循环载荷压半周对疲劳裂纹扩展速率的影响

本文使用ＬＹ１１ＣＺ铝合金及１８ＭｎＨＰ钢两种板材的中心裂纹拉伸试件，在不同应力水平及应力比下，就应力比，特别是循环载荷压缩部分对疲劳裂纹扩展速率的影响进行了试验研究和分析，指出，现有裂纹闭合理论不足以解释载荷压半周的作用，并就两种材料给出了估算裂纹扩展速率的经验公式。在此基础上还指出，用线弹性断裂力学应力强度因子Ｋ作为裂纹扩展的控制参量，在理论上，有待进一步研究。     

双层组合厚壁圆筒弹脆塑性极限内压统一解

基于三剪统一强度准则和弹脆塑性软化模型,考虑材料的脆性软化和中间主应力效应,推导了双层组合厚壁圆筒弹脆塑性极限内压统一解,探讨了粘聚力、内摩擦角、半径比、强度理论参数和中间主应力系数的影响特性,克服了以往基于Tresca屈服准则、Mises屈服准则或双剪强度理论的理想弹塑性解的不足。研究结果表明：中间主应力、材料模型和脆性软化对厚壁圆筒的极限内压均有显著影响。该文所得统一解具有广泛的适用性和理论意义,不但可退化为现有公式,而且还能得到系列化的新解答,对组合厚壁圆筒的设计及工程应用有重要参考价值。     

陶瓷基复合材料循环疲劳的研究

本文对陶瓷基复合材料的循环疲劳研究现状及发展趋势进行了最新述评。主要内容有:非相变增韧陶瓷、相变增韧陶瓷、晶须(或纤维)增强陶瓷基复合材料的循环疲劳行为和疲劳裂纹扩展机理。最后,还对进一步研究陶瓷基复合材料的循环疲劳特性提出了一些粗浅的看法。     

动态保压注射成型技术研究

本文阐述了动态保压注射成型技术原理及设备，并用该技术成功地制备了表面无凹陷，内部无缩孔、尺寸偏差小的高密度聚乙烯厚壁塑件。详细研究了加工工艺参数对生产精密厚壁塑件的影响。研究表明动态保压注射成型技术能克服传统注射成型技术的一些缺点并能改善塑件的力学性能，是生产高精度尺寸塑件的一种崭新方法。     

Ⅱ型加载条件下疲劳裂纹扩展试验研究

对４种金属材料在Ⅱ型加载条件下的疲劳裂纹扩散行为进行的试验研究表明：在Ⅱ型加载条件下，裂纹可能仍沿Ⅱ型方向继续扩展，亦可能发生分支转变成Ⅰ型甚至Ⅰ＋Ⅱ型扩展，主要取决于材料本身的性质和它们的微观结构以及应力水平。当裂纹仍沿Ⅱ型方向扩展时，其扩展速率比相当应力水平的Ⅰ型裂纹扩展速率要大得多。     

循环硬化对疲劳裂纹扩展与闭合的影响

提出了一种考虑材料循环塑性性能的研究疲劳裂纹扩展与闭合行为的有限元模拟方法。研究了在循环硬化条件下考虑纹闭合效应时裂纹面经张开廓形，裂纹洋端应力，应场和正反向塑性区的演化规律，对于循环硬化和不同循环应力比Ｒ等因素对裂纹纹凝开应力水平的影响也作了考查。     

一类非均布荷载作用下厚壁圆筒平面问题的应力解析解

采用复变函数法给出了表面受有一类非均布径向压力作用下厚壁圆筒平面问题的应力解析解,发现随着非均布侧压系数的增大,圆筒内某些区域的切向应力和(或)径向应力会由压应力变为拉应力,并且切向拉应力远大于径向拉应力。在不存在拉应力区的前提下,反算出非均布侧压系数的范围,并给出了不同非均布侧压系数所对应的拉应力区。最后用数值方法验证了理论分析的正确性。     

陶瓷基复合材料（SiCw／Y—TZP）在循环压应力下的疲劳裂纹扩展

研究了碳化硅晶须（ＳｉＣｗ）增强，Ｙ２Ｏ３稳定的ＺｒＯ２四方多晶体（Ｙ－ＴＺＰ）复合材料（ＳｉＣｗ／Ｙ－ＴＺＰ）在循环压应力作用下的疲劳特性，单边缺口弯曲试样在纵向循环压应力作用下缺口根部产生垂直于压应力的Ｉ型裂纹，类似于金属材料，在室温下循环应力导致Ｉ型裂纹的稳定扩展。压应力在缺口根部产生的不可逆损伤区在循环卸载过程中形成较大的残余拉伸应力场，使裂纹萌生并长大，同时，裂纹面产生的碎粒及晶须拔出导     

循环荷载作用下钢桥面铺装疲劳损伤失效行为研究

针对钢桥面铺装工程中普遍采用的改性沥青(Stone Matrix Asphalt,SMA)、浇筑式沥青(Guss asphalt,GA)、环氧沥青(Epoxy asphalt,EP)混合料双层铺装结构,进行了循环车载作用下钢桥面与沥青混凝土铺装疲劳损伤特性理论分析与试验研究。基于疲劳损伤度,研究了钢桥面铺装疲劳损伤失效行为和疲劳开裂过程中损伤场、应力和应变场动态演变机制,推导出疲劳失效时的损伤场、应力和应变场计算表达式,并给出钢桥面铺装疲劳寿命理论公式。以三座钢箱梁桥桥面铺装(润扬长江大桥2005,南京长江三桥2005,苏通大桥2008)为例,对不同铺装结构组合方案下的复合梁进行疲劳试验分析和使用寿命理论预测。实例研究结果表明,钢桥面铺装疲劳损伤失效行为预估模型合理可行;相较于改性沥青、浇筑式沥青,环氧沥青混合料具有较强高的强度低变形能力,更适合于大跨径钢桥面铺装抗疲劳的设计要求;由环氧沥青混合料组合而成的“双层环氧沥青混凝土”和“浇注式沥青混凝土(下层)+环氧沥青混凝土(上层)”的抗疲劳性能优于其它沥青混合料铺装结构组合方案,同等厚度组合情况下疲劳使用寿命可延长1倍~2倍以上;“双层环氧沥青混凝土”已应用于润扬长江大桥、南京长江三桥和苏通长江大桥钢桥面工程,并已成功运行10年以上,其跟踪观测结果良好。     

疲劳研究的历史回顾

本文总结了近一个半世纪以来疲劳研究的主要历程;其中包括裂纹扩展的断裂力学发展的部分。并指出裂纹屏蔽思想是疲劳研究年谱上最新一块里程碑,疲劳研究发展至今,可以说我们刚刚进入控制裂纹扩展的大门。各种新型材料将会不断提出涉及到多种学科相关的更为复杂的疲劳问题。     

陶瓷基复合材料在循环压应力条件下的疲劳研究

本文对ＳｉＣ颗粒及部分稳定ＺｒＯ２复合增强Ａｌ２Ｏ３基陶瓷材料在循环压载荷作用下的疲劳特性进行了研究。带有缺口的试样在循环压应力的作用下，缺口根部将产生一条垂直于压应力轴的疲劳裂纹。压应力在缺口根部产生的局部不可逆损伤在卸载过程中会形成较大的残余拉应力，这使得裂纹形核并逐渐长大。而随着裂纹的长大，闭合效应逐渐增加，最终导致裂纹扩展完全停止。试样缺口长度和疲劳试验参数对裂纹的扩展速度和最终长度有较大     

非对称循环加载下燃气轮机叶片材料疲劳寿命预测

燃气轮机叶片在实际工作过程中,易受到非对称循环载荷作用而发生疲劳失效。为便于准确地预测非对称循环加载下叶片材料的裂纹萌生及扩展寿命,首先考虑平均应力效应和高应力区的塑性变形影响,对Chaboche模型进行改进,然后将改进的Chaboche模型和Walker裂纹扩展公式相结合,建立了一种非对称循环载荷作用下裂纹萌生及扩展综合寿命模型,并用试验数据进行验证分析。结果表明,该模型预测得到的裂纹萌生寿命、裂纹扩展寿命与试验数据基本吻合,验证了新模型的适用性和准确性,为燃气轮机叶片损伤分析和寿命预测奠定理论基础。     

在复杂应力状态下厚壁圆筒的极限分析

应用双剪统一强度理论,考虑材料的拉压异性和同性,推导了在内压力和轴力联合作用下的厚壁圆筒的塑性极限载荷计算公式,并且绘制了其极限载荷线图。在这些计算公式中,当其系数取不同的值时,就能得到按Tresca屈服准则、线性逼近的Mises屈服准则和双剪应力屈服准则的计算结果。应用其极限载荷线图,根据其承受的载荷大小,就能判断厚壁圆筒是否达到了屈服极限状态。绘制了在不同屈服准则下的极限载荷线图,以便对其差异进行比较。     

MSP试验法评价PZT陶瓷的循环疲劳寿命

采用小样品力学性能试验方法(Modified Small Punch Tests,简称MSP)对Pb(Zr,Ti)O3陶瓷(PZT)实施了不同大小应力下的循环疲劳实验,循环应力越大,样品的残余强度和压电常数衰减越快,这是由应力循环过程中大量微裂纹的产生和扩展所致.通过最大强度值与疲劳寿命的对应关系求得100 Hz循环疲劳下该样品的裂纹扩展指数n为395,由此推测了PZT陶瓷样品的使用寿命,在循环应力的最大值不超过79.1 MPa的条件下,该样品的连续使用寿命可达5年以上.     

疲劳损伤件中温热等静压后的疲劳性能试验研究

对40Cr调质试样先进行了0.6N(N为全寿命）拉-拉疲劳试验，再中温热等静压，在随后的继续拉-拉疲劳试验中，发现其数据分散度降低，疲劳寿命大幅度提高，经分析，认为其主要原因是，中温热等静压使试样表面硬度增加，残余压应力提高，约束并减缓了随后继续疲劳试验时损伤区微裂纹的发展。     

拉压加载下纤维增强铝合金层板疲劳裂纹扩展的压载荷效应与预测模型

基于增量塑性损伤理论与纤维增强金属层板疲劳裂纹扩展唯象方法, 推导出在拉-压循环加载下, 纤维增强金属层板疲劳裂纹扩展速率预测模型。并通过玻璃纤维增强铝合金层板在应力比R=-1,-2的疲劳裂纹扩展实验对预测模型进行验证。结果表明, 纤维增强铝合金层板疲劳裂纹扩展的压载荷效应分为两种情况: 在有效循环应力比R_C>0时, 表现为压载荷对铝合金层所承受残余拉应力的抵消作用; 当R_C<0时, 表现为压载荷抵消残余拉应力后, 对纤维增强铝合金层板金属层的塑性损伤, 对疲劳裂纹扩展存在促进作用。纤维铝合金层板疲劳裂纹扩展的压载荷效应不可忽略, 本文中得出的在拉-压循环加载下疲劳裂纹扩展速率预测模型与实验结果符合较好。     

循环荷载作用下粉砂岩疲劳流变损伤模型研究

针对现有流变模型难以有效描述循环荷载作用下岩石变形及疲劳损伤演化特征等问题,开展了粉砂岩循环加卸载试验,分析了不同上限荷载下岩石的流变规律与疲劳特性。基于Kachanov蠕变损伤理论建立损伤变量,引入一个带应变触发和应力阈值的黏塑性元件,与Burgers模型串联构建循环荷载作用下岩石疲劳流变损伤模型;将正弦波应力函数替换流变微分本构方程中的恒定应力,推导岩石在循环荷载下的一维、三维微分型损伤本构方程,再根据叠加原理得到模型的黏弹塑性流变损伤方程。适用性验证表明,新建模型不仅可以精确地反映循环加卸载过程中粉砂岩的衰减、稳态流变阶段,还可以有效地描述上限荷载高于疲劳强度时的加速流变阶段。通过粉砂岩疲劳损伤流变全过程定量化分析,提出加速流变阶段的临界损伤阈值和破坏失稳判据,并给出加速流变阶段的启始时间、持续时间及疲劳寿命预测方法,模型对岩体工程长期稳定性评价具有一定的理论指导意义。     

Y_2O_3-ZrO_2胸瓷在循环应力作用下的疲劳特性

测定了三种 Y_2O_3-ZrO_2陶瓷的 S-N 曲线,并由此计算了其裂纹扩展参量。结果表明,应力腐蚀指数 n 与 K_(lc) 没有明显的对应关系。     

内压容器压力试验的应力校核问题

就GB150-1998之规定,论证了压力试验时内压圆筒薄膜应力σT不可能达到试验温度下材料屈服点的90%(液压试验)或80%(气压试验),提出压力试验时的应力校核应采用第一强度理论进行,其应满足的强度条件是σT应小于或等于试验温度下材料的许用应力或者小于或等于材料屈服点的62.5%.     

聚氨酯注浆材料在循环压缩加载下疲劳性能与微观结构演化

应用于基础设施维修加固的聚氨酯注浆材料通常承受反复荷载作用,对聚氨酯注浆材料进行循环压缩加载试验以测试其压缩疲劳性能,全程记录材料的应变响应,并在SEM下观测材料泡孔结构疲劳破坏的微观形貌特征。试验结果表明:材料在循环荷载下的响应分为三个阶段,第一阶段持续数十次,弹性应变递次增大;第二阶段应变值稳定;第三阶段在高应力水平下表现为疲劳破坏,在低应力水平下表现为循环硬化。对于0.3g/cm3的试件,导致疲劳破坏的应力阈值α在0.7~0.8之间;而0.5g/cm3试件的阈值在0.6~0.7之间。发生疲劳破坏时,材料的宏观表现为垂直于荷载方向的鼓出,微观表现为泡壁裂纹扩张和棱边屈曲。此外,提出疲劳损伤参数D表征材料模量在循环荷载下的演化,D可以敏感地捕捉低应力水平下第三阶段材料的循环硬化。