铝合金摩擦搅拌焊接焊区的I/II型复合断裂研究

采用二维计算机视觉-数字图像比对技术,进行裂纹稳定扩展实时表面位移测量,定量分析了铝合金2024-T351母材及摩擦搅拌焊接后不均匀、各向异性的焊区的I/II型复合裂纹稳定扩展的断裂性能、临界COD及其分量CODI和CODII.并研究了母材及焊区裂纹的扩展路径.结果表明(1)距裂纹尖端后某一固定距离的临界COD可反映焊区的断裂韧性,(2)临界COD值反映复合裂纹的扩展受I型或II型裂纹扩展主导,(3)焊区的临界COD值对应地为母材的85%,(4)用数字图像比对技术分析I/II型裂纹的断裂性能是切实可行的一种新方法.     

复合型裂纹扩展的最大塑性区尺度准则

为了预测复合型裂纹呈滑移型（Ⅱ型）的断裂，在此提出了复合型裂纹扩展的最大塑性区尺寸断裂判据。该准则成功地预测了金属材料复合型裂纹呈滑移型（Ⅱ型）断裂的裂纹开裂角和临界荷载，同时认为金属材料裂纹扩展的动力来源于形状改变比能的释放，与体积应变能无关。将其结果与最大剪应力准则相比，取得了较为一致的结果。因此，结果表明：该准则在预测复合型裂纹呈Ⅱ型断裂上是成功的。     

Ⅰ-Ⅱ型裂纹发展的剪应力准则研究

将Ⅰ-Ⅱ型裂纹表面的剪应力引入裂尖应力强度因子的计算,获得了含中心闭合裂纹在不同裂纹长度、倾角以及摩擦系数下裂纹尖端的应力强度因子值。引入等径向剪应力线τrθ这一概念,在预测裂纹发生临界扩展时提出以下两个假设：闭合裂纹将沿着等τrθ线上双剪应力和最小的方向扩展;裂纹尖端的应力强度因子KⅡ达到材料的临界值KⅡc,裂纹将开始扩展;建立了Ⅰ-Ⅱ型闭合裂纹的剪应力准则。利用所建立的断裂判据计算求得的临界起裂角鼠与各种经典复合型断裂准则计算裂纹起裂角的结果较为接近,将其应用于Ⅰ-Ⅱ型裂纹的断裂判定是安全的。     

关于断裂韧性 K_(Ⅱc) 在轴承钢中的试验研究

通过对轴承钢ＧＣｒ１５在不同热处理制度下的滑移型（Ⅱ型）断裂韧性（ＫⅡｃ）试验，结果表明，Ⅱ型断裂参数的变化范围为：ＫⅡｃ＝（１７～３５）ＭＰａ·ｍ１／２，裂纹扩展开裂角θ０＝５５°～６２°，ＫⅡｃ／ＫⅠｃ＝１．１～１．６；下贝氏体（Ｂ下）含量在３１％时的下贝氏体和马氏体（Ｍ）的复合显微组织（Ｂ下／Ｍ）有最佳的强韧性匹配，较高的断裂韧性值．同时，对Ⅱ型断裂特征、不同热处理制度下材料强韧化机制和Ⅱ型断裂韧性试验方法进行了分析讨论．     

利用现代教育技术优化电子商务教学

通过研究混凝土梁中Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹尖端的应力场，给出了裂纹尖端塑性区范围，运用最大拉应力作为断裂判据，推测了混凝土梁中含复合裂纹的裂纹扩展时的临界条件和扩展方向。     

基于三剪统一屈服准则的复合裂纹断裂分析

基于三剪统一屈服准则,研究了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型复合断裂问题,对复合裂纹的断裂条件进行了分析计算,给出了包含十二面体单元上的2个主剪面应力对材料屈服的共同影响系数b及反映材料拉压性能的参数α的三剪统一屈服断裂因子,并根据裂纹扩展条件及临界状态下断裂因子的取值得到了复合裂纹断裂准则。算例中对35CrMn2材料的复合裂纹的开裂角及断裂因子进行了计算,并给出了影响系数b与开裂角θ0的关系曲线,算例的实验值与数值解的比较结果表明,通过改变参数可使该断裂准则适用于不同性质的材料且该准则可较好地应用于复合断裂问题。     

聚碳酸酯的复合断裂力学行为的实验研究

为了研究聚碳酸酯材料的复合断裂力学行为,利用半圆形PCBA试件开展了多组复合断裂三点弯曲试验,获得了不同复合程度的破坏荷载、裂纹初始扩展方向以及从纯Ⅰ型到纯Ⅱ型的全范围复合断裂韧度。实验发现:被广泛用于复合断裂预测的最大周向应力理论(MTS)无法正确预测PCBA的复合断裂;从纯Ⅰ型到纯Ⅱ型其破坏荷载基本相等,即破坏荷载与裂纹的复合程度关系不大。     

冷轧材料的各向异性对断裂性能的影响

为研究材料在冷轧过程中产生各向异性现象对断裂性能的影响，本文通过Ⅰ，Ⅱ型复合到纯Ⅱ型加载及有限元计算，研究了冷轧材料的各向异性对裂纹初始扩展规律和断裂性能的影响。结果表明，这种弱各向异性确定会影响材料的断裂形态。在垂直和平行于轧制的方向上，材料具有不同的断裂力学性状，且当ＫＩ／ＫＩ〉１时，２种不同取向试样大致沿τｍａｘ方程开裂；当ＫⅡ／ＫⅠ〈１时，裂纹会发生尖锐转折并呈Ｉ型怕裂。     

基于3D-ILC含60°平行双内裂纹脆性巴西圆盘断裂特性

裂纹间的相互作用是断裂力学的重要研究内容,但针对3维内裂纹的扩展规律及相互作用的研究较少。基于3D-ILC技术,在完整巴西圆盘内部制作平行双内裂纹,开展含60°双内裂纹单轴压缩试验,记录裂纹扩展过程,得到裂纹起裂及破坏荷载,分析双内裂纹相互作用下的应力双折射规律、裂纹扩展形态及断口特征。基于M积分及应变能密度因子理论进行数值模拟,揭示K_Ⅰ、K_Ⅱ、K_Ⅲ的分布规律,实现双内裂纹扩展路径及平行裂纹相互作用模拟,并与试验进行对比。结果表明:1)基于3D-ILC的平行双内裂纹扩展破坏试验规律显著,证明了该技术在多内裂纹相互作用试验研究中的适用性;2)试样裂纹形态主要有上翼裂纹、下翼裂纹、竖直裂纹及贯穿型裂纹,翼裂纹断口光滑区为Ⅰ–Ⅱ型复合裂纹,裂纹侧面为Ⅰ–Ⅱ–Ⅲ型复合裂纹,呈现矛状断口;3)含60°双内裂纹试样破坏荷载为完整试样的17.73%,内裂纹扩展速度与加载力为非线性关系;4)双内裂纹尖端之间存在屏蔽作用,使扩展呈现明显反对称的裂纹形态;5)基于M积分的K分布及基于应变能密度因子理论裂纹扩展路径与试验规律一致。结果为3维内裂纹Ⅰ–Ⅱ–Ⅲ型复合断裂及多裂纹相互作用研究提供了物理试验及数值模拟参考。     

混凝土梁中Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹研究

通过研究混凝土梁中Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹尖端的应力场,给出了裂纹尖端塑性区范围,运用最大拉应力作为断裂判据,推测了混凝土梁中含复合裂纹的裂纹扩展时的临界条件和扩展方向。     

三维介质中复合型裂纹扩展的断裂准则

断裂准则是评定含裂纹构件或结构的工作状态是否安全的基准和依据。本文从三维介质中复合型裂纹问题的分析入手,考虑裂纹尖端小范围屈服区对裂纹扩展的影响,提出了描述三维介质中任意形状裂纹扩展规律的F_(?)准则和E_(?)准则。这两个准则均与现有的实验资料吻合得很好,而且还有一个较为突出的特点,即能反映Ⅰ—Ⅱ—Ⅲ型复合裂纹和Ⅱ—Ⅲ型复合型裂纹中KⅢ对裂纹开裂角的贡献。这一特点是S准则[1]、MG准则[9]、C判据[10]和W判据[11]等一些断裂准则不具有的。     

高韧性材料Ⅰ—Ⅱ复合型裂纹尖端张开位移矢量的研究

本文用16 MnR钢的带不同倾斜角中心裂纹的十字形试件研究了1∶2双轴载荷下Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的断裂行为。为了测定高韧性材料Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的扩展方向和裂纹尖端张开位移矢量((?))的启裂值,本文提出了适合于Ⅰ-Ⅱ复合型断裂的多剖面法。所得结果表明,在高韧性材料中裂纹启裂时,CTOD的数值并不是材料的常数,但是,(?)的方向与扩展方向有较好的关联,且其张开型分量与裂纹倾斜角无关,为一与用标准Ⅰ型试件测得的断裂韧性值基本相同的常数。因此,(?)有希望成为高韧性材料Ⅰ-Ⅱ型裂纹的断裂判据。     

复合投影法及其在压力容器中的应用

本文指出了目前国内外压力容器缺陷评定标准(规范)中对复合型断裂所采取的“投影法”在某些情况下的不安全性,提出了适用于压力容器Ⅰ—Ⅱ型复合断裂的“复合投影法”,由此得到的带斜裂纹压力容器的临界压力计算式形式简单,与正裂纹(纯Ⅰ型)的临界压力计算式在线弹性和弹塑性断裂时均只差一系数(15sin~2β+1)~(1/4),其计算结果与Oe:理论、S理论和实验结果都比较接近。“复合投影法”可供工程参考应用。     

返修次数对S355J2W+N钢焊接接头疲劳性能的影响

试验对比分析了2次、4次以及6次返修焊对S355J2W+N焊接接头疲劳性能的影响。结果表明,焊接返修次数增加会使接头疲劳寿命降低,6次返修的接头中值疲劳寿命与未经返修的接头相比降低43%。疲劳试样断裂位置分为在焊缝处断裂和在母材处断裂,断口均明显分成裂纹源区、裂纹扩展区和最后断裂区3部分。     

空洞扩张与Ⅰ—Ⅱ复合型裂纹的断裂参量

本文根据材料细观断裂机理研究了Ⅰ－Ⅱ复合裂纹尖端区域发生韧性断裂的力学条件，并考察它们与Ⅰ－Ⅱ型裂纹断裂参量的关系。结果表明：Ⅰ－Ⅱ型裂尖张开位移矢量的Ⅰ型分量δ＾１与裂尖区材料在受载变形中积累的宏观空洞扩张比ＶＧ有密切的对应关系；现有的ＣＯＤ和文［２］中的δ＾１参量均表征了裂尖区早期形核空洞的扩张。     

镍基单晶合金板裂纹尖端塑性区分析

裂纹尖端塑性区对研究裂纹开裂扩展具有重要意义.应用Hill屈服准则和考虑拉-剪耦合的修正Hill屈服准则,对镍基单晶合金板裂纹尖端塑性区进行了分析.得到了Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅰ、Ⅱ复合型裂纹尖端塑性区.对镍基单晶合金板内裂纹尖端塑性区与各向同性材料板内裂纹尖端塑性区进行了比较.讨论了拉-剪耦合、Ⅰ、Ⅱ复合型裂纹复合比及温度对裂...     

正交各向异性板复合型裂纹能量释放率分析法

将Palan iswamy能量释放率准则推广到各向异性材料,即认为裂纹沿着最大能量释放率的方向扩展.通过计算支裂纹尖端的应力强度因子得到主裂纹尖端的能量释放率,分析了正交各向异性板I-II复合型裂纹的断裂方向角与KⅠ/KⅡ之间的关系.计算结果表明:随着KⅠ/KⅡ增大,断裂方向角θ减小.当K/K大于7时,θ小于3°,基本上沿裂纹面扩展;当θ等于15°时,KⅠ/KⅡ等于0.894 9,KⅡ的影响已经超过KⅠ的影响;当θ大于35°时,KⅠ/KⅡ,这时基本上为Ⅱ型裂纹.     

16MnR钢复合断裂的塑性区和扩展角

本工作对预制有斜裂纹的16MnR纲试件作了拉伸试验,进行Ⅰ—Ⅱ型复合断裂的研究。本文着重研究了: ·裂纹扩展角的变化; ·塑性区的变化。结果表明,尽管口。判据、S判据、G判据和c,判据等从LEFM观点出发,认为裂纹扩展角(9P)与初始裂纹长度(a。)无关,但延性材料复合型断裂的扩展角却是随a_o的增大而增大的。此外,在加载屈服不太深时,裂纹尖端附近出现一边界近似于对数螺线形的塑性区;当屈服加深到一定程度时,塑性区逐渐由裂纹尖端向后表面扩展,形成一形似“R”的塑性边界;继而不断扩展,直至断裂。     

GH80A镍合金电子束焊接接头旋转弯曲高周疲劳行为研究

随着镍合金电子束焊接在工业中的大量应用,尤其是在航空发动机和燃气轮机等关键长寿命服役设备中的使用,有必要对镍合金电子束焊接接头的高周疲劳属性和断裂机理进行系统的分析研究。本文利用旋转弯曲高周疲劳试验机进行疲劳试验,获得了母材和焊接接头的应力-寿命(S-N)曲线和疲劳断口,同时利用扫描电镜（Scanning Electron Microscope,SEM）对疲劳断口进行了微观特征分析,确定了母材和焊接接头在不同应力幅下的疲劳裂纹萌生区和扩展区,分析了裂纹萌生区位置与应力幅的相互关系。最后,利用有限元分析了焊接接头热影响区微裂纹位置与大小对材料疲劳性能的影响。从现有的试验和模拟结果可以得到：1)母材和电子束焊接接头应力-寿命(S-N)曲线分布趋势一致,但焊接接头疲劳强度要低于母材,在靠近107周次时,两者疲劳强度差距最小;2)在高应力幅（低周疲劳寿命阶段）母材和焊接接头的疲劳裂纹均起源于试件表面并且都是多点萌生断裂,焊接接头疲劳断口位置位于焊接熔合区或热影响区;3)在低应力幅（高周疲劳寿命阶段）疲劳裂纹在试件次表面萌生,焊接接头疲劳断口位于热影响区或焊接母材靠近热影响区处;4) 通过有限元模拟发现微裂纹的存在有利于裂纹的扩展。在拉应力作用下,横向微裂纹更优于纵向裂纹沿着应力方向进行裂纹扩展;随着微裂纹尺寸增大,微裂纹间更易于相互贯通,形成更长的裂纹,从而降低了材料的疲劳性能。综上可知,电子束焊接仅仅影响材料的疲劳强度。疲劳断裂机理和母材一致都为穿晶解理断裂,疲劳裂纹萌生区域位置也和母材一样都受应力幅的直接影响。     

高速列车用高强铝合金疲劳断口的特征

通过宏观拍照和扫描电镜对A7N01高强铝合金T型焊接接头的疲劳断口进行了研究,揭示了该铝合金疲劳裂纹萌生与扩展的特征.铝合金的疲劳断口可明显划分为疲劳裂纹源区、裂纹稳定扩展区和瞬断区3大区域.疲劳裂纹从T型焊接接头的焊趾处萌生并向接头中心线扩展,疲劳裂纹扩展区可以观察到疲劳破坏的一些典型特征,瞬断区的断口形貌与拉伸断裂相似,形成不平坦的粗糙表面.