;裂纹张开位移、磁势跳变均沿裂纹面径向增大而减小;裂尖张开位移、裂尖磁势跳变与材料常数相关,且随外荷载增大而增大．     

结构破坏的尺度律

文中综述了结构破坏的尺度律和尺寸效应的研究进展,尤其将重点放在准脆性材料的分析上,因为它们的尺寸效应是重要和复杂的．在回顾了尺寸效应研究的悠远发展史以后。着重讨论了三种主要类型的尺寸效应,即由于强度随机性引起的统计尺寸效应、能量释放的尺寸效应和由于微裂纹或断裂的分形特性可能引起的尺寸效应．得出了这些理论应用的明确结论．之后讨论了如何运用已知的尺寸效应律来测量材料的断裂特性,并采用内聚裂纹模型（cohesivecrackmodel）、非局域化有限元模型和离散元模型等对尺寸效应进行模化．文中还进而分析了尺寸效应在压缩失效和车相关材料行为下的有关问题,并讨论了在断裂扩展区描述含微裂纹材料所需的损伤本构关系．最后也讨论了尺寸效应对准脆性材料的多种应用,这些材料包括,如混凝土、海冰、纤维复合材料、岩石和陶瓷等．本文包含了参考文献377篇