评估材料断裂韧性的损伤等效法

以实际结构充实验试件与ＨＲＲ裂尖场的一特征点的损伤相当为原则，建立了ＨＲＲ场的裂尖控制参数与实际试件在结构裂尖控制参数之间的关系．据此可消除不同试件因约束不同而导致的断裂韧性的变化；亦可用来评估实际结构及试件的断裂失效。     

裂尖前方塑性区内的局部弹性场

该文给出了平面应变下，不同材料ＨＲＲ场对应的能量分布图，在裂尖前方扇形域内，静水拉应力很高，约为３σ０－７σ０，而等效效应力却很小，接近屈服应力σ０，使此区内仅能产生弹性体变能。     

基于数字散斑相关方法测定Ⅰ型裂纹应力强度因子

提出了一种通过数字散斑相关方法测定金属材料Ⅰ型裂纹尖端位置和应力强度因子的实验方法.实验采用疲劳试验机对含Ⅰ型缺口的Cr12MoV钢试件预制裂纹,通过数字散斑相关方法测试试件在三点弯曲加载条件下裂纹的扩展过程及裂尖区域的位移场.将位移场数据代入裂尖位移场方程组,采用牛顿-拉普森方法求解含未知参量的裂尖非线性位移场方程组,计算裂尖位置和应力强度因子.实验结果表明,采用该方法可以准确地测定金属材料Ⅰ型裂纹应力强度因子、裂尖位置及裂纹扩展长度,解决了以往研究中因不能准确测定裂纹尖端位置,而无法准确计算Ⅰ型裂纹裂尖断裂参数的难题,揭示了金属材料裂纹扩展过程中应力强度因子演化特征.     

基于数字图像相关的裂纹端部全场三维变形实验研究

基于三维数字图像相关技术(3D-DIC),结合裂尖定位、链式匹配、相关系数阈值化算法,测量金属焊接件裂纹端部的全场三维变形,分析焊接对材料断裂力学行为的影响。实验中采用预制疲劳裂纹的紧凑拉伸试件,以Q235钢为母材,通过改变焊缝位置制备四种不同试件:无焊缝母材试件、焊缝位于中央试件、焊缝偏离中央5mm试件、焊缝偏离中央8mm试件。实验结果显示,3D-DIC既能获得裂纹张开导致的面内变形,提取裂纹尖端张开位移,还能测量裂尖材料屈服导致的局部离面凹陷。对比不同焊接件的裂纹端部场发现,裂纹与焊缝的相对位置对试件断裂力学行为有很大影响。当裂纹位于焊缝处,裂尖张开位移与局部凹陷最为显著,热影响区内裂纹端部的变形也明显大于母材,因此都具有比母材更高的断裂韧度。随着载荷增加,裂纹周围的焊缝边界处容易产生应力集中和局部损伤,最终影响材料的破坏行为。上述结果表明,3DDIC可用来分析非均匀材料的断裂力学行为,有望为实际断裂问题的解决和断裂力学理论的验证与完善提供有效的实验依据。     

铁中Ⅰ型裂纹裂尖场与裂尖形变机制分析

应用有限元及连续介质力学计算了平面应交条件下体心立方铁中不同取向裂纹的裂尖应力场和弹性应变能密度分布,从宏微观相结合角度分析了裂尖场分布与裂尖微结构演化的相互关联.指出裂尖塑性变形的具体形式与裂尖滑移面上分切应力的大小密切相关,并从能量角度解释了裂尖相变产生的原因,最后结合相关分子动力学研究成果探讨了裂尖奇异性区域.     

金属韧性断裂的细观研究

对三点弯曲试件裂尖及断裂过程分别用 Prandtl-Reuss本构、Gurson本构方程作了大变形弹塑性有限元分析 ,并比较了二者的结果。对裂尖应力分布 ,应变分布和裂尖处空穴演化作了初步研究。计算模拟结果表明裂尖空穴化区域是一个很小量级的区域 ,采用 Gurson本构方程来研究裂尖“过程区”比采用 Prandtl-Reuss本构方程分析“过程区”来的合理 ,更接近材料实际断裂过程。     

ZL303合金电磁热止裂后力学性能研究

利用自制的ZL-2超强脉冲放电装置对含有单边裂纹的ZL303合金试件进行电磁热止裂试验。通过微机控制电子万能试验机对止裂前后试件进行拉伸试验,并用SEM扫描电镜对断口进行观察,最后理论分析了受拉伸试件的应力强度因子。结果表明,电磁热止裂技术对ZL303具有良好的止裂效果;放电强化作用主要集中在裂尖附近,裂尖钝化形成焊口,裂尖处组织变细且强度提高,试件的抗拉强度平均提高了16.5%;电热应力强度因子削弱了拉应力所产生的应力强度因子,达到力学性能强化的效果。     

基于扩展有限元法的裂尖场精度研究

扩展有限元方法基于单元分解的基本思想,通过引入位移加强函数来表征裂纹的不连续性和裂尖的奇异性。在裂尖加强单元与常规单元之间有一层混合单元,当对裂尖特定区域进行加强时,混合单元个数相应增加,混合单元个数与计算精度存在一定联系。本文提出一种正方形裂尖加强区域的选择方式,可得到较单个加强和圆形加强精度更高、更稳定的计算结果。对于不同长度的裂纹,表征裂尖场奇异性所需的裂尖加强范围存在较大差异,以正方形裂尖加强方式进行计算,得到了不同裂纹长度下最优的加强尺寸。     

压电体中裂纹与孤立电偶极子的相互作用

研究压电体裂纹与电偶极子的相互作用,得到问题的闭合解,包括应力-电位移场,裂纹张开位移和电势差,以及裂尖应力强度因子,结果表明,电偶极子的方向对裂纹场的影响可由压电体各向异性方向函数表示;当电偶极子位于裂尖附近时,在原点取在裂尖的局部极坐标系中电偶极子位置的极角对裂尖场的影响可由各向异性方向函数表示,电偶极子引起的裂尖应力强度因子与其距裂尖的距离的-3/2次幂成正比。     

韧性断裂的微观模型及其在约束断裂中的应用

详细分析了不同形状断裂试件及小范围屈服模型裂纹端部的损伤演化，提出了韧性断裂的宏观起裂相当于裂尖前方一特征位置处的损伤达到一临界值。利用此模型获得了与实验相一致的宏观断裂韧性及与约束无关的理论断裂韧性。     

带有半埋藏空间裂纹的Cr12构件电磁热止裂分析

对带有半埋藏环形裂纹的Cr12标准拉伸试件进行了电磁热止裂研究.通过ZL-2型放电装置实现了半埋藏空间裂纹的止裂实验,采用微机控制电子万能试验机完成了止裂前后试件拉伸性能测试,同时计算了电磁热止裂前后应力强度因子的变化;建立了超强脉冲电流放电瞬间,环形裂纹尖端附近电流绕流、温度场和热应力场的数值分析模型,通过热-电耦合和热-机械耦合两个过程得到了脉冲放电瞬间拉伸试件中的电流矢量场、温度场和热应力场.研究表明:脉冲电流放电瞬间,围绕裂纹尖端金属熔化,钝化了裂尖,并围绕裂尖形成了热压应力场,得到了超细化的金属组织,止裂后抗拉强度得到了提高,达到了止裂的目的.     

压电圆柱形夹杂对邻近裂纹三维应力场的影响

研究了压电复合材料薄板中压电圆柱形夹杂与邻近宏观钝裂纹间的相互作用。重点分析了外加电场，裂尖与压电圆柱形夹杂间韧带长度对裂尖三维应力场的影响。计算结果表明：在不同的外加电场作用下，压电体不仅能改变裂尖张开应力的大小，还能改变其分布。所得结果对进一步探讨线弹性介质中裂纹的启裂控制有参考价值。     

三点弯曲试样动态应力强度因子计算研究

利用Hopkinson压杆对三点弯曲试样进行冲击加载,采集了垂直裂纹面距裂尖2mm和与裂纹面成60°距裂尖5mm处的应变信号。根据裂尖附近测试的应变信号计算试样的动态应力强度因子,并与有限元计算结果进行比较,结果表明由于裂尖有一段疲劳裂纹区,通过裂尖附近应变信号来计算动态应力强度因子时,如果裂尖位置确定不准及粘贴应变片位置不够准确对计算结果将带来很大影响。因此利用应变片法计算动态应力强度因子时,为了获得更准确的计算结果,在实验后应对试件裂纹面进行分析测量,重新确定裂尖位置,必要时需对应变片至裂尖距离进行修正后再计算动态应力强度因子值。     

热辐射应力图像分析确定裂纹尖端塑性区

本文借助于热辐应力图像分析技术记录了铝质紧养伤拉伸试件的热辐射应力图像。根据裂尖周围温度变化曲线的分布规律确定其特征区的,从而得以裂尖塑性区的开头曲线,并与理论值比较,符合良好。对裂纹扩展面进行ＳＥＭ分析,得出该试件的断裂特性,对于进行细观损伤研究有重要的意义。     

基于三维数字图像相关的低周疲劳试验研究

为研究三点弯曲试件在低周疲劳载荷作用下,裂纹萌生、扩展与循环周期间的关系以及裂纹区域位移与应变场的变化规律,由万能试验机及数字循环加载控制系统对三点弯曲试件施加循环周期载荷。两组CCD和试验机同步采集记录系列交变载荷作用下试件裂纹周边区域的数字散斑图像及载荷,应用三维数字图像相关(Digital image correlation,DIC)技术计算裂纹尖端区域的位移及应变场。通过对裂尖区域位移、主应变等的分析,获得裂纹扩展长度与扩展率等的变化规律。     

加载角度对层理页岩裂纹扩展影响的实验研究

采用分离式霍普金森压杆（SHPB）系统对页岩进行冲击实验,研究层理角度对页岩动态断裂过程的影响,在裂尖设置裂纹扩展计,借助高速摄影和数字图像相关（DIC）技术对页岩中心切槽半圆盘弯曲（NSCB）试件断裂的全过程进行研究,得到了不同加载角度下页岩的动态起裂韧度、裂纹扩展速度、断裂过程中应变场和水平位移场的变化规律。实验发现:不同加载角度下,页岩的动态起裂韧度具有显著的各向异性,加载角度与动态起裂韧度呈正相关;加载角度对试样的裂纹扩展速度具有显著影响,与裂纹扩展速度呈负相关;当冲击速度较低时,切槽方向是裂纹扩展的优势方向,而当冲击速度较高时,试样会产生沿层理弱面的次生裂纹,次生裂纹对试样的断裂具有显著影响。     

含预制裂纹L形梁柱试件动态断裂过程

针对含预制裂纹L形梁柱试件,为研究预制裂纹动态扩展的力学特征及其对梁柱试件破坏模式的影响,采用数字动态焦散线实验系统,对距节点核心区不同距离l处含有预制裂纹的试件进行落锤冲击实验,得到预制裂纹的扩展轨迹、速度、动态应力强度因子的变化规律。结果表明,l值增大,扩展裂纹在梁下边缘的贯通点与预制裂纹的夹角逐渐增大,曲裂程度变大。裂纹扩展速度随着l的增大振荡性增强,裂纹扩展平均速度逐渐降低。l值为2 mm时,裂尖表现为Ⅰ型断裂,l值增大,裂尖受到剪应力作用增强,Ⅰ型动态应力强度因子减小,Ⅱ型动态应力强度因子增大,断裂逐渐转变为Ⅰ-Ⅱ复合型。     

应用云纹干涉法测量力电耦合作用下铁电陶瓷的破坏行为

本文采用云纹干涉系统对的电陶瓷在力电耦合载荷作用下裂纹尖端的力学行为进行全场实时非接触动态细观测量,采用三点弯实验获取裂纹尖端区域在力电耦合作用下与电场集中有关的电致伸缩位移场,应变场,通过分析实验取得的云纹图得到了裂尖区域的位移场,应变场,发现裂尖区域就变随着与裂尖距离的增加衰减的速率比没有电场作用下的理论计算结果要快。     

利用边界单元法求平面问题应力强度因子K_I的应力-位移杂交法

本文提出用裂尖附近2点或3点的应力和位移计算应力强度因子K_I的杂交方法.这种方法充分利用了边界单元法的计算结果,考虑了裂尖应力场和位移场渐近展开式的高阶项,使用远离裂尖的点算出的K_I也有较好的精度,拟合线十分平坦.用算例的结果将杂交法与一般的位移法和应力法进行了比较,同时,对常量单元和线性单元也进行了比较.     

三维约束下幂硬化双材料界面裂尖场分析

本文用Ｊ２形变理论分析了三轴应力约束下，由具有不同硬化指数和硬化系数的幂硬化材料构成的界面裂纹问题．通过在本构方程中引入三轴应力约束因子Ｔｚ，我们考虑了三维约束效应对裂尖场的影响．计算结果表明，三轴应力约束对裂尖场的分布，尤其是对径向应力σｒ和有效应力σｅ有重要影响．本文还探讨了三轴约束和材料性能对裂尖应力奇异性的影响