三维计算断裂力学

断裂力学理论从1921年Griffith研究玻璃的脆性断裂问题开始,经历了从线弹性体系到弹塑性以及蠕变理论体系、从单参数到多参数体系和从理想的二维平面理论到实际三维含裂纹结构的三维断裂理论的发展历程。针对应力强度因子K和J积分以及C(t)积分的计算方法从理想化模型的理论计算发展到实际复杂工程结构裂纹体计算的各种商业软件平台以及专业的断裂理论分析平台。尤其是随着计算机技术的发展,对三维含裂结构的静态和扩展裂纹的计算模拟已经能够融入计算机辅助设计。结合本研究组近30年来在三维疲劳断裂理论和应用研究方面的体会,简述了三维计算断裂力学从裂纹体应力应变分析和断裂参数计算到三维蠕变断裂和疲劳裂纹扩展模拟的国内外进展,并对涉及的计算方法,包括原子尺度和跨尺度的计算模拟,以及目前面临的挑战性问题作了简要介绍和分析。     

A MICROMECHANICAL FRAMEWORK WITH AGGREGATE-MASTIC INTERFACE EFFECT FOR PREDICTING UNIAXIAL COMPRESSION CREEP OF ASPHALT MIXTURE

According to the elastic-viscoelastic correspondence principle, an elastic microme- chanical framework taking the inclusion-matrix interface effect into account is extended for predicting viscoelastic properties of asphalt mixture, which is simply treated as elastic coarse aggregate inclusions periodically and isotropically embedded in a viscoelastic asphalt mastic matrix. The Burgers model is adopted for characterizing the matrix mechanical behavior, so that the homogenized relaxation modulus of asphalt mixture in compression creep is derived. After a series of uniaxial compression creep tests are performed on asphalt mastic in different temperature and stress conditions in order to determine the matrix constitutive parameters, the framework presented is validated by comparison with the experiment, and then some predictions of uniaxial compression creep behavior of asphalt mixture in different temperature and stress conditions are given.     

分级加卸载硬岩短时蠕变特性实验研究

由单向抗压强度实验及8级加卸载短时蠕变实验,得到蠕变下限为27MPa的细砂岩试样典型的坚硬岩石脆性断裂特征.应力-应变等时曲线线性回归函数的相关系数均高于0.92,长期强度与瞬时强度之比达94.39%,证明细砂岩试样的整体蠕变特性不强.应力-轴向应变等时曲线线性回归函数的平均相关系数高出应力-径向应变等时曲线线性回归函数的平均相关系数3.92%,因此其轴向非线性蠕变特性相对于径向非线性蠕变特性更弱.随着时间延续,细砂岩试样的非线性蠕变特性总体服从负Gauss分布规律,具有明显的时间效应.随加载应力水平的提高,应力-轴向应变等时曲线和应力-径向应变等时曲线线性拟合函数的平均相关系数下降幅度分别为0.97%和0.67%,线性相关性普遍降低.所以细砂岩试样的非线性蠕变程度随加载应力水平的提高而提高,载荷效应明显.     

深部灰岩三轴蠕变特性实验研究

采用MTS815岩石材料力学试验机,在温度28℃条件下,对重庆市万盛区某煤矿深部掘进巷道灰岩进行了三轴蠕变试验,对不同偏应力水平下该巷道灰岩的蠕变特性进行了分析。结果表明,蠕变试验的曲线显示该灰岩蠕变具有非线性特征,其蠕变特性随着围压的增加而更加明显。对深部灰岩的蠕变模型进行初步探讨,回归得出深部灰岩在不同应力水平下蠕变应变随时间变化的Burgers蠕变方程。分析表明,Burgers模型能较好地反映该深部灰岩的蠕变规律。该模型所确定的本构关系可以作为该深部灰岩蠕变本构模型来预测其蠕变发展。     

Sn60Pb40钎料合金的具有蠕变和塑性边界的粘塑性本构方程

采用具有蠕变和塑性边界的粘塑性本构方程对Sn-Pb共晶合金的基本力学行为进行了模拟和预测。结果表明：在较宽的外部变量范围（应变率为10^-5-10^-2S^-1,温度为－55－125℃）内,模拟结果与实验结果吻合良好。证明了该方程用于描述Sn-Pb共晶合金的力学行为具有良好的预测能力。     

扩展位错攀移的高温蠕变机制

本文研究了扩展位错攀移的高温蠕变机制。在文献[1]提出的扩展割阶束集模型的基础上,求出了在外加应力作用下割阶束集所需的时间和扩展位错的攀移速率,从而推导出稳态蠕变速率的表达式。根据此表达式,稳态蠕变速率与层错能的三次方成正比。这与一般实验结果相符。文中还指出了在某些情况下偏离三次方关系的可能原因。 关键词：     

深度热处理ZnO压敏陶瓷的晶界缺陷模型

对650～900℃之间深度热处理ZnO压敏陶瓷的研究表明,在直流偏置电压作用下,漏电流随时间的蠕变曲线呈现峰值,正向伏安特性非但没有退化,反而得到改进.设想是由于热处理时,耗尽层中Zn_i^?向外扩散速度快,以致耗尽层中Zn_i^?浓度迅速降低,结果扩散进入晶界的氧以O′o形式得以在界面积累;原来主要由V''_Zn构成的界面负电荷转变为主要由V''_Zn和O′o共同构成,在偏压作用下O′o发生迁移所致.提出一个适用于深度热处理下改进的晶界缺陷模型,并由正电子寿命谱的实验数据中得到验证.     

含稀土抗蠕变压铸镁合金的开发

针对商用压铸镁合金抗高温蠕变性能较差的现状，开发了抗高温蠕变压铸镁合金，其开发的目的是针对大马力柴油发动机汽缸罩盖，其抗高温蠕变性能应该能够保障其在150℃条件下稳定工作，而且其成本的增加应该控制在AZ91D合金成本的15％以内。讨论了稀土元素Ce，Y，Nd及Ca和Si的添加对压铸镁合金在常温拉伸性能以150℃条件下的蠕变行为、显微组织的影响，以及对表面处理和腐蚀试验的影响，并进行了实际产品的压铸牛产。试验结果表明，所开发的抗蠕变压铸镁合金具有应用于汽车动力系统部件的制造并大幅度减轻重量的潜力。