K_(1c)的物理意义及其影响因素

本文企图从宏观和微观相结合的观点分析和讨论K_(1c)的物理意义及其影响因素。对于脆性断裂,通过表面能密度、裂纹尖端凝聚力场以及点阵“捕捉”作用说明K_(1c)的意义。用热力学原理分析了K判据的必要性和充分性,指出只有在裂纹尖端半径小于临界尺寸时,K判据才是必要和充分条件。 对于小范围屈服,裂纹尖端的钝化是通过尖端放射位错和吸引周围异号位错而形成的,这是最可能的物理过程。同时,着重指出Vitek的理论结果。 在弹塑性连续理论中,采纳了Orowan—Irwin有效断裂能密度的概念。用这概念及能量原理,本文建议要从试样塑性变形功中抽出属于K_(1c)组成部分的裂纹尖端塑性功。可以导出K_(1c)的表达式,形式上和陈篪的结果以及Hahn—Rosenfield的结果相似。影响K_(1c)的主要因素有:硬化率,杨氏樸量,抗拉强度,平面应变断裂真应变和一个适当的长度参数,其意义随断裂机制而异。其它冶金因素,例如晶粒度,可能通过断裂真应变影响K_(1c)。     

岩石Ⅰ、Ⅱ复合型断裂判据的研究

本文采用三点弯曲、四点弯曲的断裂试验方法对岩石的断裂韧性以及Ⅰ-Ⅱ复合型断裂判据进行了研究,得出了岩石的Ⅰ-Ⅱ复合型断裂判据:K_Ⅰ~2+AK_ⅠK_Ⅱ+BK_Ⅱ~2=K_(ⅠC)~2并将试验结果与最大拉应力(σ_(θ_(max)))理论和最小应变能密度因子(S(θ_(min)))理论进行了分析比较。     

K_(Ⅲc)值测试在热处理工艺研究中的应用

本文用我院研制的预制环状裂纹和扭转断裂装置对40Cr钢不同热处理工艺处理的试样进行K_(Ⅲc)值测试.试验结果表明:测得的K_(Ⅲc)值与试样组织状态和常规机械性能有较好的对应,说明用该装置测试K_(Ⅲc)值切实可行,简单方便.     

光弹性测定复合型应力强度因子K_Ⅰ和K_Ⅱ

当紧靠裂纹尖端处的等色线图案失真时,我们提出一个确定K_1和K_(11)的方法:在等色线图案上测定远场点(r/a≥0·15)的r、θ、N值,同时,采用裂纹尖端附近非奇异近似应力公式来建立新的K-N关系式。最后用该K-N关系式及远场点的r,θ、N测定值计算K1和K11的实验值。为了检验这个方法的精度,我们做了单边斜裂纹有限矩形板单向均匀拉伸光弹性试验。     

轴承钢GCr15断裂韧性K_(ⅡC)的试验研究

采用四点弯曲试样(FPB),对轴承钢GCr15在不同热处理制度下的滑移型(Ⅱ型)断裂韧性(K_(Ⅱc))进行了测定。试验结果表明,Ⅱ型断裂参数在如下范围内变化:K_(Ⅲc)=17～35MPa2~(1/m),裂纹扩展开裂角θ_o=55°～62°,K_(Ⅱc)/K_(Ⅰc)=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。在此基础上,对Ⅱ型断裂特征、不同热处理条件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。试验结果与线弹性复合型断裂理论的预测值进行了比较,对其差异和矛盾进行了分析讨论。     

用光弹性法测定薄壁园筒扭转的混合型应力强度因子(K_Ⅰ,K_Ⅱ)

用等色条纹来测定薄壁园筒上裂纹的混合型应力强度因子(K_Ⅰ,K_Ⅱ)。利用冻结切片在偏光显微镜下进行测量,实验结果就其中一种裂纹的应力强度因子与理论解比较误差不大,其精度满足工程要求。从而推证薄壁园筒上,其它裂纹的试验精度也能满足工程上的要求。     

陶粒砼Ⅰ-Ⅱ复合型断裂判据研究

用混合有限元法,采用四边形等参单元算得三点弯曲梁和四点剪切梁的应力强度因子K_Ⅰ和K_Ⅱ。用对称三点弯曲梁和四点剪切梁试件测得陶粒砼K_(IC)和Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的临界K_Ⅰ、K_Ⅱ值。根据实验结果,建议了陶粒砼Ⅰ-Ⅱ复合型断裂准则和根据K_Ⅰ/K_Ⅱ值计算起裂角θ的公式。最后,与普通砼的结果以及断裂力学中3个复合型断裂准则进行了对比。     

压剪复合应力强度因子和混凝土压剪断裂判据

含裂纹构件在压剪荷载作用下,裂纹面将闭合.本文在对裂纹前缘应力场的奇异性分析后,得出裂纹尖端只存在K_Ⅱ的结论.试验研究表明,混凝土在压剪情况下的破坏仍符合库仑-莫尔准则.因此,本文对压剪断裂提出了考虑裂纹面闭合和材料内摩擦双重影响的判据:在起裂时,是纯Ⅱ型扩展;其后是沿裂纹扩展方向剪断;并给出两个判据式.经8组单边裂纹压剪试样的试验验证,结果是令人满意的.     

平面应变断裂韧性K_(1C)三点弯曲试验法的影响因素

本实验研究了平面应变断裂韧性K_(1c)三点弯曲试验法的影响因素。试验材料为弹簧钢60Si_2Mn。 本实验对ASTME399-72所制定的《平面应变断裂韧性试验方法》中的若干问题进行了探讨,明确其合理的规定,对其中另一些规定提出了我们自己的实验结果和看法。 实验内容共分六部分: (1)跨距S对K_1的影响; (2)裂纹长度a与高度W比值对K_(1c)的影响; (3)加载速度对K_(1c)的影响; (4)预制疲劳裂纹的小级负荷对K_(1c)的影响; (5)疲劳裂纹长度对K_(1c)的影响; (6)载荷——位移曲线初始斜率对K_(1c)的影响。     

裂纹顶端锐度与石墨形态对球铁K_(1c)的影响

§1 引言在球铁断裂韧性研究中,有二方面问题特别引起人们的注意。一是测量方法的问题;另一是球化状态对断裂的影响,或者说石墨在断裂过程作用的问题。国内现在对球铁断裂韧性测量普遍采用ASTM E399-72(或74)标准中三点弯曲试样。北京钢研院在他们与北京第一机床厂等单位合作测球铁断裂韧性时,认为用疲劳裂纹与用顶端宽度小于0.15mm的线切割的裂纹,所得K_(lc)值是一样的。在后来工作中进一步从理论上得G_c(ρ_0)=G_0 π/4ρ_0σ_Fε_F的公式。这里ρ_0为裂纹顶端曲率半径,Gc为临界裂纹扩展力,G_0为常数,σ_F为材料断裂真应力(经缩颈修正),ε_F为断裂的真应变。因此认为对脆性材料G_c(ρ_0)基本上为一与ρ_0无关的常数。因此,他们认为测球铁K_(lc)不必开疲劳裂纹。但国内其它单位在测球铁K_(lc)时还是普遍地开疲劳裂纹。测量方法的另一问题是负荷—位移(P—V)曲线中P_(max)/P_σ往往大于1.1。按E399—72,这样的结果无效,必须用更大尺寸试样重新测量。但是多数单位现在仍把它看成有     

用园环裂纹拉伸试样测定钢在低温下的断裂韧性

为了用线弹性断裂力学观点研究钢的低温断裂行为,我们探索了用园环裂纹拉伸试样测断裂韧性K_(1c)的较为简便的试验方法.本文在论证该方法的同时,给出了用该方法测得的几种常用结构钢从室温至—196℃的一系列K_(1c)值. 为了说明试验结果的有效性,文中对实验精度进行了分析,并从线弹性断裂力学的基本要求出发,导出了试样的尺寸条件:D≥1.6(K_(1c)/σ_s)~2.最后,通过和标准的三点弯曲试验结果进行对照,二者符合较好。     

多轴应力状态下脆性材料统计断裂判据的研究

应用统计断裂理论,用分币裂纹模型模拟材料中的缺陷,通过用裂纹面的法向矢量反映材料中裂纹面的随机取向,用等效应力代替实际应力状态的破坏效应,提出了多轴应力状态下脆性材料统计断裂的判据。判据反映了结构的破坏强度与其所受的应力状态、破坏概率及材料的性能参数之间的联系关系。通过判据可得出对当前研究成果的一些合理解释,最后用判据的预测与实验数据进行比较,结果较吻合。     

岩石断裂韧性的研究

本文首先从理论上和数值计算结果上定性地分析了岩石内部的节理、裂隙及孔洞、空隙等对裂纹尖端的应力集中的影响,并通过实验手段测出了岩石试件裂纹尖端的应力集中松弛系数R,由此对岩石断裂韧度K_(IC)计算公式进行了修正;对边界配位法理论的最佳配点数m的取值问题也进行了研究。还以对岩石断裂韧度测试中三点弯曲试件的尺寸要求进行了试验研究。     

复杂应力状态断裂判据的讨论

结合对脆性材料常规破坏试验结果的分析,修正了脆性断裂强度条件,将新的强度条件用于解决复合型裂纹的断裂问题,认为应力三维度极大值处对应于裂纹的启裂位置,裂纹的启裂方向则与处的最大拉应力方向有关,给出了一个新的复合型断裂判据,利用铝合金平面应变断裂实验结果对新判据作了验证。     

脆性材料复合裂纹断裂判据研究

研究了混凝土等拉压强度不等的脆性材料在平面应力和平面应变情况下裂纹附近的塑性区的范围，并给出了相应的表达式；运用在一定外力作用下物体内等效应力作为断裂判据，推测含复合裂纹的脆性材料的裂纹扩展时的临界条件相扩展方向，计算了试件在6个不同裂纹角时断裂角的大小，其结果与最大周向正应力理论判据、最小应变能密度理论判据及实验结果比较，说明用最小等效应力作为含复合裂纹的脆性材料的裂纹断裂判据是可行的．     

1150初轧机万向接轴扁头断裂分析

本文通过对初轧机万向接轴材质35 CrMOV钢K_(IC)和K_(Id)值的实测,计算了扁头裂纹尖端的应力场强度因子,应用断裂K判据,分析扁头脆断的原因.结果表明,由于初轧机上轧辊在强烈扭振和冲击载荷作用下,导致了扁头的断裂.     

压电材料平面裂纹问题的强度因子和能量释放率

在压电材料平面问题复变函数形式的通解的基础上，推导了裂纹问题的应力强度因子和电位移强度因子（统称为强度因子）的一般表达式。提出了用裂纹面上的位移和电势来推算强度因子的方法，并用有限元实施计算。以无限大压电介质中的Ⅰ型（即张开型）裂纹问题为例，将有限元计算结果与解析解做了比较。进一步又计算了含有边界裂纹的紧凑拉伸试件以及三点弯曲试件的强度因子、能量释放率和断裂荷载，与已有的试验结果作了比较，并对以机械能释放率为判据的断裂准则进行了讨论。     

钢筋陶粒混凝土和普通混凝土断裂参数K_(IC)和CTOD_(IC)的试验分析

通过对加筋及无筋陶粒混凝土和普通混凝土带大、小缺口的三点弯曲梁进行试验和有限元分析,对其断裂性能进行研究,分析得到配筋大小、混凝土品种和强度、切口深度对混凝土断裂韧度K_(IC)及临界裂缝尖端张开位移CTOD_(IC)的影响。提出了断裂韧度K_(IC)与混凝土抗拉强度、切口深度的计算公式。试验和分析证实。裂缝开始失稳扩展时,CTOD_(IC)值的变化范围很小,有可能成为控制混凝土失稳断裂的材料参数。     

关于快速扩展裂纹的止裂韧性K_(Ia)值

本文指出裂纹快速扩展到止裂时的止裂韧性K_(Iα)值,不仅是材料的固有属性,而且与结构因素,载荷情况等有关,用PMMA制的DCB试件进行了实验测定.在作者以前提出的裂纹快速扩展的瞬态振动计算模型的基础上,对止裂韧性K_(Iα)值的性质作出了理论分析解释并计算了K_(Iα)值,与其他学者的实验和分析结果作了比较.     

缺口断裂实验研究和断裂判据

本文在考察影响冷轧辊破损的力学因素中选用了缺口和裂纹两种试样进行断裂韧性测试。结果发现对于冷轧辊材料(高硬度,ε_F≈0)其K_(1c)≤(2/3)K_(ρc)(ρ=0.06毫米),即K_(1c)和K_(ρc)值差别较大。故本文认为有的文献提出对于低韧性材料(ε_F≈0)可用细切口试样代替裂纹态试样测定K_(1c)值不是普遍可行的。这一事实在工程实际中是重要的。在实验分析中,本文主要参考了Tetel man.A.S和Yokobori.T的分析工作,采用了弹塑性宏观力学的方法,近似分析缺口试样弹塑性应力场,建立有关断裂判据,所得结果较好解释实验现象,并可作为K_(ρc)计算的估值公式,亦可供分析缺口断裂问题参考。