脆性材料单向压缩破坏的原因

脆性材料单向压缩时破坏的原因,国内外多数《材料力学》书未谈及,少数谈到的则解释为是由于最大剪应力所致。本刊1985年第2期刊登的“铸铁单向压缩破坏的最大剪应力理论之否定”一文中指出:“最大剪应力理论适用于塑性材料,而铸铁在通常情况下(常温     

铸铁压缩破坏的宏观分析及其他

文献[1]发表后,我们写了《对〈铸铁单向压缩破坏的最大剪应力理论之否定〉一文的讨论》,于1985年11月投寄《力学与实践》.今又看到文献[2]和[3],想再谈几点看法.1.文献[1]是从宏观分析来否定最大剪应力理论的.虽然结论中有"被现有宏观理论所否定的最大拉应力"一句,但人们只是在文献[3]发表后才知道作者的结论是从细观得出的.鉴于文献[3]亦未给出这个问题的细观分析,所以这里仍限于从宏观来讨论问题.2.对于最大拉应变理论,文献[3]不再象文献[1] ...     

铸铁单向压缩破坏的最大剪应力理论之否定

铸铁压缩是材料力学的常规实验,破裂断面与加压轴线构成45°交角。就是这个习以为常的问题,多年来困扰着我,百思不解,最近才悟出一点新意,并通过薄壁铸铁管压缩实验,得到验证。一、从强度理论本身看最大剪应力理论之误几乎所有的材料力学书,目前还是认为铸铁压缩破裂是剪应力过大所致,即最大剪应力强度理论。广 ...     

强度理论的新观点——兼答李春荣同志

脆性材料单向压缩破坏的原因,看似简单,其实复杂。脆性材料从细宏看,常不是均质、连续、各向同性,如岩面有小孔和裂隙(不连续)。这样宏观看,单向压缩无拉应力,从细观看就有拉应力,正是该拉应力使脆性材料破裂。最大拉应变理论可定性地解释脆性材料单压破裂的原因,但无法解释塑性材料单压不破裂的原因。更主要的是最大拉应变理论定量化有关系式 ...     

强度理论的新观点——兼答李春荣同志

脆性材料单向压缩破坏的原因,看似简单,其实复杂。脆性材料从细宏看,常不是均质、连续、各向同性,如岩面有小孔和裂隙(不连续)。这样宏观看,单向压缩无拉应力,从细观看就有拉应力,正是该拉应力使脆性材料破裂。最大拉应变理论可定性地解释脆性材料单压破裂的原因,但无法解释塑性材料单压不破裂的原因。更主要的是最大拉应变理论定量化有关系式     

璃玻钢压缩强度的分析

本文分析了玻璃钢纵向压缩强度的实测值低于Rosen的理论予测值的原因。指出,纤维的初曲率使树脂受到附加的剪应力,使树脂屈服而失去对纤维的支承能力。据此提出了基于剪切型破坏并考虑纤维初曲率和树脂最大剪应变时的压缩强度的估算公式,并由实验结果证实。     

金属拉扭强度关于材料声速及加载速率最小二乘法的回归模型

为了研究不同加载速率下金属的拉扭强度及其预测方法,利用声发射检测仪及电子拉扭试验机分别对铸铁和中碳钢标准试件进行了声速测定及不同加载速率、加载路径下的拉伸-扭转组合变形试验,得到了各试件材料的声速值及相应加载方案下的载荷-变形曲线;根据平面应力状态及强度理论,推导出了材料拉扭破坏的最大正应力、最大剪应力;利用试验中采集的最大轴力、最大扭矩计算得到了材料的拉扭破坏应力、破坏面方向;基于最小二乘法拟合得到了材料拉扭强度关于材料声速值、拉伸与扭转加载速率的多元回归模型。研究表明:随着拉伸与扭转加载速率的增加,铸铁、碳钢的破坏应力分别呈现总体上升、总体下降的趋势;相同加载速率、不同加载路径下材料的破坏强度各不相同;建立的回归模型能较好地预测给定材料在不同加载速率下的破坏应力,并以此建立塑性及脆性材料的拉扭强度条件。     

压缩-剪切复合应力下PMMA材料的静态力学特性研究

通过压缩具有一定倾斜角(0°,10°,15°,20°和25°)试件和双剪切模型试件,实现了单轴压缩、压缩-剪切复合应力以及纯剪切三种应力状态,得到PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)在相应应力状态下的应力-应变曲线,同时对不同应力状态下试件的破坏模式进行了分析。结果表明:在不同受力环境中材料的强度和破坏的机理不同;同单轴压缩状态下相比,材料在压缩-剪切复合应力状态下屈服极限、强度极限以及破坏应变均不同程度的增大,呈现明显的"剪切增强"现象。单轴压缩与压缩-剪切应力状态下试件的破坏模式均为在试件短对角面上出现明显的剪切屈服带,由应力分析得出试件剪应力在短对角面上达到最大,引起在此平面上分子链间滑动从而产生应变软化形成剪切屈服带;双剪切试件的破坏模式为与剪切面呈45°的斜面。     

铸铁压缩破坏的端面试验研究

通过采用空心圆柱、两端内凹的圆锥形铸铁压缩试件,进行压缩实验.观察试件两端不同圆锥角压缩时的变形和破坏现象.研究试件端面摩擦力对试件破坏断口的影响,并分析其破坏原因.     

铝合金材料剪切断裂实验分析

金属材料受载作用发生断裂，断裂面形式有拉断，剪断和拉剪混合型，由于剪断过程中塑性变形较为复杂，问题的研究难度大，观点争论多，本文对LY12－M铝合金材料复合型平面应变载荷状态下的几种断裂试验结果作了分析，认为在II型，近II型时发生的剪切型断裂，启裂点在裂尖附近应力三维度取最大值处，剪断的开裂方向则与启裂点上最大剪应力方向有关，同时对LC9R超强铝合金作常规破坏试验，该材料在拉伸，扭转与压缩试验时均呈剪切断裂，断裂面沿最大剪应力方位，破坏剪应力随试件应力三维度的降低而增大，综合分析试验结果得到了一些有用的结论。     

平面应变状态下广义非线性统一强度理论的研究

基于广义Hoek-Brown准则的非线性统一强度理论不仅考虑了中间主剪应力效应及其区间性,而且将统一屈服准则、统一强度理论、岩石的非线性统一强度理论联系起来,对在三向应力状态下岩石的破坏特性比较适用。本文利用广义非线性统一强度对平面状态下岩石的强度破坏进行了研究,得到了基于广义非线性统一强度理论的包络线方程,分析了有效剪应力和内摩擦角随有效正应力的变化规律,讨论了中间主剪应力效应参数对剪切破坏包络线及内摩擦角的影响。参数分析结果表明:在平面应变状态下,有效剪应力随着中间主剪应力效应参数的增大而增大,而内摩擦角随中间主剪应力效应参数的增大趋于稳定。     

风沙粒子冲击钢结构涂层力学行为的理论与有限元分析

利用接触力学理论和三维有限元分析了钢结构受到风沙粒子冲击后其涂层表面接触区应力、涂层内部应力、涂层与基体界面上应力的分布规律。分析结果表明:涂层表面径向应力在接触中心出现最大压应力,在接触区边缘出现最大拉应力,且在接触区边缘易发生环状撕裂破坏;在涂层内部,涂层对Z向应力的承受力较好;涂层内部剪应力的最大值出现在碰撞接触点的左下方和右下方,这两个位置易受到剪切破坏,在接触点和剪应力最大值之间的剪应力变化速度较大;涂层与基体界面上r/h为0~0.4时,Z向应力变化较小;在r/h为0.4~1时,Z向应力剧烈减小;r/h1时,Z向应力基本保持不变;涂层与基体界面上剪应力最大值出现在冲击点附近,且冲击点附近剪应力变化较大,易引起剪切撕裂破坏。     

混凝土压缩破坏的数字图像相关研究

采用数字图像相关(DIC)方法研究了混凝土材料的压缩破坏。在压缩实验前，将混凝土外表层切除，裸露的细观形貌可以作为DIC技术中的自然散斑场。采用高分辨CCD进行表面图像采集，通过DIC技术处理后可以获得压缩破坏过程中的应变场分布。两端无约束的混凝土压缩破坏符合第二强度理论(最大拉应变强度理论)，因此本文分析了混凝土压缩...     

两共面预制裂纹试样应力场特征与破坏模式研究

破坏模式决定着裂隙岩体的基本力学性质,通过对比分析典型两条共面裂纹的节理裂隙岩体试样的模型试验、模拟试验结果,系统地研究了预制裂纹倾角、侧压以及裂纹面摩擦系数等因素对试样应力场、破坏模式以及峰值强度的影响;进一步解释了不同裂隙分布条件下张拉次生裂纹、剪切次生裂纹的起裂、发展以及贯通路径与机理,系统地总结了两条共面裂纹试样贯通模式的演化规律。结果表明:随预制裂纹倾角从0°增大到90°,两共面裂纹试样第一主应力最大值呈现先增大而后减小的规律,倾角较小或较大时试样最大拉应力相对较小,而倾角为20°～70°时试样最大拉应力较大且45°～65°间达到最大;剪应力极值线绕预制裂纹尖端旋转,次生剪切裂纹起裂部位、发展方向均发生变化,接近0°和90°时试样内部最大剪应力值最小,倾角为20°～70°时试样最大剪应力相对较大且30°时剪应力达到最大;裂纹倾角较小时试样破坏路径由两预制裂纹中的一条与其次生裂纹贯通形成破坏路径,倾角较大时破坏路径通过两条预制裂纹以及其次生裂纹贯通形成;试样峰值强度变化曲线呈浅底"V"字形,倾角为0°、90°时峰值强度大体相同,倾角为45°时峰值强度达到最小且约为0°时峰值强度的40%～50%。     

剪应力强度因子断裂准则

金属材料破坏的形式,可分为剪切断裂和解理断裂.破坏的剪切机理,就是在剪应力作用下的滑动过程.滑动的增加仅与滑动面的剪应力有关系,与垂直于滑动面的正应力无关.在三维应力状态下,由弹性力学理论得到正八面体平面上剪应力...     

二维平纹编织复合材料压缩力学行为研究

通过对二维平纹编织复合材料压缩力学性能进行三维有限元计算,对复合材料在沿垂直于编织平面方向和纤维束方向压缩后的微观应力场进行了分析。对于沿垂直于编织平面方向的压缩(即横向压缩),发现在经纬向纤维束相互交替处基体材料的横向压应力最大,是其薄弱部位。分析表明,与0°/90°层合板相比,编织复合材料受到横向压缩载荷时,自由边界处层间剪应力较大,容易发生层间裂纹,与实验观察相吻合。通过改变纤维束截面尺寸和纤维束之间间隙大小研究了破坏面角度的变化。     

压缩剪切测试中载荷传递行为的数字光弹性研究

结合光弹性四步彩色相移法,提出改进的六步相移法来计算全场剪应力,对径压缩圆盘实验证实了该方法的正确性,并进一步研究了同质材料连接结构在压缩剪切测试中的层间剪切行为。实验结果表明:全场等色线条纹级数和剪应力连续分布且随载荷而增加;中线附近剪应力趋于零,而条纹级数为峰谷。在连接界面上的条纹级数和剪应力出现峰值,特别是在连接界面端部为最高,在最大载荷下可分别达3.5级和2.4MPa,是导致连接界面脱粘开裂的危险区域。连接结构通过层间剪应力进行应力传递,在连接界面上剪应力与外载基本保持平衡。     

薄膜涂层材料界面纯剪破坏标准试验法的开发

界面强度是薄膜涂层材料的最重要的性能指标之一，目前尚缺乏有效的测量方法。测量界面强度的主要困难在于寻求一种便于试验的试件形状和加载方式，使得界面上能够产生不同的应力状态，即在不同的剥离应力和剪应力比的状态下发生破坏。本文采用有限元数值分析（ABAQUS），研究了几种具有简单几何形状的试件的界面应力，并基于大量的数值试验，设计了剪应力为破坏支配因素的试件形状和加载方式，并且给出了便于应用的最大界面剪应力的经验估算公式。该经验公式可以适用于各种材料组合和薄膜涂层的厚度。研究结果表明，通过对薄膜涂层材料试件的基体引入缺口以产生应力集中，进行普通的四点弯曲试验，可以进行剪应力占支配地位的界面破坏试验。利用本文提出的试件形状和相应的最大界面剪应力经验公式，可以通过破坏试验简单地得到界面的剪切强度。     

关于脆性材料压缩试样断裂面形式的理论证明

本文用Mohr强度理论论证脆性材料压缩试样断裂面的形式,不但可以解释铸铁而且可以解释石料和水泥砖试样断裂面的形式,统一地给出了脆性材料压缩试样断裂面形式的理论证明.Mohr 强度理论指出,材料的危险状态(屈 ...     

完整岩石拉压应力状态下的张裂破坏准则

一点的应力状态可由3个主应力$\sigma_{1}$, $\sigma_{2}$, $\sigma_{3}$来表示, 当规定主应力以压为正时, 沿最大主应力$\sigma_{1}$方向将产生收缩变形, 若中间主应力$\sigma_{2}$和最小主应力$\sigma_{3}$都远小于$\sigma_{1}$, 则沿$\sigma_{2}$和$\sigma_{3}$方向会产生横向扩张变形, 当横向扩张变形达到一定极限时, 将会在平行于$\sigma _{1}$的方向产生张裂破坏. 如何建立这种张裂破坏的强度准则目前尚缺乏研究, 最大拉应变理论(第二强度理论)有时被用来解释张裂破坏, 但最大拉应变理论难以应用于三向受力状态. 本文分别用$\varepsilon_{1}$, $\varepsilon_{2}$表示最大张应变和次大张应变, 则最大拉应变理论认为当$\varepsilon_{1}$达到单向拉伸屈服应变时, 材料将产生破坏. 而本文将根据$\varepsilon_{1}+\varepsilon_{2}$之和达到极限值$\varepsilon_u$来建立张裂破坏准则. 可以证明$\varepsilon_{1} +\varepsilon_{2}$所表示的是$\sigma_{1}$主平面的面积增长率. 当$\sigma_{3}<\sigma_{2} \ll \sigma_{1}$时, 大部分岩石都具有脆性破坏的特点, 所以可将破坏前的岩石视为满足广义胡克定律的线弹性材料, 这样用$\varepsilon_{1}$, $\varepsilon_{2}$表示的强度准则可通过$\sigma_{1}$, $\sigma_{2}$, $\sigma_{3}$来表示. 在这个过程中还可考虑岩石在拉伸和压缩时具有不同弹性参数和强度的特点, 并可通过单向拉伸和单向压缩的破坏状态来确定$\varepsilon_u$. 不管$\sigma_{1}$, $\sigma_{2}$, $\sigma_{3}$是压应力, 还是拉应力, 或者$\sigma_{1}$, $\sigma_{2}$, $\sigma_{3}$中有拉有压的情形, 基于$\varepsilon_{1} +\varepsilon_{2} =\varepsilon_u$都可建立相应的强度准则. 所建立的准则可以反映中间应力$\sigma_{2}$对强度的影响规律, 通过建立的强度准则还可以证明: 静水拉力能引起屈服, 而静水压力不能产生屈服; 压缩破坏能使塑性体积增大, 其结果比Mohr-Coulomb准则更能反映实际情形. 并通过拉压应力状态下的试验数据验证了所建立的强度准则, 所得理论计算结果和已有的试验数据吻合得很好. 通过提出的强度准则和圆盘劈裂的试验结果, 可获得更为可靠的岩石单轴抗拉强度.