在多次重复冲击载荷下钢的断裂抗力的研究

工程技术界一向认为只有所谓高韧性、高塑性的材料才能用来制造承受冲击载荷的机件或工具,而此一所谓高韧件是依据缺口试样在一次摆锤冲击下破断所得α值来衡量的。但在国内外生产实践中,特别是我国大跃进以来在金属材料使用和代用过程中所涌现的许多事实说明,上述这一看法和实际情况是有着很大出入的。本文根据一次摆锤冲击试验和机件在运转中破断情况的不同,提出了金属材料抵抗冲击载荷的抗力应该用多次重复冲击试验进行衡量。文中首先分析了过去和现代对多次重复冲击试验的价值和实用意义的不同论点和看法,以实验数据论证了作者所提出的看法,在探讨不同金属材料在多次重复冲击下断裂的基本规律的基础上,阐明了多次冲击试验的意义根本不同于一次摆锤冲击试验和疲劳试验,论证了从材料对多次冲击抗力的观点言,对α和δ值提出过高的要求是不必要和不适宜的。从而为高强度低塑性的金属材料扩大应用范围以及热处理工艺的某些变革指出了新的方向。     

结构钢在低温下的多次冲击断裂抗力

本文通过对缺口试样在低温下的多次冲击弯曲断裂抗力研究,初步探讨了结构钢45Cr、40MnB、20Cr、45钢等的多次冲击断裂抗力随试验温度而变化的规律,并以45Cr钢为重点研究了低温多冲断裂抗力与材料强、塑、韧配合的关系.认为在温度不太低(t>-50℃)的情况下,钝缺口(r=1.0mm)试样的多冲抗力,中温回火仍能显示优越性.在强、塑性能相近的条件下,40MnB的低温多冲抗力高于45Cr.45钢淬火500℃回火之后的低温多冲寿命是45钢正火态的10倍.20Cr低碳马氏体的低温多冲抗力较之上述几种中碳钢或中碳低合金钢调质态的都更优越.     

材料和构件在循环冲击载荷下的变形断裂研究

本文综合归纳了材料和构件在循环冲击载荷下的变形、断裂规律及机理研究成果，指出材料的变形具有多系滑移难于进行、应变不均匀性大和塑性变形集中在冲击接触点的特点；材料断裂过程为裂纹萌生、扩展和最后断裂过程，组织及实验条件对材料断裂有较大影响。冲击载荷引起的冲击应力波动态效应、体积效应、缺口效应和加载点位置效应对构件的寿命有很大影响。     

石墨对球墨铸铁冲击断裂特性的影响

本文用断口金相法分析和讨论了珠光体、铁素体、珠光体—铁素体基的球墨铸铁冲击断裂的裂纹扩展方式、断口形貌特征和石墨在冲击断裂中的行为。在冲击断裂中,石墨不是裂纹源,裂纹多源自石墨球之间的晶界或共晶团界上的杂质聚集处,裂纹通过不断地诱发出新裂纹源,不连续地向前扩展。     

高速冲击载荷下块体Zr基非晶合金断裂行为研究

利用自制高速冲击加载实验装置(ε104 s-1)研究了块体Zr基非晶合金的室温断裂行为;利用扫描电子显微镜对冲击后块体Zr基非晶合金进行微观形貌分析,对比研究了其在高速冲击载荷下ε约为102～103 s-1时断裂行为的差异.研究结果表明:高速冲击载荷下,块体Zr基非晶合金断面表现为类蜂窝状花样、胞腔状花样、脉状花样、熔覆和液滴等形貌;与ε约为102～103 s-1时相比,块体Zr基非晶合金在高速冲击载荷下的断口形貌更为粗糙,脉纹花样方向杂乱,主剪切带黏度降低程度更大,熔覆和液滴形貌尺寸更大,类蜂窝状花样底部具有微孔洞、非晶碎粒和裂纹.     

冲击载荷下的减振分析

将一个工程实际问题简化为单自由度、双质量系统，分析了其在冲击和干摩擦力作用下的位移响应，由此推导了吸振弹簧的刚度计算公式，为设计吸振弹簧的刚度确定了理论基础，并用Matlab编程计算了一个实例，计算结果表明对于冲击载荷减振弹簧的弹性系数很大，纠正了以往设计减振器时使用小刚度弹簧的错误，对于大刚度的金属弹簧设计上有一定的困难，因此通过选用橡胶材料并修改减振器的结构解决了这个问题。     

金属材料在旋弯载荷下的断裂形貌

本文从裂纹技术的角度出发,对带有环形切口的常用工程金属棒料,在旋弯预荷方式下的裂断断口作了宏观和微观分析,指出断裂过程分为撕裂带、疲劳区、暗灰色的细窄纤维区和瞬态脆断区;断口呈现脆断形貌特征,属于典型的脆性损伤破坏过程。金相分析表明,采用裂纹技术对金属材料的材质没有影响,断口质量满足工程要求。     

冲击载荷作用下圆柱形压力容器压力载荷特征分析

在高压物理和高压合成新材料中,经常会用到压力容器。本文目的是研究两端具有端盖密封的圆柱形压力容器在中心爆炸冲击载荷作用下的压力载荷特征,为压力容器设计及工作能力的评估提供一定的依据。为此,笔者采用NND方法对圆柱形压力容器的流场进行了数值模拟并对容器壁面的压力载荷特征进行进一步分析。     

铁素体球墨铸铁的断裂特性

本文叙述了铁素体球墨铸铁的断裂特性,联系室温拉伸和低温冲击,初步探讨了铁素体球铁的断裂机制。     

泡沫金属在冲击载荷下的能量吸收特性

基于显微CT扫描信息,建立泡沫金属材料二维细观有限元模型,考虑不规则胞孔的不均匀分布,根据试验结果拟合孔壁材料的弹塑性本构参数,分析了泡沫金属材料在动态压缩过程中的变形特性和弹塑性波的传播,重点讨论了泡沫金属作为防护材料的吸能机理和吸能特性。结果表明,对于相对密度为0.3的泡沫金属,在高速压缩至应变0.8的整个过程中,塑性波在泡沫金属试件中发生2次反射,试件经历3次压缩过程。相应地,泡沫金属的动能-应变曲线可以分为初始上升段、下降段和二次上升段3个阶段。内能和总能量变化曲线均单调增加。动能在第一次压缩结束时达到极大值,在第二次压缩结束时达到极小值;冲击速度越大,动能、内能和总能量均增长越快,动能在总能量中的比例逐渐增加,而内能在总能量中的比例减小。     

弹性球体在冲击载荷下的应力波传播

给出了弹性球体在冲击载荷下应力波传播的解析解。该解法是利用特征函数展开法，将动力学的一般解分解为满足非齐次边界条件的准静态解和仅满足齐次边界条件的自由振动解，其中准静态解满足欧拉方程，而自由振动解满足贝塞尔(Bessel)方程。利用分离变量法，贝塞尔(Bessel)方程的解是一个由球贝塞尔函数构成的级数形式解，然后将此解和准静态解叠加，可得弹性动力学问题的解。与特征线法，积分变换法，广义射线法相比具有物理意义更加明确，数学解法更加简明的优点，同时这一解法可以推广到任意载荷下，各向同性弹性动力学中的一般球对称问题。     

在冲击载荷作用下扭转轴冲击应力和动载系数的研究

本研究了几种常见的典型扭转轴在冲击载荷作用下的理论计算，推导出有关冲击应力，动载系数的简化计算公式。结果表明，不增大轴的最小超直径直径而只增大其它部分直径，并不能增加轴的抗冲击强度，反而会使其降低。     

高速冲击载荷下SiC骨架/Zr基非晶合金复合材料断裂行为研究

利用自制高速冲击加载试验装置(应变率ε104s-1)研究SiC骨架/Zr基非晶合金复合材料的室温断裂行为.利用配有能谱(EDX)的扫描电子显微镜(SEM)对冲击前后的SiC骨架/Zr基非晶合金复合材料作微观形貌分析,对比研究了其高速冲击载荷下(ε104s-1)与ε为102～103 s-1时断裂行为的差异.结果表明:高速冲击载荷下,三维连通网状SiC骨架/Zr基非晶复合材料中非晶相典型断口形貌为类蜂窝状花样,伴有微孔洞和微裂纹产生,各种花样尺寸均比ε为102～103 s-1时小,白亮边低矮,断口形貌随非晶相尺寸变化发生改变,SiC相以解理断裂为主,部分区域出现SiC碎化.     

钢在多次冲击载荷下裂纹发展过程的研究

应用在破断面上显微镜直接观察的方法研究了回火碳结构钢在多次冲击载荷下的裂纹发生与发展过程。发现裂纹深度与冲击次数之间存在t=t_0e~(N/b)的指数关系,裂纹发展速度V与裂纹深度t之间存在V=1/bt的线性关系(相应于普通疲劳的V=Kt~n关系式中n=1时的情况)。并得出多次冲击抗力(冲击破断寿命)既决定于裂纹发展速度V又决定于极限裂纹深度t_k,它们对冲击破断寿命的影响随钢回火温度或钢中碳含量的变化而互为矛眉的变化着。表明裂纹发展速度主要与强度因素有关而极限裂纹深度主要与塑性因素有关,二者的最好配合使钢在某一回火温度或某一碳含量出现多冲抗力极值。这就使以前发表的文[3、4、5]中所得多冲抗力基本规律得到了有力的支持,同时为充分发挥结构钢的强度潜力提供了新的依据。     

多次冲击抗力理论及其在生产中的应用

什么是多次冲击抗力理论?许多机械产品不仅粗大笨重,浪费材料,而且效率低,寿命短。究其原因,除了结构设计和制造工艺方面的问题外,关键就在于使用的材料强度水平一般都比较低。为什么使用的材料强度较低呢?原来在机械产品的强度设计中,过去一直迷信一种洋教条:认为制造零件的材料,除应保证一定强度外,冲击韧度愈高愈能保证安全,所以总是依冲击韧度为强度设计的准绳。在多次情况下,要使金属材料经过加工处理后达到规定的冲击韧度,强度就很     

扁平绕带式容器在爆炸冲击载荷下的安全性

基于爆炸实验结果,分析发现扁平绕带式容器在爆炸冲击载荷作用下具有较大的塑性变形能力,能够吸收较多的爆炸能量;爆破时对环境造成的危害程度较小。表明扁平绕带式容器在爆炸冲击载荷作用下有着较高的安全性。     

钛在爆炸复合冲击载荷下的绝热剪切现象

研究了在爆炸复合冲击载荷下工业纯钛和低碳钢（ＴＡ２／Ａ３）爆炸复合界面层附近ＴＡ２侧出现的绝热剪切带（ＡＳＢ）内的显微组织，表明其ＡＳＢ内具有等轴微晶组织特征并未发现微裂纹，ＡＳＢ内的显微硬度比附近基体略高，对仅在ＴＡ２侧产生ＡＳＢ，而在Ａ３侧从未观察到．这一现象从材料－力学－热学上进行了综合分析讨论．结果表明：应变丰和应变都影响绝热剪切过程；在爆炸复合冲击载荷这一近似绝热条件下，材料本身的物理性能（如比定容热容ｃｖ，密度ｐ等）、刀学性能（如导热系数ｋ）都影响ＡＳＢ产生的倾向性．     

复杂应力状态下球墨铸铁断裂试验的断口分析

通过对复杂应力状态下LZQT400-15球墨铸铁断裂破坏试验试件断口的宏观以及细观分析,得到了不同应力状态下球墨铸铁的断裂形式：单向拉伸时为正断,单轴压缩时为无孔洞影响的剪切断裂,纯扭时为有孔洞影响的剪切断裂,拉/扭组合时为混合型断裂。探讨了各种断裂形式内在的断裂机理及裂纹的形成与扩展过程。