试样尺寸对有限裂纹扩展的J_R阻力曲线的影响

作者将两种强度级别的18CrNiW 钢:σ_(0.2)=60.4kgf/mm~2(L 钢)和σ_(0.2)=83.6kgf/mm~2(H 钢),制成厚度从10mm 到95mm,共11种尺寸的三点弯曲试样,采用多试样法,在有限裂纹扩展(△α≤2.5%B 及≤5%b)条件下,测定了材料的J 积分阻力曲线.其中H 钢50×100mm 的大试样已接近K_(1c)的尺寸要求,所测得的K_(1c)约为470kgf·mm~(-3/2).试验表明,当试样尺寸满足了J 判据有效性条件时,对试验材料B,b≥50(J_(0.05)/σ_(0.2)),J_R 阻力曲线对试样尺寸不敏感.因此,J_R 阻力曲线可以用来表征材料裂纹稳定扩展阻力特性.本试验测得L 钢的J_(0.05)=9.4kgf/mm,dJ/dα=27kgf/mm~2;H 钢的J_(0.05)=7.3kgf/mm,dJ/dα=16kgf/mm~2.对于H 钢裂纹扩展量0.2mm 的J_R 值,即J_(0.2)(=9.7kgf/mm,由此换算的K_R 值=473kgf·mm~(-3/2))与大试样的K_(1c)值有很好的对应关系.     

用双悬臂梁（DCB）试样测定JR曲线的实验方法

本文首先建立了双悬臂梁(DCB)试样的 J 积分和加载点位移Δ的半解析解,然后提出了一种利用 CDB 试样测定材料.J_R 阻力曲线的单试样方法,并对40Cr 钢材进行了实际测试.结果表明,该方法不仅简单易行、结果可靠,而且获得的材料 J_R 曲线的Δα范围较宽.     

硅橡胶复型技术在断裂参数测试中的某些应用

本文简要介绍作者们利用国产硅橡胶材料测定裂纹尖端表面位移场的研究成果。在一根试样上多次“浇注”和取出不同加载状态下的复型,可得到δ_R阻力曲线,J_R阻力曲线。提出了一种由裂纹的复型测定裂纹张开角(COA)的方法,得到了1C_r13钢的CDA～da曲线。实验研究表明撕裂模量T_δ和CDA是比较好的弹塑性断裂参数。另外,作者们还用扫描电镜分析了裂纹的硅橡胶复型,从而给宏观微观结合起来研究裂纹问题提供了一个有希望的途径。     

侧槽的拘束作用及对断裂韧性参量的影响

本文研究了侧槽对预制疲劳裂纹Ｃｈａｒｐｙ尺寸试样的拘束效应以及其对断裂韧性参量的影响。当侧槽深度大于临界值时，峰值载荷韧性Ｊｍ值与起裂韧性Ｊ１值基本相等。侧槽对试样的加厚作用可用试样的附加厚度表示，对于同样的侧槽深度，不同材料具有不等的附加厚度，试样取得最大附加厚度的侧槽深度为３３％。文中提出用拘束系数定量地估计侧槽对裂纹尖端的塑性拘束作用，能较好地解解放本试验结果。     

高匹配单边缺口拉伸试件J积分塑性因子研究

管道焊缝区域材料容易产生缺陷,采用高匹配焊接接头在一定程度上可以解决此类问题,高匹配焊接接头断裂韧性准确测试的基础是J积分塑性因子的准确性。本文针对高匹配试件厚宽比为1的单边缺口拉伸(single edge notch tension, SENT)试样,建立高匹配不含侧槽与侧槽深度为10%的SENT试样有限元模型,计算考虑裂纹长宽比、匹配系数、焊缝宽度的J积分塑性因子,分析裂纹长宽比、匹配系数、焊缝宽度、试件侧槽对J积分塑性因子的影响,拟合高匹配J积分塑性因子方程,为高匹配SENT试样的J积分阻力曲线的精确测试提供依据。     

金属试件变形断裂过程的计算模拟分析——组合功密度模型的应用

本文作者已建立了一个既适用于裂纹体亦适用于无裂纹体的统一损伤断裂模型——组合功密度模型。在本文中,作者应用该模型并结合大应变弹塑性有限元方法对40Cr制的圆棒光滑拉伸试件、圆棒切口拉伸试件和三点弯曲裂纹试件的变形和断裂过程进行了计算模拟。模拟结果很好地再现了两种圆棒拉伸试件的实验过程;而对于三点弯曲试件,模拟得到的载荷——加载位移关系曲线、裂纹扩展量——加载位移关系曲线、J_R阻力曲线和断裂韧性J_(IC)值等均与实测结果相当吻合。证实了该模型既能用于模拟预测无裂纹体中的裂纹萌生和扩展,也能模拟预测裂纹体中的裂纹起裂和稳定扩展过程。     

用两种ISRM推荐圆盘试样测试岩石断裂韧度的试验研究

采用国际岩石力学协会推荐的人字型切槽巴西圆盘试样(CCNBD)和中心直裂纹三点弯曲试样(NSCB),在RMT-150B试验机上进行了劈裂加载试验,结合声发射仪对比分析了不同尺寸试样的载荷-位移曲线、破坏形态和断裂韧度测试值的差异。结果表明:CCNBD试样的载荷-位移曲线可能出现二次倒拐现象,NSCB试样的载荷-位移曲线峰后直接跌落;两种试样破坏过程中的振铃计数和能量与时间的变化过程与载荷-时间曲线完全对应;NSCB试样测得的大理岩断裂韧度平均值比CCNBD试样测试值偏高4%左右,但试样尺寸较大时,偏高程度更为明显;两种试样都是劈裂加载破坏形式,CCNBD试样在端部可能出现偏离加载直径方向的破坏形式,本研究结果有助于进一步完善和推广ISRM测试岩石断裂韧度的建议方法。     

试样尺寸对核电厂主蒸汽管道断裂韧性的影响研究

以某核电厂SA335 材料主蒸汽管道为研究对象,首先结合SA335 的断裂阻力曲线（J-R 曲线）试验测量结果,提出了一种方法确定韧性金属材料裂纹扩展模型（G-T 模型）中的主要微观参数：初始孔隙率0 f 和初始孔隙间距D;随后,在有限元计算中引入G-T 模型模拟了SA335 紧凑拉伸试样的断裂过程,讨论了试样尺寸对于J-R 曲线的影响．结果表明：试样厚度一致时,初始裂纹长度大的试样对应偏低的断裂韧性;当试样尺寸整体缩放时,较大尺寸的试样对应偏低的断裂韧性．最后,结合实例说明了试样整体尺寸对于主蒸汽管道临界裂纹长度的影响．     

延性起裂COD的尺寸效应

本文通过测定微裂纹扩展阻力曲线,研究了试样尺寸对延性起裂COD、δ_i的影响.所用三点弯曲试样,其尺寸厚度B、裂纹长度a和韧带宽度b,分别减小到2mm、0.8mm和0.8mm.试验结果表明,在所试验范围内,δ_i不受试样尺寸的影响. 通过裂纹顶端附近应变分布的测定,得知断裂过程区,只局限于裂尖一个极小的区域内,该区约为δ_i的1/8到1/6.从而解释了,为什么这么小的试样尺寸仍能满足δ_i判据的有效性.     

裂纹尖端张开角准则的稳态裂纹扩展实验研究

ASTM和ISO已发布获得低约束条件下断裂性能和裂纹稳态扩展阻力曲线的标准,标准中采用多种试验方法确定临界裂纹张开角度来表征板材的裂纹稳态扩展。本文采用准静态裂纹扩展试验方法,通过摄像技术测定裂纹尖端张开角(CTOA),验证标准对1mm厚度2024-T3铝合金板稳态裂纹扩展行为的有效性。研究了试样构型、裂纹尺寸和是否疲劳预制裂纹对裂纹稳态扩展过程中CTOA的影响。试验结果表明:裂纹扩展2mm后,距离裂纹尖端1mm处的CTOA趋于一个恒定值6°,这个值与试样构型和裂纹长度无关;同时,不预制疲劳裂纹对CTOA值和试样的最大剩余强度影响较小。     

用于压力容器破前漏(LBB)断裂分析的各种评估理论及计算精度研究

对压力容器LBB断裂分析的各种评估理论作了简要评述,并以环向贯穿裂纹的断裂评定为实例对各种评定方法的精度加以对比.指出:JR曲线稳定性评定图法是根据推动力曲线与阻力曲线的相切条件确定失效点的,理论清晰,可以作为各种评估方法的理论依据.R6的失效评定图法属近似的图解评定方法,评定结果最为保守;JR曲线映象法(RCI)是变更裂纹尺寸的失效评定图法,它能给出与JR曲线稳定性分析相同的预测,属精细的图解评定方法;最大相容应力法是通过求解综合的稳定平衡方程而确定失稳应力的,它能精细地给出裂纹撕裂扩展的全过程,比JR曲线稳定性分析方法更为简洁精确.     

不同尺寸砂岩动态力学性质和应力平衡性的试验研究

采用大直径分离式霍普金森压杆系统获得的不同尺寸试样的实验冲击动态力学参数有差异,因此在直径100 mm压杆上进行了3种直径（50、75和100 mm）和5种长径比（0.4、0.5、0.6、0.8和1.0）的砂岩试样冲击试验,分析了不同尺寸试样应力-应变曲线和应变率曲线随尺寸的变化,提出了用于比较波形对齐重合度的波形叠加系数,并与应力平衡因子共同构建了动态应力平衡性研究体系,由此确定大直径霍普金森压杆试验的试样建议尺寸。同时,利用高速摄影机监测试样的动态破坏状况。结果表明:当长径比相同时,直径75与100 mm岩石试样的动态抗压强度测试值相近,直径50 mm试样具有更明显的长度效应;随着试样直径的增大,应变率曲线从单峰变为双峰;小尺寸试样更易发生轴向劈裂破坏,大尺寸试样受内部应力波叠加影响产生了较大的拉应力,易发生层裂拉伸和轴向劈裂的复合型破坏;对直径75 mm且长径比0.3~0.4的试样,波形对齐后重合度较高,在起始破坏前拥有充足的应力平衡时间,应变率加载效果较好。获得了砂岩试样冲击压缩试验的尺寸效应,可为大直径岩石试样的尺寸选择提供参考。     

Effect of T-stress on the mode-I fracture toughness of concrete

T-stress expressions are provided for three-point bending (TPB) beams and compact tension (CT) specimens and then its influence on mode I fracture toughness of concrete is investigated. The study shows that T-stress is dependent on the specimen's geometry and the material's property as well, and for TPB and CT specimens of regular size, T-stress is so small that its consequences can be neglected. The study also indicates that concrete specimen size should be carefully chosen to make sure the existence of K-dominance ahead of the crack tip, thus fracture toughness extracted from these specimen configurations can be reliable.     

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．     

动载下韧性撕裂在三种管线钢材中传播阻力的研究

阐述了用实验确定在常温及静载和动载条件下韧性撕裂在三种管线钢材中传播时的断裂比能值。实验中采用了销钉加载双面开槽的双悬脊梁(DCB)试件。应用能量平衡法对实验结果进行了分析。考察了加载速率和试件厚度对撕裂韧性的影响。结果表明,管线钢材对韧性撕裂传播的阻力在动载条件下增大,对较薄的试件及应变率敏感性较高的材料其增大更为明显。对于纯剪切断裂的传播来说,撕裂韧性一般随试件厚度的增大而增加。     

三维编织CMC的弯曲断裂研究

从界面断裂的角度出发，对三维编织CMC的断裂作了理论研究和数值分析，对于三点弯曲试件，通过数值拟合修正了能量释放率G的理论表达式中的自由常数A，同时也研究了材料的各个参变量对于断裂韧性的影响，由此得出了一个基本完善的三点弯曲试件断裂韧性G的理论公式，该能量释放率方法可以应用于单试件的试验计算，与断裂韧性的柔度标定方法相比，该方法一方面可以减少试验件数量；另一方面，试验结果显示出在试件切口尺雨处于0．4≤a/W≤0.5时，可以获得比较稳定的断裂韧性值。     

RPC箱型桥墩抗震性能的试验研究与数值分析

以RPC箱型桥墩为研究对象,拟定合理结构形式和尺寸,设计了3个RPC箱型墩试件。通过对试件施加常轴力以及水平反复荷载,研究了水平荷载加载方向角对RPC箱型墩抗震性能的影响,分析了各试件的韧性、滞回曲线、骨架曲线、荷载退化曲线和刚度退化曲线等方面的特征,并得出了各试件的位移延性系数和耗能系数。作者编制并验证了单向荷载作用下的全过程非线性数值分析程序。实验与数值结果表明:RPC箱型墩具有较好的抗震性能,水平荷载加载方向角是影响箱型墩抗震性能的一个重要因素;斜向受力构件的抗震性能要弱于主轴受力构件。     

FURTHER INVESTIGATION OF THE J_2-INTEGRAL IN BIMATERIAL SOLIDS

The J_2-integral induced from the interface of bimaterial solids(J_2~(interface))is stud-ied by numerical method.First,the effect on the J_2-integral induced from the interface is verysignificant in bimaterial solids,which is inherently related to that induced from the subinterfacecracks.Moreover,it can be concluded that either the first or the second component of the J_k-vector is always equal to zero when the contour encloses both the cracks and the whole interfacein bimaterial solids.Secondly,it can also be concluded that the interface does produce significanteffect on the J_2-integral induced from the subinterface cracks(J_2~(sub))in bimaterial solids.Thiseffect depends on the geometry of the crack arrangement,which is corresponding to the differentinteraction effect among the cracks and the interface.Moreover,the interface effect on the J_2~(sub)can be neglected when the distance from the crack center to the interface is large enough,whichreveals that the bimaterial solids can be regarded as homogenous solids in fracture analysis whenthe subinterface crack is far enough from the interface.Three examples are given in this paper.     

反应烧结Si3N4陶瓷断裂韧性的实验研究

本文对反应烧结氦化硅 Si_3N_4陶瓷的断裂韧性进行实验研究,用三种不同试件进行了测试,这三种试件是:山形切口双悬臂粱试件,山形切口三点弯曲梁试件和直穿透切口三点弯曲梁试件.用有限元方法分析了直穿透切口三点弯曲梁切口宽度对应力强度因子的影响,结合断裂载荷测定值估算了材料的断裂韧性值,指出直切口无预制裂纹试件的测定值必须用有限元法进行修正才能得到正确结果.     

Processing induced size effects in plastic yielding upon miniaturisation

Size effects in metals have received considerable attention in literature in the last decades. For preparing specimens dedicated processing techniques, such as laser-cutting, micro-milling, turning, etc., are used. Most of these processing methods intrinsically damage crystals just below the worked surface. In macroscopic applications, the effect on the overall mechanical behaviour can safely be neglected in most cases. Upon miniaturisation, however, the influence of the affected region becomes more important and may induce a processing induced size effect, which is far from negligible. Processing induced size effects are analysed by carefully characterising the plastic yielding in uniaxial tension of rectangular, -thick aluminium sheet specimens, with a well-defined homogeneous microstructure containing through-thickness grains. The specimens are processed to different widths by three independent machining techniques: (1) laser-cutting, (2) mechanical cutting, and (3) extensive grinding from a larger width. These independent techniques all result in a distinct processing induced size effect upon miniaturisation, i.e. an increase of up to 200% in yield stress for a decrease from about 12 to 3 grains over the specimen width. Using a simple Taylor averaging model, it is shown that the yield stress in the affected edge region increased to 210–350% of its initial (or bulk) value. In addition, it is found that even a prolonged anneal near the melting temperature can only partially remove the processing induced size effect. The results clearly demonstrate that processing induced size effects have to be considered in the design of miniaturised devices and parts as well as in scientific research relying on the testing of manufactured small-scale test specimens.