皮质骨断裂力学行为的实验研究

采用稳态裂纹扩展和疲劳裂纹扩展的实验, 研究了牛皮质骨横向和纵向裂纹扩展的断裂力学行为. 沿着两个方向制备了紧凑拉伸(CT)试件. 由于试件尺寸的限制,采用数值计算方法确定了裂纹尖端应力强度因子与裂纹长度的关系. 在实验中, 采用数字图像相关法精确测定裂纹尖端的位置. 由于裂纹沿横向扩展时有较大的偏斜, 将采用$J$积分测量其断裂韧性. 实验结果表明, 在裂纹扩展的一定范围内, 皮质骨的断裂韧度随着裂纹不断扩展而增大, 即表现出上升的阻力曲线(R-curve)性质.而皮质骨的横向裂纹扩展的断裂韧度要远远大于纵向裂纹扩展的断裂韧度, 表现出各向异性的阻力曲线行为. 在疲劳裂纹扩展中, 纵向疲劳裂纹扩展率要大于横向疲劳裂纹扩展率, 这说明皮质骨具有各向异性的疲劳裂纹扩展性质.      

2D-C/SiC复合材料的单轴拉伸力学行为及其强度

通过单调拉伸和循环加卸载试验, 研究了平纹编织C/SiC复合材料的损伤演化过程及其应力-应变行为. 结果表明, 残余应变、卸载模量和外加应力的关系曲线与拉伸应力-应变曲线具有类似的形状. 基于剪滞理论和混合率建立了材料的损伤本构关系和强度模型, 分析计算表明, 残余应变主要由裂纹张开位移和裂纹间距决定, 而卸载模量主要由界面脱粘率决定; 材料的单轴拉伸行为主要由纵向纤维束决定, 横向纤维对材料的整体模量和强度贡献较小. 理论模拟结果与试验值吻合较好.      

CTOD试验焊缝表面开缺口试样裂纹前沿平直度研究

对于裂纹尖端张开位移(CTOD)试验,焊缝试样中预制疲劳裂纹前沿平直度直接影响了试样制备的合格率,是试验的关键难题之一．试验中常对试样进行预处理以提高裂纹前沿平直度,但由此也使试验结果与实际情况产生一定差异．本文深入研究规范BS7448: Part2中对焊缝试样取样方向的规定,对表面开缺口试样裂纹尖端焊接残余应力进行分析,运用大型有限元软件ANSYS模拟90mm厚钢板焊接过程,求解了横向残余应力沿板厚方向及焊缝方向的分布规律,研究出横向残余应力分布是影响焊缝试样预制裂纹前沿平直度的主要原因,并通过试验进行验证．试验结果表明,表面开缺口试样可不经过局部韧带压缩等预处理而得到合格的裂纹前沿平直度,试验不改变原焊缝残余应力,可测得更加接近焊缝实际情况的CTOD韧度值,给CTOD试验中合理选取焊缝试样取样方向提供了新思路．     

裂纹尖端张开角准则的稳态裂纹扩展实验研究

ASTM和ISO已发布获得低约束条件下断裂性能和裂纹稳态扩展阻力曲线的标准,标准中采用多种试验方法确定临界裂纹张开角度来表征板材的裂纹稳态扩展。本文采用准静态裂纹扩展试验方法,通过摄像技术测定裂纹尖端张开角(CTOA),验证标准对1mm厚度2024-T3铝合金板稳态裂纹扩展行为的有效性。研究了试样构型、裂纹尺寸和是否疲劳预制裂纹对裂纹稳态扩展过程中CTOA的影响。试验结果表明:裂纹扩展2mm后,距离裂纹尖端1mm处的CTOA趋于一个恒定值6°,这个值与试样构型和裂纹长度无关;同时,不预制疲劳裂纹对CTOA值和试样的最大剩余强度影响较小。     

NiMnGa颗粒/环氧树脂复合材料的力学性能研究

将通过球磨法获得的Ni2MnGa颗粒与双酚A二缩水甘油醚环氧树脂混合均匀并常温固化,制备出相应的复合材料试件;通过拉伸-卸载试验研究了NiMnGa颗粒对树脂基体的增强效果;以试验为基础,从细观力学的角度分析了NiMnGa颗粒对树脂基复合材料弹性特性的影响;采用商用有限元软件Abaqus,对NiMnGa/树脂复合材料单胞模型进行了仿真计算。分析结果表明:随着NiMnGa颗粒体积含量的增加,试件的拉伸模量和剪切模量增大、泊松比减小;随着椭圆NiMnGa颗粒长短半轴比的减小,复合材料纵向泊松比增加、纵向拉伸模量减小,横向拉伸模量呈先减后增的趋势,剪切模量则呈先增后减的趋势。通过对比可知试验值、理论值、有限元模拟值数值相近且变化趋势一致。     

三维编程复合材料拉压性能的实验研究

本文通过对三维编程T300／QY9512复合材料纵向和横向的拉伸和压缩试验，研究了三维编程复合材料的刚度和强度特性，通过试验发现纵向拉压以及横向拉压应力应变曲线几乎为直线，具有脆性破坏的特点；三维编织T300／QY9512复合材料纵向拉压强度与横向拉压强度均不同，这主要是因为其破坏模式不同的缘故；另外，声发射数据表明了纵向拉伸试验中试件损伤的发展和破坏与声发射的敲击计数和能量相关。     

连铸板坯热轧中角部裂纹变化的研究

采用有限元方法对轧件角部横向和纵向裂纹在多道次立-平轧制过程中变形行为进行了模拟,分析了裂纹的闭合与扩展行为．结果表明:采用平立辊,裂纹很好闭合,但变形程度大,可能延伸和往轧件顶面移动,对角部横向裂纹,裂纹尖端节点往外扩散,对三角形横向和纵向裂纹,裂纹可能发生折叠;采用孔型立辊,立轧后,轧件裂纹很好地闭合,平轧后,横向和侧面纵向裂纹可能被拉开,顶面纵向裂纹闭合较好,只有三角形横向裂纹可能发生折叠．     

正交弹性材料中双周期裂纹反平面问题的封闭解

研究了无限大正交弹性材料中含双周期裂纹的反平面问题,其基本胞元含有三条裂纹,且三条裂纹的中心恰好位于一等腰三角形顶点。运用椭圆函数、保角变换理论、施瓦兹公式获得了该问题应力场的封闭解,并得到了裂纹尖端处的应力强度因子。该问题结果取特殊情形退化对应于单排共线周期裂纹的解答。通过数值算例,分析了双周期裂纹归一化的应力强度因子随双周期裂纹的横向间距和纵向间距之比/b a 分别取10、5、2、1时的变化曲线。结果表明：对于一定的横向间距,应力奇异因子随纵向间距的增大而减小,但随着纵向间距的增大,纵向间距对应力奇异因子的影响变得不明显;对于一定的纵向间距,应力奇异因子随横向间距的减小而减小,但随着横向间距的减小,横向间距对应力奇异因子的影响变得不明显。     

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.     

聚氨酯(PU)在力学性能测试中的摩擦效应与变形均匀性研究

作为防弹玻璃夹层材料,PU的动态力学性能一直受到学者们的关注。为准确表征其动态力学性能,本文采用ABAQUS有限元软件对不同摩擦系数下的单轴压缩试验进行数值仿真,分析试样加载端面的摩擦效应和几何尺寸对单轴压缩试验结果的影响;结合高速摄影技术(HSP)与数字图像相关技术(DIC)观测到试样在拉伸试验中的动态变形场和应变场,探讨标距段的应力均衡性;同时对PU材料在不同应变率下的单轴压缩、拉伸力学性能进行测试。结果表明:压缩试样的端面摩擦效应限制横向变形,影响了试样内部的受力分布,使得测量得到的应力值偏大;试样长径比越小,端面摩擦效应的影响越大;在单轴动态拉伸试验中,板状拉伸试样的标距段选取应当考虑两端倒角尺寸。通过测试PU的拉、压力学性能,发现材料具有显著的应变率敏感性。