动态剪切型断裂问题

就剪切型动态断裂中存在的破坏模式问题进行了分析讨论,并利用受侧向冲击加载的单边平行双缺口试样,对Ti6Al4V钛合金冲动动态断裂问题进行了实验研究,与经典断裂力学不同,对于不同的材料和不同的加载率条件,结构的剪切断裂分析必须注意区分所存在的3种可能的断裂模式和机制。通过裂尖塑性场及其在高加载率下的热粘塑性失稳的近似分析,给出了Ⅱ型裂纹体绝热剪切起裂的临界条件,理论预测与实验结果的物理现象相符。     

动态断裂韧性:特性及特点

动态断裂过程有着某些特异性并有别于静态断裂过程．断裂韧性一般随加载率提高而降低，但在某些情况下也会提高(如高聚物)．分散性和断裂表面的粗糙度随加载率而提高．时间起着重要作用，并有两个特征时间已被确认：孕育时间和临界时间．本文给出了一些典型的动态断裂例子：层裂，弹塑性动态断裂以及源于缺口的动态断裂．     

薄钢片动态撕裂中断裂韧性的评定

提出了一个关于薄钢片动态撕裂试验能量分析法．在摆锤冲击试验机上按原始的实验方法获得了起始动态断裂韧性R0,dyn,和动态撕裂模量Tdym，为了比较对同样材料进行了静态撕裂试验，以研究加载率V对断裂基本功ГC的影响．结果表明，在加载率1mm／min到300mm／min的变化范围内，断裂基本功Гc随加载率的对数略有下降．由于屈服应力随加载率而增加，作R0,dyn和Tdyn的比较时，观察到动态断裂韧性较之静态结果有一个明显的下降．     

钨合金和钛合金绝热剪切破坏研究

介绍了中国科学技术大学在钨合金和钛合金的绝热剪切变形和破坏研究方面的工作．对截头圆锥形和预扭斜切圆柱形钨合金试件进行了分离式Hopkinson压杆试验，通过微观观察和数值模拟分析了试件中剪切失稳和绝热剪切带形成的机理，发现钨合金的细观结构和试件的应力状态对绝热剪切带形成的敏感性和位置有重要影响．通过钛合金板的冲塞实验研究了绝热剪切和动态破坏的联系，发现由于沿剪切带的孔洞形核和合并过程而出现断裂，最后导致冲塞，所有这些情况下，绝热剪切带在裂纹形成和扩展中起支配作用，正是绝热剪切带造成了试件的动态断裂．     

两种类型的剪切断裂韧性及其裂纹扩展

利用紧凑剪切断裂试验和有限元方法数值模拟对TC4（Ti6Al4V)钛合金及PMMA有机玻璃II型断裂行为进行了研究,试验结果表明：存在两种不同的断裂模式,（a)裂纹起裂方向以相对于原裂纹面70－83度扩展为特征的断裂形态,简称拉伸型扩展。（b)型纹开裂方向以几乎沿原裂纹面方向扩展为特征的韧性剪切断裂形态,简称箭切型扩展,文中着重就后一种开裂方式存在的一些问题进行了探讨。     

GCr15马氏体钢剪切试样断口局部熔融研究

本文采用开45?缺口剪切压缩试样, 比较研究GCr15马氏体钢在准静态压缩和高速冲击下样品断裂面的温升机制. 结果显示两种加载状态的断口上都发现了大量的局部熔融, 说明温升均超过1500℃. GCr15马氏体钢的塑性很低, 然而在剪切应力主导的试样上, 两种加载的剪切面均发生了很大塑性应变. 试样断裂瞬时所释放的能量以及裂纹面间的大滑移摩擦导致局部温升超过熔点. 分析结果表明, 两种加载模式下产生的熔融物均由残余奥氏体和孪晶马氏体组成. 受热的影响, 熔融物下面的基体组织经历了动态再结晶, 从而形成马氏体和奥氏体等轴晶. 因此,在剪应力主导的应力状态下, 马氏体钢的剪切断裂机理与加载速率无关, 高速冲击与准静态加载下的断裂模式和机理没有本质区别. 断裂瞬间产生局部温升促使材料熔融, 这是该材料剪切断裂的特性. 本文结论对GCr15马氏体钢剪切主导断裂机理的认识有重要意义.     

关于受冲击编织复合板的一个例子(实验特征及模型)

本文对厚编织复合材料板由硬的钢圆柱弹丸穿孔问题进行了研究．实验研究表明连续穿孔时在侵彻弹丸附近发生材料的横向剪切以及面内中间层分层的传播，而面内中间层分层的传播将导致纤维的拉伸断裂?由于冲击加载并不是瞬时的，这导致了横向剪切．在接近穿孔极限速度的入射速度(V50)范围内，这一机制依赖于复合材料板的厚度和中间层剪切强度．中间层分层的传播则由弹丸与靶接触时引起的弯曲波所致．由弯曲波所致的面内分层传播这一现象分别引起了面内圆形损伤和沿厚度内的锥形损伤．同时分层传播由弯曲波速所控制，其依赖于纤维的弹性特征、编织层的失效时间(其直接由编织层的弯曲刚度决定)及材料一些特定的失效参数．另外由于增加了拉伸破坏吸收的能量，分层传播还改进了材料的冲击强度．本文提出了一个分析模型来确定分层区域和靶的穿孔极限速度．采用这一模型对穿孔极限速度的计算结果表明其与实验值符合良好．     

增容剂对PP/PA共混体系动态力学性能的影响

采用2种不同的增容剂对PP／PA共混体系进行增容：PP与马来酸酐的接枝共聚物PP—g—MAH和接枝改性的热塑性弹性体TPE—g．并对它们应变率从10^-4s^-1到100s^-1范围内的力学性能进行了研究．试验结果表明：采用PP—g—MAH作增容剂的PP／PA两元体系，在高应变率冲击条件下，界面损伤演化加速，应变约6％时即发生宏观应力应变曲线软化，应变率约2000s^-1，应变约23％时即发生剪切破坏．采用TPE—g界面相容剂的PP／PA两元体系，由于形成分散相为核，界面相容剂为柔性壳的核壳结构，在尼龙粒子及壳层的协同作用下，使该共混体系的韧性得到大幅度提高．该体系在应变率高于3500s^-1，应变约45％时才发生剪切破坏．断裂时单位体积吸收能量大幅度提高．     

细观结构和应力状态对钨合金绝热剪切局部化的影响

用分段式Hopkinson压杆对两种不同的钨合金试件进行了冲击试验。一种为圆台形普通钨合金试件。另一种为经预扭的钨合金试件,两端面倾斜切割,以得到压剪复合载荷。研究发现微结构和应力状态对钨合金绝热发局部化有显著影响。通过扫描电镜和金相显微镜观察,对试件中剪切失稳和ASB形成的机理进行了分析。对圆台形试件中绝热剪切带的形成和发展还进行了有限元数值模拟。在两种试件中都发现,绝热剪切带（ASB）的形成和发展是试件最终破坏的原因。     

冲击加载下纤维增强水泥的动态损伤和失效特性研究

为了研究纤维增强水泥(FCEM)在冲击加载下的损伤演化特性，我们发展了一种基于压剪联合加载的横向剪切波跟踪技术(SWT)。该技术可以实时跟踪测量试样内部损伤失效行为．初步实验结果表明，FCEM的P—V Hugoniot线具有4个特征点A、B、C、D，分别对应材料的HEL点，剪切强度极限点(损伤至失效转变点)，孔洞崩塌点和密实介质再压缩点，其中孔洞崩塌约产生10％的体积压缩．本文采用三维离散元方法(DM3)对脆性材料中的孔洞崩塌进行了数值模拟，得到较满意的结果．     

冲击荷载下C型G550冷弯钢的断裂机理研究

以C型G550薄壁冷弯钢构件为研究对象, 通过材料在不同应变率下的拉伸实验和数值模拟数据得到Johnson-Cook (J-C)本构模型和Johnson-Cook失效模型参数. 通过Abaqus软件模拟了不同冲击荷载作用下C型冷弯钢构件撕裂破坏的全过程, 利用落锤装置轴向冲击试验进行对比, 其实验结果与有限元数值模拟结果有良好的一致性. 此外, 对冲击试样撕裂断口进行微观形貌分析, 得到构件的断裂机理. 结果表明: 随着冲击速度的提高, 冲击力对构件的加载时间增加, 构件需要较大的塑性变形来吸收冲击能量; 冲击速度越高, 裂纹扩展功所占吸收冲击能量的比例越大, 显示出高速下裂纹扩展的能力越好; 冲击速度较高时, 以脆性断裂为主, 断口出现解理面, 甚至在高速变形时发生了绝热剪切破坏.     

集中荷载下叠合梁抗剪强度

本文对低叠合面钢筋破简支在合梁二阶段受力的斜截面抗剪性能进行了试验研究，并运用非线性有限元分析和试验实测数据，得出了一个适合于集中荷载下高低叠合面叠合梁的抗剪强度计算公式．     

镁合金钢板内固定治疗胫骨中段骨折的有限元分析

运用有限元分析法, 评价镁合金、钛合金、不锈钢3种不同材料在治疗胫骨干骨折的力学性能差异. 以Dicom格式导入Mimics 20.0软件中建立胫骨三维模型, 并运用Geomagic与Solidwork软件制作胫骨骨折内固定模型, 将上述模型导入Workbench 2020软件中, 赋予材料属性, 给予轴向载荷、扭转载荷2种加载模式, 分析3种材料的应力和位移. 在600N轴向加载模式下, 钛合金内固定应力为(117.42±0.07)MPa, 位移为(0.73±0.11)mm; 镁合金内固定应力为(117.11±0.04)MPa, 位移为(0.82±0.08)mm; 不锈钢内固定应力为(117.53±0.03)MPa, 位移为(0.62±0.13)mm. 在30N?mm扭转加载模式下, 钛合金内固定应力为(174.50±0.33)MPa, 位移为(0.75±0.07)mm; 镁合金内固定应力为(168.75±0.15)MPa, 位移为(0.82±0.16)mm; 不锈钢内固定应力为(176.23±0.51)MPa, 位移为(0.61±0.13)mm. 结果表明: 2种不同加载模式下3种不同材料的内固定结果数值差异不大, 镁合金内固定与钛合金内固定、不锈钢内固定力学性能相似, 而镁合金更亲和人体, 可以代替传统医用金属材料用以治疗胫骨中段骨折.     

预制桥墩节段节点抗剪性能研究—–拟静力试验

预制节段拼装桥墩在节段接缝处混凝土断开, 仅通过纵向钢筋和剪力键连接相邻节段, 节点抗剪承载能力是设计工程师所关心的关键设计变量. 通过拟静力单调加载直接剪切试验研究了3组节段节点的抗剪性能, 试验参数包括剪力键的数量和长度、平接缝、接触面约束应力等. 分析了试验得到的剪切力—滑移曲线、受力阶段和破坏机理, 根据试验结果的回归分析得到了预制节点抗剪承载力经验公式, 并与AASHTO和已有文献中的回归公式进行了比较. 结果表明, 带剪力键试件的剪切破坏形式为多个阳齿的剪断和单个阴齿的斜裂缝, 平接缝试件的剪切破坏形式为滑移和截面的拉伸裂缝, AASHTO公式计算结果与试验结果趋势一致. 多剪力键干接缝试件发展了较好的延性剪力—滑移响应, 可作为推荐的预制拼装桥墩接缝构造形式.