金属材料在高速冲击载荷下的韧性和组织结构

本文对35CrMnSiA、37CrNiMo、40Cr、LY12四种金属材料,在不同加载速率下测定其断裂韧性K_(1c)和K_(1d)值;并探讨了四种材料随应变率的增加其断裂韧性变化规律及试样在不同应变率(ε)下的微观机制。     

LC4CS板材表面裂纹断裂韧性的试验研究

用B=3、5、7和8毫米(W=10B,L=2W)LC4CS板材试件进行表面裂纹断裂韧性的试验研究,发现从启裂到断裂的整个过程中有严重的Pop-in现象;不同a/c和a/B的裂纹,启裂均发生在φ=10°～20°的二角处;计算二角处启裂时的表面裂纹断裂韧性K_(Ie),得到与B、α/c和α/B无关的稳定值,此值与板材的平面应变断裂韧性K_(Ic)值吻合.此外,还得到启裂时应力～裂纹深度归一化曲线:σ_IB~(1/2)=196e~(-2·0826a/B),并应用疲劳裂纹形状扩展规律:c=0.663(α)~(1·98),如测出疲劳载荷LC4CS构件表面裂纹半长c和板厚B,即可估算其断裂韧性K_(I(?))(或K_(Ic))值.     

四点剪切试样的应力强度因子K_Ⅱ

测试材料的K_(HC),对于研究复合型断裂准则和进行安全设计都有重要意义.四点剪切试样(图1)是测定K_(HC)的较简单的一种试样.为使裂纹面上的弯距为零,应有     

用CT试样测定动态断裂韧性K_(1D)

在断裂冲击试验机上,用CT试样测定了35CrMnSiA、PCrN_(i1) M_0与45号钢的动态断裂韧性K_(1D),并与静态下的K_(1C)作了比较。K_(1D)一般比K_(1C)值低。本试验用瞬志波形存贮器寄存波形信号,用微机自动进行数据处理,并打印结果及绘制P—t曲线。     

一种基于SHTB的Ⅱ型动态断裂实验技术

冲击剪切载荷作用下动态断裂韧性的测定是材料力学性能和断裂行为研究中重要组成部分.为了测定材料的Ⅱ型动态断裂韧性,许多学者采用不同的试样与实验方法进行了实验,但限于实验条件,裂纹断裂模式往往是I+Ⅱ复合型,而不是纯Ⅱ型,因而不能准确测得材料的Ⅱ型动态断裂韧性.鉴于此,本文基于分离式霍普金森拉杆(split Hopkinson tension bar,SHTB)实验技术,提出一种改进的紧凑拉伸剪切(modified compact tension shear,MCTS)试样,通过夹具对MCTS试样施加约束,从而保证试样按照纯Ⅱ型模式断裂.采用实验-数值方法对MCTS试样动态加载过程进行分析,将实验测得的波形输入有限元软件ANSYS-LSDYNA,得到了裂纹尖端应力强度因子-时间曲线,并与紧凑拉伸剪切(compact tension shear,CTS)试样进行了对比.同时采用数字图像相关法进行了实验,验证了有限元分析结果.结果表明,MCTS试样在整个加载过程中K_I K_Ⅱ,裂纹没有张开;而CTS试样在同样的加载过程中K_IK_Ⅱ,出现裂纹张开现象.这说明MCTS试样能够准确地测定材料的Ⅱ型动态断裂韧性,为材料动态力学测试提供了一种有效的实验技术.     

用环状裂纹圆柱试样测定铸镁合金的断裂韧度

本文介绍用轴对称环状裂纹圆柱试样测试铸造镁合金(ZM-5)的平面应变断裂韧度K_(1c)值,给出了满足脆性断裂条件的试样尺寸公式。文中还探讨了此种低σ_(0.2)和低韧度材料的线弹性断裂力学处理方法。     

边界润滑状态下轴承钢接触疲劳寿命与其断裂特性参数相关性的试验研究

本文在对两种轴承钢进行接触疲劳寿命试验并测试其断裂特性参数断裂韧性K_(Ic)和裂纹扩展速率(da)/(dN)的基础上,研究了接触疲劳寿命与断裂特性参数之间的关系。为轴承钢的研究和生产提供了基础数据。     

K_Ⅰ,K_Ⅱ复合型三点弯曲试件应力强度因子的计算

线弹性断裂力学已发展成为工程设计的重要手段。但目前普遍采用的K_1=K(?)准则,仅适用于Ⅰ型(张开型)裂纹,而在实际工程结构中的裂纹,K_Ⅰ,K_Ⅱ,K_Ⅲ可能同时存在,欲预测结构中裂纹的失稳扩展,必须研究复合型断裂准则,并进行相应的实验。     

双悬臂梁试样恒位移K_1计算公式

双悬臂梁(Double Cantilever Beam简称DCB)试样是一种单边裂纹、裂纹面弯曲加载的试样。早期用于测量材料的表面能,近来应用于断裂韧性的测量、裂纹体动态止裂和裂纹扩展动力学等研究工作中,恒位移的DCB试样尤其广泛用来研究金属材料应力腐蚀断裂性能和机理,因此需恒位移条件下的K_1表达式。     

高温空气下C/SiC复合材料断裂韧性实时测试和微观结构表征分析

为了研究高温空气下C/SiC复合材料断裂韧性和微观结构,采用单边切口梁三点弯曲法实时测试了C/SiC复合材料在高温空气下的断裂韧性,并采用电子扫描显微镜 (scanning electron microscope,SEM)和X 射线衍射分析仪 (X-ray diffraction, XRD)分析了复合材料在不同温度下的破坏断口和失效机制。研究结果表明随测试温度升高,C/SiC复合材料断裂韧性降低,材料的断裂形式由脆性断裂逐渐演变成塑性断裂。从室温升温到1 000 ℃测试温度条件下,C/SiC复合材料的断裂韧性由12.5 MPa·m1/2降低为10.96 MPa·m1/2,降幅仅为12%,C/SiC复合材料高温断裂韧性良好。不同温度下,材料呈现出不同形式的断裂形貌。常温下断口形貌主要可以看到纤维拔出的现象,随着温度的升高,该现象基本消失,断裂截面变得更平整,材料的强度主要取决于基体的强度。     

含中心裂纹铝合金薄板裂纹稳态扩展的实验研究

一、引言对于韧性材料的含裂纹构件,通常是在大范围屈服情况下断裂的,所以必须建立弹塑性断裂理论来进行研究。用J积分判据J_(1c)或临界裂纹顶端张开位移δ_(cr)来衡量韧性材料的断裂韧性,在工程上具有实用意义。但是J_(1c)和δ_(cr)都是用来确定裂纹的初始起裂,而起裂后的裂纹稳态扩展现象很重要,特别对于硬化材料的金属薄壁构件更为明显,在裂纹缓慢稳态扩展的过程中,必须继续增加载荷,直到裂纹失稳扩展,因此要合理地确定含裂纹薄壁结构的承载能力,就需要研究裂纹稳态扩展过程。Feddersen在研究平面应力断裂问题中,用铝合金中心裂纹板试件做了大量实验,对工程设计提供了有用的分析方法,但是对于裂纹的稳态扩展过程只做了定性描述,没     

三维编织CMC断裂韧性表征形式的试验研究

在试验的基础上 ,发现三维编织陶瓷基复合材料断裂试件的裂纹扩展沿着编织角方向进行 ,表现出一种非自相似的裂纹扩展模式 ,表明三维编织CMC的断裂是复合型断裂。利用材料的载荷 -位移曲线和声发射技术 ,分析了三维编织CMC在外载荷作用下的损伤行为和断裂机理 ,并且根据不同的外载荷类型 ,将三维编织CMC的断裂韧性表征分别界定在线弹性和弹塑性的两个领域里 ,初步确定三维编织CMC的断裂韧性表征形式     

双K断裂模型粘聚韧度K_(Ic)~c实用插值计算方法

为了配合<水工混凝土断裂试验规程>在工程界的推广使用,提出了双K断裂模型中在临界状态时分布在虚拟裂缝上的粘聚力σ(x)产生的粘聚韧度K_(Ic)~c的二元拉格朗日插值计算方法,进而由准脆性材料韧度三参数定律计算了混凝土起裂韧度K_K~(ini).与粘聚韧度K_(Ic)~c积分计算和简化计算方法的比较,表明此插值计算方法具有很高的精度,计算过程简化,使用计算器即可实现,便于工程人员实际使用.     

Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹等σθεθ线面积断裂准则

为了研究构件中的复合型裂纹开裂角和裂纹扩展临界值,根据Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹尖端附近等σε线所围成的面积大小的变化,提出了Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹断裂等θθσε线面积断裂准则,推导了Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹扩展的开裂角公式和断裂扩展准则表达式,结果表明纯Ⅱ型裂纹的0θ及断裂韧度比θθKⅡ/c KⅠc随泊松比的增大而降低.同时给出了Ⅰ-Ⅱ复合型等θθσε线面积断裂准则的理论预测曲线,并与部分实测值进行了对比分析,与其他准则以及试验数据对比分析表明:本准则的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹断裂准则公式推导简单,工程应用方便;其理论预测值与现有部分材料的实验值相比误差在12%以内,表明本文提出的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹等θθσε线面积断裂准则可以应用于部分材料的复合型断裂问题分析.     

聚氯乙烯复合断裂性能研究

从弹塑性断裂力学理论出发,进行了硬质聚氯乙烯材料多角度下的Ⅰ/Ⅱ复合断裂试验,研究硬质聚氯乙烯材料复合断裂性能.利用数字图像相关技术,计算复合裂纹稳定扩展的临界裂纹尖端张开角值(ΨC1),尝试用该值作为一种断裂参数来描述硬质聚氯乙烯材料的断裂韧性.结果表明:(1)此材料与常见的金属材料不同,Ⅱ型加载模式下承载能力最大,纯Ⅰ型时承载能力最小;(2)当裂纹稳定扩展时,ΨC1值趋于稳定.故临界裂纹尖端张开角可作为硬质聚氯乙烯材料裂纹稳定扩展的断裂韧性.     

人字形切槽短小柱体试样平面应变断裂韧性K_(IC)测试法的再研究

作者对45钢等三种延性金属材料进行了人字形切槽短小柱体平面应变断裂韧性K_(IC)测试法的实验研究.对于这三种延性材料,测试实验结果出现了显著的尺寸效应.分析表明:这种K_(IC)测试法不宜用于这些延性金属材料.     

对等应变能密度线上最大应力准则的修正

本文对文献[1]提出的复合型断裂准则做某些修正,对确定开裂载荷提出一个新的看法。 1.基本想法 裂纹的起始扩展由两个因素决定:一是沿开裂方向θ_0,裂纹体储存的应变能大于或等于形成新的裂纹面所需要的能量;二是沿开裂方向周向应力的强度大于或等于材料的断裂韧度K_(Ic)。这两个因素是相互联系的,但不能互相代替。这两个条件必须同时满足,     

利用维氏和玻氏压头表征半导体材料断裂韧性

压痕法是测量材料断裂韧性 ($K_{\rm IC})$ 的常用方法之一, 如何根据不同的材料、不同的压头选择适合的公式, 是当前面临的一大问题. 因此,在不同载荷下对单晶硅 (111) 和碳化硅 (4H-SiC, 0001面) 这两种半导体材料进行了维氏微米硬度和玻氏纳米压痕实验, 对实验产生的裂纹长度$c$进行了统计分析, 并采用13个压痕公式计算材料的$K_{\rm IC}$, 开展了微米划痕实验, 验证压痕法评估半导体材料$K_{\rm IC}$的适用性. 研究结果表明: 为了消除维氏压痕实验产生的$c$的固有离散性, 需要多次测量取平均值; 裂纹长度与压痕尺寸的比值随压痕载荷的增大而增大; 材料的裂纹类型与载荷相关且低载荷下表现为巴氏裂纹, 高载荷下表现为中位裂纹; 与微米划痕实验得到的单晶硅和碳化硅材料的$K_{\rm IC}$平均值 (分别为0.96 MPa,$\cdot$,$\sqrt{\rm m}$和2.89 MPa,$\cdot$,$\sqrt{\rm m}$) 相比, 在同一压头下无法从13个公式中获得同时适用于单晶硅和碳化硅材料的压痕公式,但在同一材料下可以获得同时适用于维氏和玻氏压头的$K_{\rm IC}$计算公式; 基于中位裂纹系统发展而来的压痕公式更适合用于评估半导体材料的$K_{\rm IC}$, 且维氏压头下的$K_{\rm IC}$与玻氏压头下$K_{\rm IC}$的关系不是理论上的1.073倍, 应为1.13$\pm 压痕法是测量材料断裂韧性(K_(IC))的常用方法之一,如何根据不同的材料、不同的压头选择适合的公式,是当前面临的一大问题.因此,在不同载荷下对单晶硅(111)和碳化硅(4H-Si C, 0001面)这两种半导体材料进行了维氏微米硬度和玻氏纳米压痕实验,对实验产生的裂纹长度c进行了统计分析,并采用13个压痕公式计算材料的K_(IC),开展了微米划痕实验,验证压痕法评估半导体材料K_(IC)的适用性.研究结果表明:为了消除维氏压痕实验产生的c的固有离散性,需要多次测量取平均值;裂纹长度与压痕尺寸的比值随压痕载荷的增大而增大;材料的裂纹类型与载荷相关且低载荷下表现为巴氏裂纹,高载荷下表现为中位裂纹;与微米划痕实验得到的单晶硅和碳化硅材料的K_(IC)平均值(分别为0.96 MPa·m~(1/2)和2.89 MPa·m~(1/2))相比,在同一压头下无法从13个公式中获得同时适用于单晶硅和碳化硅材料的压痕公式,但在同一材料下可以获得同时适用于维氏和玻氏压头的K_(IC)计算公式;基于中位裂纹系统发展而来的压痕公式更适合用于评估半导体材料的K_(IC),且维氏压头下的K_(IC)与玻氏压头下K_(IC)的关系不是理论上的1.073倍,应为1.13±0.01.     

聚酰亚胺无机杂化薄膜断裂韧性的研究

依据基本断裂功理论,将聚酰亚胺/二氧化硅(PI/SiO2)无机杂化薄膜断裂功分为基本断裂功和塑性功,从断裂功与韧带长度关系得到了反映PI/SiO2断裂韧性的材料常数比基本断裂功,并通过实验,研究了不同SiO2含量对此薄膜断裂韧性参数的影响.     

平面应变断裂韧度的简易测定装置

一、引言 随着我国国民经济迅速发展,国防工业和国民经济各部门,如原子能、航空、造船、机械制造、石油化工、铁路等,都提出了大量的断裂方面的问题,迫切需要应用线弹性断裂力学的成果进行强度设计,为此就必须测定材料的断裂韧度K_(Ic)。测定K_(Ic)的材料试验机,要求比较精密,而且需配有适合于自动记录仪表的载荷、位移传感器。我们在尚无电子式精密材料试验机的情况下,因陋就简,土法上马,设计了这套简易的K_(Ic)测定装置,并用它进行了一百多次K_(Ic)和J_(Ic)的试验。试验结果表明,这套简易装置符合断裂力学试验的要求。