粘接界面本构模型研究进展

粘接界面本构模型的主要特点是不像经典断裂力学根据材料弹性或塑性分析得到宏观的断裂标准来判断是否开裂和扩展。在界面本构模型中,材料的强度和韧度、裂纹的形成和扩展都由界面的本构关系所决定。介绍了目前主要的5个界面模型,给出这些模型的特点和界面开裂时的拉力与位移关系。     

大气压力对微粒填充流变材料界面损伤成核影响的研究

研究了在考虑大气压力情况下,以粒子填充粘弹性材料的界面开裂机理,采用能量法导出了以界面粘接能、粒子半径和大气压力表示的界面开裂临界应力表达式.研究表明当界面粘接较差、粒子半径较大时,大气压力对临界应力影响不可忽略.     

考虑界面层效应的纤维增强陶瓷材料的力学模型

在弹性圆筒理论和剪滞模型基础上提出了考虑界面相与界面层效应的力学简化模型。据此对纤维增强陶瓷复合材料完成了Ｉ型加载条件下的应力分析，它有以下特点：①引进界面层，各项分析所得结果均含有界面层材料性能及几何参量等信息，因而能更好地用于材料设计与界面调控工艺；②不仅给出界面剪应力，还可给出界面正应力（或剥离力），因而更适用于分析界面分离，界面脱粘，基体开裂临界应力和纤维桥联增韧效应     

大气压力对微粒填充流变材料界面的损伤成核影响的研究

研究了在考虑大气压力情况下，以粒子填充粘弹性材料的界面开裂机理，采用能量法导出了以界面粘接能、粒子半么和大气压力表示的界面开裂临界应力表达式，研究表明：当界面粘接较差、粒子半径较大时，大气压力对临界应力影响不可忽略。     

环氧沥青混合料细观尺度水损坏特性

基于细观尺度技术研究环氧沥青混合料(EA)早期水损破坏的力学特性,建立集料-黏结界面-沥青砂浆平面细观力学有限元模型.引入内聚力模型(CZM)对集料与沥青砂浆界面进行离散,模拟EA在水分渗透过程中集料与沥青砂浆界面裂缝的萌生、扩展直至失效的过程,分析载荷与水分耦合作用下EA出现集料剥离与裂缝的力学特性.研究表明:EA的力学响应受材料含水率的影响很大,剥落主要发生在体积较大且形状不规则的集料周围;材料含水率增加会加剧沥青混合料水损破坏的程度,集料剥离呈快速增大趋势;集料四周薄弱界面区域内的沥青砂浆在受力上最为不利,极易出现水损病害.集料体积特征对EA水损破坏存在较大的影响,应控制过粗集料在混合料中所占比例.     

混凝土开裂对BFRP混凝土界面应力的影响

以最大主拉应力作为混凝土开裂的判别依据,采用基于能量的指数型软化损伤模型,利用扩展有限元模拟钢筋混凝土梁的裂缝扩展过程.通过在试验梁裂缝位置处预设初始裂缝,对比不同荷载水平下的裂缝扩展高度,得到与试验梁基本一致的裂缝扩展结果.进一步将该方法用于玄武岩纤维布(BFRP)加固预损伤钢筋混凝土试验梁的失效分析中,模拟了试验梁由于混凝土裂缝扩展引起的界面剥离全过程,给出了混凝土裂缝扩展与界面应力分布之间的对应关系,得到混凝土开裂是导致BFRP剥离的主要原因的结论.     

混凝土细观扩展有限元法建模及宏观力学性能估算

混凝土内部的界面过渡区是材料的薄弱环节,一定程度上控制着混凝土材料的宏观力学性能,在界面应力和界面相对位移的框架下描述界面过渡区的本构行为,首先在界面应力空间下构建一个能够综合反映界面过渡区纯拉、拉剪和压剪加载下的初始开裂滑移面,然后通过两个独立的断裂能释放率参数:I型断裂能释放率和渐进II型断裂能释放率,来控制开裂滑移面的后继软化过程,建立了界面过渡区的摩擦剪胀型本构模型.并把该本构模型嵌入到扩展有限元的模式下,建立了能够反映界面过渡区复杂力学行为的扩展有限元模型.将建立的扩展有限元模型应用到混凝土细观数值模拟中去,探究了界面过渡区的初始界面刚度、峰值强度和断裂能释放率对混凝土宏观力学性能的影响规律.     

钢纤维混凝土界面粘接的研究

基于钢纤维混凝土材料中钢纤维与混凝土基的粘接情况 ,根据混凝土物理化学和摩擦学原理 ,分析了钢纤维与混凝土基的界面并建立了界面粘接模型 ;依据现代材料测试手段研究了钢纤维与混凝土基界面的形貌和元素分布情况。研究结果表明 ,钢纤维与混凝土基的界面粘接既有物理粘接也有化学结合     

PZT薄膜界面分层破坏的内聚力模拟

实验测试表明,单晶硅基板上磁控溅射沉积的多层薄膜材料Cr/PZT/PLT/Pt/Ti容易沿着Cr/PZT界面端开裂并发生分层破坏.我们在实验测试基础上,通过数值模拟计算与分析研究,确定了该薄膜界面的结合强度参数.模拟计算基于连续介质力学的内聚力模型,采用有限元方法来分析沿Cr/PZT界面的裂纹萌生和扩展过程.首先,将该界面表征为一个遵从指数或双线性内聚力模型本构关系的薄层.然后,通过与实测的断裂载荷、加载点的载荷-位移曲线校准的办法,确定出界面内聚法则参数.研究发现,内聚强度和内聚能是最为关键的内聚参数;双线性内聚力模型更适合于描述Cr/PZT界面破坏;与毫米量级厚度的薄膜材料相比,该多层薄膜材料中的Cr/PZT界面的内聚能较低,属于弱结合界面,沿着该界面的分层破坏为脆性断裂过程.本研究表明,宏观力学的内聚力模型同样适用于分析微米厚度薄膜的界面破坏问题.     

二氧化碳地质埋存中固井结构损伤因素

针对二氧化碳注入地层过程,综述固井结构随流压增加完整性遭受破坏形成渗漏途径的力学影响因素,采用计算机软件FLAC和FLAC3D数值模拟的方法,建立套管-水泥环-地层及其间界面胶结良好情况下的三维模型.给出随孔底套管内压升高,水泥环受剪切或拉伸破坏的分析方法,得到孔底内压与水泥环安全系数的关系;给出流体侵入界面持续开裂情况的分析方法,建立相应的轴对称模型,得到孔底内压与界面破坏单元数目及其安全系数的变化关系.     

光纤光栅传感器高温粘接失效机理实验

随着耐受温度的不断提高, 高温光纤光栅在高温热结构领域的应用潜力愈发明显. 高温粘接是一种实现光纤光栅传感器应用的最简单有效的方法, 但高温环境使得高温粘接存在多种失效的可能. 通过高温拉伸和剪切实验研究了光纤光栅传感器与超高温陶瓷粘接的粘接性能, 结合断口的宏微观形貌观察研究了高温粘接的失效机理. 研究结果表明: 当温度为 500 和 650 ℃ 时, 粘接破坏是包含界面破坏和粘接剂内聚力破坏的混合破坏模式, 并且以粘接剂内聚力破坏为主; 在 800 和 1 000 ℃ 环境下, 粘接失效主要是缘于界面破坏. 在热和力的共同作用下, 粘接剂内部的孔洞逐渐扩展为裂纹, 导致抗拉强度减弱, 而单纯的高温热处理却会提高粘接性能.     

碳扩散对非真空热轧不锈钢复合板结合性能的影响

采用非真空热轧方法制备304不锈钢/Q235碳钢复合板材,利用OM、SEM、EDS等研究了不同压下率和轧后冷却方式下复合界面夹杂物、界面组织及力学行为的演变,并分析了C扩散对复合板界面组织形成及结合强度的影响。结果表明,随着轧制压下率的增加,界面夹杂物由块状向线型、连续点状乃至弥散点状分布变化。当压下率较低(28%)时,复合板剪切断裂位于结合界面处,随着压下率增加至47%及以上,复合板断裂位置为脱碳铁素体区。另外,热轧复合板经水冷工艺处理后,由于冷却速率较快,要抑制碳钢侧C元素的扩散,避免复合界面处脱碳区域的形成,从而提高了复合界面的结合强度。     

湿热耦合环境下碳纤维布加固混凝土界面耐久性能

为研究碳纤维补强聚合物加固混凝土结构在湿热环境下的耐久性能,通过对不同湿热耦合作用下36个CFRP-混凝土试件进行试验研究,分别进行5 d、10 d、15 d的加速湿热老化,并对其进行双剪试验,分析了不同温度、湿度的耦合作用下CFRP-混凝土界面的破坏形态、极限承载力、应变分布及相对位移等力学参数,进而分析湿热耦合环境对界面力学性能及黏结耐久性能的影响。结果表明:湿热老化作用后,CFRP-混凝土界面的界面力学性能有所退化;高温高湿耦合作用对界面的力学性能影响较大,15 d湿热腐蚀后,极限荷载、极限位移、CFRP应变较室温组试件分别下降26. 11%、25. 77%、40. 33%;湿热腐蚀介质渗入黏结界面,引起应变传递及位移发展更为迅速,对加固结构耐久性造成了损伤。     

Study on the Propagation of Interface Crack of Young Concrete Lining and Rock Under Blasting Load

In the construction of water conservancy and hydropower project, young concrete lining structure is often affected by blasting load. Young concrete has a lot of micro-fractures with random distribution, which are easier to propagate and connect under blasting load. This paper focuses on the calculation on dynamic stress intensity factors of bond interface crack of concrete-rock according to concrete age. Result shows that different incidence angles of stress wave lead to different crack propagation mechanisms. Under the normal incidence of impact load, the bonding interface crack propagation of the concrete lining is mainly caused by reflection tensile stress, which forms from the free surface. With horizontal incidence of stress wave, the bond interface crack propagation of concrete lining is affected by concrete age. With the increase of concrete age, the elasticity modulus margin between concrete and rock decreases gradually, and the crack propagation form changes from shear failure to tensile damage.     

胶合板梯度胶合界面应变的数字散斑法分析

研究了均质、薄壳和内增强3种结构胶合板的断面密度分布, 根据密度分布确定梯度界面,并运用数字散斑法分析胶合板老化前后的密度梯度层胶合界面处的应变分布,以探讨梯度胶合对胶合界面应变传递的影响。试验结果表明:均质结构的胶合板断面密度分布较均匀,基本在0.83 g/cm³左右,而薄壳和内增强结构的胶合板断面密度显示两者均有明显的密度梯度和弱界面的存在。在450 N左右的载荷作用下,各密度梯度层胶合界面处的剪切变形最大值均出现在胶线两端的槽口处,并沿胶线方向逐渐减小。密度梯度层的应变主要表现为高密度层的应变通常大于低密度层的应变。老化后试件胶合界面的应变值普遍减小,高密度层的减小较小,反映了高密度层耐老化性能强于低密度层。     

宽带激光熔覆铸造WCp /Ni基合金复合涂层结合界面组织特征

研究了宽带激光熔覆铸造WCp /Ni基合金复合涂层结合界面组织特征。结果表明结合界面微区组织特征为细小的共晶体组织、过渡层组织以及白亮带组织。白亮带及过渡层中主要含有Fe ,Cr,Ni,Si等元素。白亮带主要是单相的γ - (Fe ,Cr ,Ni,Si)固溶体组织。从熔覆区→过渡层→白亮带的平均显微硬度值呈梯度分布。复合涂层结合界面主要元素、微观组织结构和显微硬度呈梯度分布的特征 ,提高了涂层与基材之间的匹配性 ,缓解应力集中 ,避免裂纹形成 ,实现了基材与涂层良好的冶金结合。     

感应重熔对高速轧机轴承热喷涂层微观组织性能的影响

为了改善高速轧机轴承热喷涂层的微观组织性能,采用感应重熔技术对GCr15轴承钢表面预制备的高能火焰喷涂Ni60A涂层进行感应重熔处理,并利用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计对感应重熔前后涂层的孔隙率、微观组织、显微硬度等进行对比研究,探讨感应重熔对涂层以及界面微观组织、显微硬度的影响。结果表明,高能火焰喷涂镍基涂层的孔隙率高达5.09%,且表面孔洞缺陷较多,涂层与基体结合的界面处存在较明显的界面裂纹和孔隙缺陷,呈现典型的机械结合,界面结合特性较差;而经感应重熔后其涂层组织致密,孔隙率仅为0.27%,涂层缺陷明显减少,与基体结合的界面处呈现出强冶金融合特性,且涂层中硬质相数量显著增多,涂层及界面的显微硬度均得到较大提升。因此,感应重熔技术可改善涂层的表面组织性能,在高速轧机轴承表面强化方面有一定的应用价值。     

新型销接钢筋铰缝弯剪复合作用下传力性能

为了研究铺装层厚度和销接钢筋铰缝对空心板桥铰缝传力性能的影响规律,通过改变桥面铺装层厚度和铰缝的配筋形式,设计了2组共4个梁式铰缝试件。进行了弯剪复合作用下结构开裂荷载、通缝荷载和极限荷载测试,与不带铺装层铰缝结构相比,传统结构加铺装层后分别提高了7.7%、114.3%和25.9%,新型销接钢筋铰缝结构加铺装层后分别提高了9.8%、61.3%和58%;与传统铰缝结构相比,新型销接钢筋与铺装层组合使用分别提高了28.6%、66.7%和88.2%,单独使用新型销接钢筋铰缝结构分别提高了26.2%、121.4%和50%。弯剪荷载作用下,加载侧与铰缝间荷载传递,在铰缝界面开裂前依靠界面黏结力,界面开裂后依靠界面黏结力和抗拉钢筋,界面裂缝贯通后,依靠抗拉钢筋传递荷载;铰缝与非加载侧自始至终通过界面黏结力实现荷载传递,新型销接钢筋铰缝多重横向受力钢筋自下而上依次破坏,破坏过程呈现出一定的延性。     

Yb:Y3Al5O12/Y3Al5O12复合晶体键合质量与激光性能研究

采用热键合技术制备了Yb:Y3Al5O12/Y3Al5O12(Yb:YAG/YAG)复合晶体。利用原子力显微镜和激光器分别对复合晶体键合界面形貌和散射情况进行了测试,结果表明Yb:YAG/YAG复合晶体无复合界面空间层,无界面散射,键合质量良好,实现了一体化。采用压力法测试得到复合晶体键合面的剪切强度为22.63 MPa。在激光二极管泵浦下,复合晶体实现了722 mW的连续激光输出,斜效率为26.7%。     

25Cr5MoA钢/Q235钢固-液复合轴界面Cr元素扩散行为

提出了金属梯度结构轴的概念.研究了固-液复合的25Cr5MoA钢/Q235钢复合轴的组织、Cr元素的扩散以及结合界面附近显微硬度的变化规律.结果表明:经过挤压变形后,25Cr5MoA钢/Q235钢界面形成了良好的冶金结合,二者结合紧密,除了组织结构的差别外,二者的结合界面已经难以区分.结合界面附近Cr元素在固-液复合时得到充分扩散,并呈现出连续分布的形态.从界面向Q235钢和25Cr5MoA钢两侧±100μm范围内,硬度呈现出均匀、连续分布.经过热处理后,随着加热温度的升高和加热时间的延长,Cr元素在结合界面附近的分布更加均匀,分布曲线在界面的斜率进一步降低,使结合界面附近25Cr5MoA钢的一侧的显微硬度大幅度降低,这有利于形成化学成分、组织以及性能的梯度变化.