疲劳裂纹扩展柔度法测量系统研究

为了寻求高温高压环境介质下的疲劳裂纹扩展的测量方法,本文研制了基于柔度法的疲劳裂纹扩展系统。根据显微镜的标定结果,验证该计算机自动测量系统给出了可信的测量结果。其中,位移由涡流位移传感器测得,载荷由试验机自带的标准传感器测得。计算机实时采集并处理测试信号,给出裂纹扩展速率。文中介绍了该系统的功能及应用前景。作为应用实例,给出了４２ＣｒＶ和ＩＲ３Ｍｏ等钢种的疲劳裂纹扩展速度及门槛值。     

冷喷涂试件疲劳裂纹扩展规律试验研究

冷喷涂作为一种新兴的表面处理技术,广泛应用于增材制造和零部件修复等领域。为了探究冷喷涂处理后Q355钢基体的疲劳裂纹扩展规律,对2组标准单边缺口3点弯曲试样进行了冷喷涂处理。在光滑的Q355B钢基材表面分别沉积了纯Al和A5052铝合金涂层,然后对冷喷涂试件和一组未喷涂光滑试件进行了3点弯曲疲劳试验,得到了裂纹尖端张开位移和裂纹长度、裂纹扩展速率和荷载循环次数的规律曲线并进行了对比分析。结果表明：在裂纹扩展长度相同的情况下,冷喷涂试件和未喷涂试件的裂纹尖端张开位移基本相同,且随着疲劳裂纹的延伸,裂纹尖端张开位移也随之快速增大;在一定的裂纹尖端张开位移范围内,冷喷涂处理可以降低疲劳裂纹扩展速率;采用裂纹尖端张开位移作为疲劳裂纹扩展控制参数对冷喷涂试件的疲劳裂纹扩展规律进行判定是准确的,且裂纹尖端张开位移通过试验容易获得,简单方便,可以同时满足裂纹尖端弹性和塑性的情况。     

一种自润滑镍基合金显微组织和相结构分析

为了进一步优化研制的含硫高温自润滑镍基合金的综合性能，以将其应用于新型高效热引擎和推进系统为目的，利用光学显微镜、扫描电子显微镜、电子探针和Ｘ射线衍射仪等，对一种铸态的含硫高温自润滑镍基合金的显微组织和相结构进行了分析．结果表明：这种合金主要由以合金元素Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｒ和Ｍｏ等固溶强化的镍基固溶体基体相、硫化物相Ｃｒ３Ｓ４和复合碳化物相（Ｍｏ０．９Ｃｒ０．１）２Ｃ所组成，具有三元共晶组织特征的显微组织；这种合金的摩擦磨损性能良好，但因Ｃｒ３Ｓ４多呈粗大网状分布，故其强度和冲击韧性都比较差．这为通过调整合金的成分和制备工艺，或采用适当的热处理及后加工工艺改善合金的性能提供了科学依据     

中频感应局部加热弯管回弹的研究

对中频感应局部加热弯管在不同钢管材料及规格，不同弯曲半径及弯曲角度等工艺参数时的加载和卸载的力能参数，应力应变进行了分析和实验研究，提出了中频感应局部加热弯制大直径钢管的回弹理论，计算结果与有限元模拟结果以及实际弯制的２０，１０ＣｒＭｏ９１０和１２Ｃｒ１ＭｏＶ等钢管弯头实测的回弹量吻合良好。     

中频感应局部加热弯管的回弹理论分析和试验研究

对中频感应局部加热弯管在不同钢管材料及规格、不同弯曲半径及弯曲角度等工艺参数时的加载和卸载的力能参数，应力应变进行了理论分析和实验研究，提出了中频感应避部加热弯制大直径钢管的回弹理论，并与实际弯制的２０、１０ＣｒＭｏ９１０和１２ＣｒＭｏＶ三种钢管弯头实测的回弹量进行了比较，理论计算和试验结果吻合良好。     

物理短裂纹疲劳扩展的Markov链模拟

使用Ｍａｒｋｏｖ链理论，基于１６Ｍｎ钢小试样疲劳裂纹扩展试验，构造了一个物理短裂纹扩展的概率演化模型。该模型对裂纹扩展的循环数分布以及分布的演化过程的模拟，表明了与实验结果良好的吻合程度，从而为物理短裂纹扩展的概率分析及可靠性评价提供了手段。     

沥青混合料疲劳过程的损伤力学分析

采用损伤力学方法研究沥青混合料的疲劳失效问题。针对悬壁梁弯曲疲劳试件,推导出疲劳过程中应力场、损伤场和疲劳裂纹形成寿命的工程封闭公式。根据沥青混合料特点,提出一种模拟疲劳裂纹扩展的特征单元失效模式,从而将疲劳裂纹形成与扩展两个阶段统一用损伤力学理论进行描述和分析。本文对沥青混合料试件的疲劳裂纹形成寿命与扩展寿命分段进行了预测,还对疲劳过程中刚度衰减及位移幅值的演化过程进行了数值模拟计算。理论预期与实验结果吻合良好。     

一种镍基双晶材料疲劳裂纹扩展效应

对晶界平行裂纹和晶界垂直裂纹的双晶体进行三点弯曲疲劳实验，研究了双晶材料的疲劳裂纹扩展规律，测定了双晶的疲劳扩展速率，揭示了晶界对晶粒疲劳裂纹扩展的屏蔽效应：当裂纹距晶界某一特定长度时，裂纹扩展速率最快；而裂纹顶端交于晶界时，裂纹扩展速率最侵．进一步的晶体滑移有限元数值分析揭示了这种屏蔽效应的机理：晶界附近不协调的塑性变形，导致了裂纹尖端应力场的重新分布．     

CM－Ⅰ型多功能擦膜摩擦试验机的研制（Ⅱ）─—试验与结果分析

在ＣＭ－Ⅰ型多功能擦膜摩擦试验机上，分别对ＴｉＮ／５２１００钢球－ＴｉＮ／Ｗ９Ｃｒ４Ｖ２Ｍｏ钢板和ＴｉＣ／Ｗ９Ｃｒ４Ｖ２Ｍｏ钢球－ＴｉＮ／Ｗ９Ｃｒ４Ｖ２Ｍｏ钢板等摩擦副在不同条件下作了擦膜摩擦试验．结果表明，利用ＣＭ－Ⅰ型试验机能够较好地测试出在法向力和摩擦力同时作用下膜－基体系的失效临界载荷，而且测试数据的重复性较好；随着摩擦系数的增大，其失效形式是由底材首先屈服，进而发生镀层被压碎并逐渐转化为完全剥离，临界载荷也随之减小，     

CM—Ⅰ型多功能擦膜摩擦试验机的研制（Ⅱ）：试验与结果分析

在ＣＭ－Ⅰ型多功能擦膜摩擦试验机上，分别对ＴｉＮ／５２１００钢球－ＴｉＮ／Ｗ９Ｃｒ４Ｖ２Ｍｏ钢板和ＴｉＣ／Ｗ９Ｃｒ４Ｖ２Ｍｏ钢球－ＴｉＮ／Ｗ９Ｃｒ４Ｖ２Ｍｏ钢板等摩擦副在不同条件下作了擦膜摩擦试验。结果表明，利用ＣＭ－Ⅰ型试验机能够较好地测试出在洗向力和摩擦力同时作用下膜－基体系的失效临界载荷，而且测试数据的重复性较好。     

不同方位裂隙对爆炸裂纹扩展的影响

为研究裂隙岩体爆炸动载荷作用下裂纹扩展规律,实验采用有机玻璃模型,以炮孔和裂隙相对位置为变量,通过单发雷管加载模型进行相似物理实验。结果表明,当预制裂隙右端圆弧顶点到炮孔中心连线与模型中间穿过炮孔中心的横虚线的夹角θ为0°和90°时,爆生裂纹数量相对较多,45°时爆生裂纹数量最少,但平均长度最长;每组模型总裂纹平均长度在裂隙右端半圆弧顶点到炮孔中心距离L为40mm时达到最大值;0°组各模型最长裂纹均分布在炮孔右侧,而45°和90°组则多分布于炮孔下侧;固定区域内爆生裂纹密度大多小于不定区域内裂纹密度;所有模型预制裂隙两端都能形成翼裂纹,同组模型同端扩展路径相似;L为20~30mm时两端翼裂纹扩展方向一致,L为40~60mm时两端翼裂纹扩展方向多相反;爆生裂纹扩展机制随角度θ变化而有所不同。研究结果可为裂隙岩体爆破设计及爆破参数优化等提供理论依据。     

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．     

ELASTO-PLASTIC BRANCHED ANALYSIS FOR AN INTERFACE CRACK BASED ON CRACK ENERGY DENSITY

The elasto-plastic finite element analyses for an interface crack indissimilar material,based on the crack energy density(CED)concept,are investigatedin mode Ⅰ loading condition.It is confirmed that the values of CED almost remainstable when the notch radius ρ is sufficiently small,both in elastic and elasto-plasticcase.Numerical results for both elastic and elasto-plastic cases show that under themode Ⅰ loading condition,when the crack propagates to the more stiff material with asmall angle,the total CED will become larger than that along the interface.If thecrack heads into the more compliant material,the CED will become less than that alongthe interface.     

金属材料疲劳损伤的宏细观理论

工程结构的疲劳损伤发展过程经历了由初始缺陷的形成、裂纹的稳态扩展直到最后失效的不同发展阶段,通常疲劳损伤的演化可以概括为以下几个阶段:(1) 亚结构和微观结构的变化引起永久损伤的形成,产生微观裂纹;(2) 微观缺陷的长大会合形成主裂纹;(3) 主裂纹稳态扩展;(4) 结构失稳或完全失效.首先论述了疲劳裂纹扩展的物理机制,并从细观和宏观两个方面总结了处理疲劳裂纹问题的最新研究成果,对位错力学在处理短裂纹扩展问题中的应用,以及无位错区(DFZ)在疲劳裂纹扩展中的作用进行了较详细讨论.      

A Zener-Stroh crack interacting with an edge dislocation

A Zener-Stroh crack interacting with an edge dislocation is studied. The crack faces are assumed to be traction free. The applied ‘generalized loading’ for crack is the initial displacement jump and the intervention of the edge dislocation. Through decomposing the problem into two sub-simple problems, using the superposition principle, its solution is obtained. To demonstrate both the validity of the solution and its potential application, two simple examples related to the crack stress intensity factors are presented on the basis of the solution. The application of the solution to model crack initiations arising from dislocation-pileup is discussed.     

混凝土砌块墙体裂缝的力学机理探讨

从混凝土砌块墙体裂缝的工程调查出发，分析裂缝的成因和表现形式，指出温度裂缝和干缩裂缝混凝土砌块墙体裂缝的两种主要形式．根据实测的墙体温差，计算了温度裂缝应力；根据Kelvin方程，阐述了干缩裂缝的机理，并估算了干缩裂缝应力，解释了产生混凝土砌块墙体的裂缝原因。     

二维位错裂纹的稳定性分析

在已有的一维穿透位错裂纹模型及能量计算的基础上，将其推广为二维椭圆盘状裂纹模型，并计算了其能量．根据能量平衡原理，给出了位错裂纹模型的裂纹平衡尺寸、裂纹扩展临界应力．并与不考虑位错影响的宏观断裂力学中Ⅰ型穿透裂纹的Ｇｒｉｆｉｔｈ解及椭圆盘裂纹的Ｇｒｉｆｉｔｈ解加以比较．给出的位错裂纹模型解在位错数目ｎ＝０时与宏观断裂力学解一致     

Investigation on 3D fatigue crack propagation in surface-cracked specimens

In the present work the fatigue crack growth in AISI304 specimens is investigated experimentally. In 3D finite element analysis the virtual crack closure technique is applied to calculate distributions and variations of the stress intensity factor along the surface crack front. It is confirmed that the stress intensity factor along the surface crack front varies non-uniformly with crack growth. Crack growth rate is proportional to the stress intensity factor distribution in the 3D cracked specimen. The fatigue crack growth in surface cracked specimens can be described by the Forman model identified in conventional compact tension specimens. For crack growth in the free specimen surface the arc length seems more suitable to quantify crack progress. Geometry and loading configuration of the surface cracked specimen seem to not affect the fatigue crack growth substantially.     

疲劳短裂纹萌生及发展的细观过程和理论

本文综述了疲劳短裂纹研究的进展和现状,包括关于短裂纹的属性,短裂纹萌生和发展的细观过程以及描述短裂纹行为的若干模型。