BiTiO3单晶电致疲劳裂纹扩展的原子力显微镜研究

利用原子力显微镜(AFM)原位研究了BaTiO₃单晶压痕裂纹电致疲劳的扩展过程, 以及交变电场引起的畴变和疲劳裂纹扩展的相关性. 结果表明, 正负交变电场并不引起裂纹尖端电畴的交替变化, 而是在裂纹周围发生随机转变, 随着电场交变次数的增加, 止裂裂纹重新起裂扩展.     

声发射监测裂纹闭合行为

疲劳过程的声发射(AE)研究目前已做了许多工作,但与其裂纹闭合效应联系起来,还未见这方面的详细报道。声发射是材料内部局部区域应变能释放而产生的弹性应力波。材料形变时,位错运动、裂纹成核和扩展等均能产生AE。业已知道,带裂纹试样的声发射主要来自于裂尖的塑性变形和裂纹扩展,因此,声发射也受裂尖应力强度因子控制。基于这一原理,本文认为裂纹闭合效应也一定与声发射有对应关系。裂纹由接触到张开,柔度突然增大,塑性变形突增,以及有效裂纹长度迅速增加,反之亦然,声发射必定会给出这一突变以响应。实验极好地论证了这一预测,为监测裂纹闭合效应提供了一种新的测试手段。     

脆断微裂纹形核的原位观察

Rice和Thomson及其支持者认为脆断裂纹扩展时不会发射位错.对Si和Fe-Si,解理裂纹扩展前能发射一些位错,故Argon认为Si的韧脆转变取决于裂尖发出位错的多少.而Chiao认为,如裂尖发出的位错不能运动离开就导致脆断.Gerberich等认为随裂尖发射位错,有效应力场强度因子增加,当它达到临界值时就导致解理扩展,称之为“塑性诱发解理”.总之,他们均认为解理裂纹是连续扩展的,裂尖发射位错就导致钝化,裂纹解理扩展前不发射或只发射极少量位错.     

不同压电材料反平面应变状态的电渗透型界面裂纹

将压电材料中的电渗透型裂纹处理成静电学的连接界面 ,按上、下两表面的切向电场强度连续和法向电位移连续建立裂纹处的电学边界条件 ,精确分析了不同压电材料反平面应变状态的共线界面裂纹问题 ,给出了单个界面裂纹和双界面裂纹的复型封闭解 .结果表明 :在裂尖处应力、应变、电场强度和电位移均有(1/2 )阶的奇异性 ,裂纹扩展能量释放率仅与应力、应变强度因子有关 .其退化结果与文献结果一致     

关于曲线动力扩展裂纹尖端场

由于工程实际的需要,弹性固体中复合型载荷作用下的裂纹动力扩展问题近年来受到了较大重视。在复合型载荷作用下,裂纹一般沿曲线路径扩展。Freund和Clifton首先分析了这一问题。他们证明了在以裂纹尖端为原点、以裂纹瞬时扩展方向为x轴的局部坐标系中,裂纹尖端主奇异场的结构和直线扩展裂纹是相同的。Achenbach和Baant亦得到了相同的结果。鉴于裂纹尖端高阶渐近解对曲裂准则有较大影响,Nishioka和Atluri给出了直     

PZT-5H导电缺口电致滞后开裂

研究了PZT-5H铁电陶瓷导电缺口发生电致滞后断裂的可能性及其规律. 结果表明, PZT-5H导电缺口发生电致断裂的临界电场E_F = 14.7±3.2 kV/cm. 如外加电场E<E_F, 则在导电缺口前端瞬时产生电致微裂纹, 若保持恒电场E, 电致裂纹将缓慢扩展直至试样发生滞后断裂, 滞后断裂的门槛电场E_DF = 9.9 kV/cm. 如EE_K= 4.9 kV/cm, 则电致裂纹并不瞬时形核, 只有在恒电场下经过一定的孕育期后电致裂纹才形核并扩展一定距离, 但试样也不会发生断裂. 如E<E_DF = 2.4 kV/cm, 即使长时间施加电场, 裂纹也不形核. 导电裂纹的滞后形核和滞后断裂归因于恒电场下从缺口顶端发出的电荷密度随时间而增大, 当外加电场小于电荷发射的门槛电场时不会发生电致裂纹的滞后形核.     

浅析平板网架焊接空心球节点疲劳寿命估算方法

文章简要阐述了疲劳寿命估算的一般方法及其估算步骤,同时也指出了各种估算方法的优缺点,介绍了在平板网架结构中焊接空心球节点在常幅栽荷作用下裂纹起始阶段寿命的计算方法和计算公式,指出了焊接空心球节点在常幅载荷作用下裂纹扩展阶段的计算方法和计算公式。     

浅析平板网架焊接空心球节点疲劳寿命估算方法

文章简要阐述了疲劳寿命估算的一般方法及其估算步骤,同时也指出了各种估算方法的优缺点,介绍了在平板网架结构中焊接空心球节点在常幅载荷作用下裂纹起始阶段寿命的计算方法和计算公式,指出了焊接空心球节点在常幅载荷作用下裂纹扩展阶段的计算方法和计算公式.     

结构疲劳损伤理论的评述

结构疲劳是其在累积损伤、裂纹起始,扩展直至破坏的过程.通过对既有的各种结构累积损伤理论进行分析和对比,文章研究了目前存在的各种累积损伤理论适用性与优缺点,并从损伤力学角度研究了累积损伤的原理.     

TiAl金属间化合物中解理裂纹的稳态扩展

一般来说,当稳定的解理裂纹形核后就将高速失稳扩展,直至断裂。从断裂力学角度看,当试样尺寸满足平面应变要求后,裂纹扩展超过2％阻力曲线就饱和,故一旦裂纹扩展超过这个临界点,裂纹就将失稳扩展而导致脆断。断裂韧性为     

复合裂纹弹性应力场中球畸变溶质的偏聚

受裂纹应力场诱使,进入材料间隙位置的氢原子会向裂端附近区域偏聚,形成“氢气团”。龙期威、Hirth等基于裂纹线弹性应力场与氢原子的弹性交互作用提出了氢原子偏聚Ⅰ型裂端的物理模型。黄显亚、吴世丁等采用离子探针探测到Ⅰ型裂纹前端出现氢富集峰。而对复合裂端附近溶质偏聚的理论尚未见报道。     

弹塑性裂纹尖端场研究的最近进展

尖端场的研究是断裂力学中的核心问题之一。本文讨论Ⅰ型平面应变裂纹在理想弹塑性材料中的准静态定常扩展。如果材料是不可压缩的(泊松比v=1/2),Slepyan,Gao与Rice分别得到的四区解(即裂尖场上半平面由四个区组成,以后称为不可压缩材料的解)已为     

多晶体α-Ti中裂纹扩展的动态观察

近年来,利用扫描电镜对金属材料的形变与断裂微观过程进行动态观察越来越受到注意。这种试验方法能在拉伸过程中抓住裂纹形核的时机与地点,追踪裂纹扩展路径,观察形变过程中所发生的裂纹形核与扩展过程。     

高温结构陶瓷受静疲劳作用时声发射行为及断裂预测

高温结构陶瓷具有优异的耐腐蚀、耐磨损、耐高温性能,在高科技领域中具有广阔的应用前景.但其可靠性低的致命弱点却使它在实际应用中受到限制.本文通过声发射换能器检测出高温结构陶瓷受静疲劳作用时的声发射信号,探索在静疲劳下声发射信号与结构陶瓷中裂纹形成、扩展的关系,发现结构陶瓷在断裂前其声发射计数率具有明显不同的变化规律,从而可以用声发射预测受静疫劳作用的陶瓷材料的断裂,这对确保陶瓷材料使用可靠性具有重大意义.     

复合材料的比应变能密度破坏准则

在文献中,提出了一个预测复合材料中裂纹扩展方向的比应变能密度准则(Strain energy density ratio criterion)。用一个短纤维复合材料层合板中Ⅰ-Ⅱ型复合型裂纹扩展方向的预测为例子与实验结果进行了对比。结果表明,该准则对预测复合材料中裂纹扩展方向是成功的。那么,这个准则可否用来预测复合材料的破坏强度呢,本文将研究这个问题。     

氢鼓泡的形核、长大和开裂

用显微镜原位观察了车轮钢中氢鼓泡的长大过程, 用块状非晶观察了氢鼓泡破裂后的局部断口形貌. 结果表明, 氢鼓泡形核、长大和开裂的过程如下: 氢使过饱和空位浓度急剧升高, 空位聚集成空位团后, 随着空位和氢的不断进入长大成氢鼓泡. 随氢压升高, 基体变形可使近表面鼓泡鼓出表面; 氢压进一步升高可使鼓泡开裂, 体积增大使氢压下降引起止裂; 随氢进入氢压进一步升高, 可使止裂裂纹重新扩展直至鼓泡破裂.     

断层的亚临界扩展和地震的孕育过程

断层的亚临界扩展,在浅源构造地震的孕育过程中,起着重要的作用。本文用流变介质中的Ⅱ型受压闭合裂纹作为断层的力学模型,研究了在不同受力情况下的断层亚临界扩展过程,进而分析了断层活动规律与地震的关系。如文献[1]中所述,对于断层扩展问题,可选用平板边缘受均匀剪应力τ_0作用的Ⅱ型裂纹作为理论模型。裂纹坐标为y=0,|x|≤a。ξ为以裂纹端点为原点,指向-x方向的活动坐标。     

流变学的新进展

流变学近年发展很快,应用范围日渐扩大。这里,只简要地介绍我们开创或发展的流变学的新分支学科——流变断裂学、流变冶金学、泛系流变学方面的主要科研成果。一、流变断裂学无论是线弹性断裂力学中材料的“起裂点”,或是弹塑性断裂理论中裂纹扩展后的“失稳点”,都无法定量地解释变温应力或水持续荷载或它们共同作用下混凝土类含裂纹工程构件中裂纹扩展的时间相关性,更不能给出裂纹扩展全过程的定量描述。为此,我们创建了流变断裂学。     

纤维增强复合板中裂纹的动态扩展

报道了环氧基玻璃纤维单向增强复合材料制成的带预制裂纹的平板在三点弯曲冲击载荷下的破坏实验. 实验中利用透射光路进行了高速摄影, 拍摄到裂纹扩展的全过程, 并观察到一种新的动态断裂现象. 在此基础上, 对裂纹扩展速度和路径以及破坏方式进行了初步分析和研究.     

反铁电/铁电相界附近PbLa(Zr,Sn,Ti)O3陶瓷性能研究

采用固相烧结工艺制备了位于反铁电/铁电(AFE/FE)相界附近两个组分的PbLa(Zr,Sn,Ti)O₃ (PLZST)陶瓷样品. 研究了电场作用下样品的电致伸缩效应及等静压力对反铁电/铁电相界附近PLZST陶瓷相变、介电性能的影响. 在交变电场作用下, 两个样品总应变量分别达到0.21%及0.13%. 随着等静压力的增加, 反铁电PLZST陶瓷铁电/反铁电转变温度降低, 反铁电/顺电转变温度上升; 随着等静压力的增加, PLZST铁电陶瓷铁电/顺电转变温度降低.