用面积法对测量疲劳裂纹扩展速率求标定曲线

本文探讨的是表面直读法在电测中作疲劳裂纹长度测定的标定曲线时所产生的误差及其消除方法。利用断裂面积与电位的对应关系所作的测量疲劳裂纹长度的标定曲线可以提高测量精度。根据在一定的电流下,断裂面积与电位,即S(mm~2)——V(mv)有其相对应的关系,通过把面积s换算成裂纹长度a(mm),而获得(a(mm)——V(mv)关系曲线作为标定曲线。减少了表面直读法所作的标定曲线受疲劳前沿线形状影响的误差,使测量精度得到提高。     

圆环试样的电位分析

圆环试样可以近似地看作是一种常K值试样,很适于做材料的常K应力腐蚀试验和常(?)K劳疲试验,引起了大家的注目。本文就是为求得圆环试样在电位法中的电泣与裂纹长标定关系式所作的电位分析。通过保形变挟法推导出了电位的解析式及其计算简式,并由此定量地分析了圆环试样钓裂纹尖端张开位移对电位测量值的影响。本研究还分别用模拟纸法试验和有限元计算对圆环试样作了电位分析。三种方法的结果均相符。     

ZDF—1型数字直流电位裂纹测试仪的研制

在材料疲劳裂纹扩张的研究中,灵敏地跟踪疲劳裂纹的扩张,精确地测定相应栽荷循环周次下的裂纹长度是实验研究的关键。在众多的裂纹长度检测方法中,直流电位法以其突出的优点获得越来越广泛的应用。然而目前通用的检测装置精度较低,难以满足研究要求。我们研制的数字直流电位裂纹测试仪,精度高、性能稳定。为材料疲劳裂纹扩张的研究提供了有效的检测手段。本文着重介绍测试仪的研究过程、设计原理及其曲线的标定方法。     

使用试样监测受阴极保护埋地管道的电位

对于联合使用涂层和阴极保护的埋地金属管道和其他设施，监测其电位是否达到电位准则的要求，是控制阴极保护正常运行和良好效果的关键。使用试样测量电位比直接对管道测量具有明显的优点，可以大大减小IR降误差。文章简要介绍了在使用试样测量电位时影响测量值正确性的一些因素。     

基于直流电压降法的传热管疲劳裂纹扩展速率测量

介绍了基于直流电压降法测量蒸汽发生器传热管690合金轴向疲劳裂纹扩展速率的销加载拉伸方法。该方法与其他方法相比较,可以直接采用原始管状材料,在线连续测量管状试样在不同应力强度因子下的疲劳裂纹扩展。通过对标准紧凑拉伸试样的类比分析,建立传热管试样的销加载拉伸模型,并对该模型进行电学和力学有限元模拟分析,确定直流电压降数据采集方法。验证试验采用核电蒸汽发生器用690合金传热管,分别研究了室温和高温325℃空气中载荷和温度对材料疲劳裂纹扩展速率的影响,试验结果采用Paris-Erdogan公式进行拟合,吻合度较好。扫描电镜下观察端口形貌,疲劳裂纹的扩展为穿晶形式,在穿晶断口上观察到明显的疲劳辉纹和微塑性区。     

C-Mn钢和焊缝金属韧-脆转变宏观断裂行为

在韧-脆转变温度区对C-Mn钢和焊缝金属的COD,4PB,Charpy V和3NB试样进行了断裂试验。测量了试样断裂载荷、吸收功、加载点位移和断口上纤维裂纹长度,得到了纤维裂纹扩展速度及其前端标称应力随其长度的变化。结果表明随纤维裂纹的扩展,其单位长度吸收的能量降低,扩展速度加快,其前端的标称应力σ_(nom)增加,进一步的分析表明随纤维裂纹的扩展其前端三向应力度和正应力的增加导致韧-脆转变的发生。基于各试样尺寸和加载方式的不同,对其韧-脆转变断裂行为的差别进行了分析。对各种材料的断裂行为以及影响其韧-脆转变的宏观因素也进行了讨论。     

用于延性断裂韧性测试的载荷分离方法与应用

使用载荷分离理论的延性断裂韧性单试样方法,选取汽轮机转子钢Cr2Ni2MoV对规则化法和SPb分离参数法进行了研究.结果表明,在规则化法中,钝化修正时的钝化线方程仅对裂纹扩展较小时的J阻力曲线产生影响.提出了改进SPb分离参数法,消除了参考钝裂纹试样的影响;同时采用钝化修正后的初始裂纹长度和试验终止裂纹长度进行标定,可获得合理的裂纹长度预测结果.由改进SPb分离参数法得到J阻力曲线在较小裂纹扩展范围内均略高于由规则化法得到的J阻力曲线,而当裂纹产生扩展较大时,两种方法得到的J阻力曲线几乎完全重合;由规则化法得到的条件启裂J积分JQ值偏于保守.     

C-Mn钢和焊缝金属韧-脆转变微观断裂行为

对C-Mn钢和焊缝金属的COD,4PB,Charpy V和3NB试样在韧-脆转变温度区产生不同纤维裂纹长度后的断裂进行了卸载试验。通过对卸载试样纤维裂纹尖端及其两侧的微孔形态变化的观察和测量,断裂试样断口韧窝形貌以及起裂源粒子及其位置的观察和测量,对上述试样韧-脆转变区的微观断裂机理进行了分析研究。发现无论是裂纹试样还是缺口试样产生纤维裂纹后发生解理断裂的临界事件都是铁素体裂纹的扩展。韧-脆转变的主要影响因素为纤维裂纹扩展其前端三向应力度和最大正应力上升并超过临界值。韧性值的波动是由于在纤维裂纹扩展过程中,其尖端宽度的随机变化和材料中薄弱环节的随机分布引起的。     

雁行双裂隙类砂岩加载条件下裂纹扩展演化规律研究

为了研究裂隙岩体在荷载作用下裂纹扩展演化与破坏规律,以预制含雁行双裂隙类砂岩试样为研究对象,采用单轴压缩试验与DIC技术相结合,探究裂隙倾角和岩桥倾角对试样裂纹产生、扩展和破坏模式的影响。结果表明：(1)裂纹先从试样边界处产生,向试样中心扩展,随加载的进行,裂纹转向从裂隙尖端处产生,向试样上下端面扩展。(2)试样新生裂纹扩展演化过程、破坏模式与裂隙的倾角特征关系密切,随裂隙倾角和岩桥倾角的增加,裂纹扩展的数量分别呈现出先减少再增加后减少、先减少后增加的特点,试样破坏模式呈现出由张拉破坏向张拉-剪切复合破坏转变,但当裂隙倾角增加至90°时,试样破坏模式又呈现出张拉破坏。(3)岩桥贯通取决于其水平投影长度,当岩桥倾角为0°、30°,岩桥水平投影长度较长,岩桥未贯通,当岩桥倾角为60°、90°、120°,岩桥水平投影长度逐渐减小,岩桥发生直接贯通。研究成果可为工程设计及优化提供一定的指导意义。     

无侧限压缩下中心裂缝压实黏土强度及破坏特征分析

为探讨中心裂缝对压实黏土试样无侧限抗压强度及破坏特性的影响,考虑裂缝倾角β、裂缝长度2a和试样厚度H等条件,对预制中心裂缝的立方体压实黏土试样进行无侧限抗压强度试验,并对不同裂缝倾角条件下试样的破坏特征进行了分析。试验结果表明,裂缝倾角、裂缝长度和试样厚度均会对试样的弹性模量和无侧限抗压强度有不同程度的弱化作用。其中,裂缝长度的弱化作用较裂缝倾角的更强,而试样厚度仅在2～6 cm时,其弱化作用才会变得显著。关于试样的破坏特征,其裂纹的扩展方式主要是受裂缝倾角的影响,当β=0°时,裂缝尖端主要是扩展翼型裂纹;当β=15°～60°,裂缝尖端主要是产生翼型裂纹和次生共面裂纹;当β=75°和β=90°时,裂缝尖端主要是产生翼型裂纹和次生倾斜裂纹,此外,在预制裂缝中部还会发育有拉伸微裂纹。     

冷变形316 L不锈钢在高温高压水中的应力腐蚀

采用恒应力强度因子K=33 MPa·m1/2的加载方法,利用直流电压降方法在线监测核辅管道316L不锈钢在高纯水中应力腐蚀裂纹扩展速率。对比200、250、280和325℃温度下,氩气除氧和含有2 mg·L-1溶解氧的水化学环境中材料的裂纹扩展速率发现：溶解氧为2 mg·L-1时的裂纹扩展速率明显比氩气除氧时的裂纹扩展速率高。氩气除氧时,裂纹扩展速率在250℃时有一个最高点;溶解氧为2 mg·L-1的条件下,裂纹扩展速率随温度的升高而升高。     

平流层飞艇蒙皮材料I型裂纹研究

 飞艇在平流层环境中受高低温交变、臭氧、紫外辐射等恶劣工况的影响。为研究平流层飞艇蒙皮材料I 型裂纹特性,在单轴向拉伸载荷下,分析了含有初始裂纹的蒙皮材料撕裂裂纹尖端区域变形场的测试方法和裂纹扩展特征。通过初始长度均为20 mm 的单边切口人工模拟预制裂纹试样,采用数字散斑相关方法试验,分别获得I 型裂纹尖端和垂直裂纹尖端的位移场和应变场分布,结合散斑变形图进行相关计算,发现撕裂裂纹扩展过程为近似的脆性断裂特征,垂直于撕裂裂纹扩展方向的材料试样裂纹尖端变形场呈现为离散阶跃变化特征。研究结果表明：该方法可以测量平流层飞艇蒙皮用的柔性层压织物的I 型裂纹尖端变形场,揭示裂纹尖端初始裂纹的扩展规律和演化特征,获得的大范围屈服裂尖长度的裂纹尖端的变形值曲线,可为平流层飞艇蒙皮材料的撕裂损伤变化分析和裂纹尖端变形场测试提供有效的方法。     

脉冲电流下对AL6061合金进行熔孔止裂与愈合的仿真研究

Al6061铝合金常应用于航空航天领域蒙皮制造,因其中等硬度与低强度的弱点,在承受复杂载荷时容易出现微裂纹,进而影响服役安全可靠性。脉冲电流是一种极速、非平衡的金属材料微小裂纹修复工艺,可以克服该材料不易焊接修复的短板。本文在既有的实验基础上建立单边预制裂纹缺口模型,采用有限元仿真手段,进行了热-电-力三场耦合数值模拟,计算不同参数下裂纹区域的电场、温度场和应力场分布。使用“生死单元”法模拟止裂熔孔的产生,并获得了不同几何、物理参数下止裂熔孔尺寸变化的规律。结果表明：焦耳热形成的止裂熔孔降低裂尖的集中应力,抑制裂纹扩展,裂纹区域高温区与基体常温区形成温度梯度相互约束产生巨大的热压应力促使裂纹宽度减小,进而直至愈合;初始熔孔尺寸与裂纹长度成正比、与板厚成反比,最佳尺寸直径为0.1mm以内;电流值和电流加载时间均能控制熔孔生长,电流值一定时,当时间达到0.12s形成的熔孔尺寸超出最佳止裂尺寸范围。研究成果为特定金属材料的裂纹止裂与愈合提供了机理参考和仿真方法。     

690合金传热管疲劳裂纹扩展研究

采用销加载拉伸方法和直流电压降法测试技术,测量了室温和高温325℃空气中3种不同工艺的690合金传热管的疲劳裂纹扩展速率.试验采用Paris-Erdogan公式进行拟合分析,证明了结果的真实性和可靠性.高温加速了疲劳裂纹扩展.由疲劳裂纹扩展速率曲线可以预测出3种690管材在高温325℃下的门槛应力强度因子幅值ΔKth,扫描电子显微镜下观察断口形貌,疲劳裂纹的扩展为穿晶形式,在穿晶断口上观察到明显的疲劳辉纹和微塑性区.     

三轴压缩条件下单裂隙岩样裂隙扩展研究

为研究岩石中裂纹的起裂、扩展和破坏规律,采用PFC2D数值模拟软件结合室内试验对预制单裂隙岩样进行分析。结果表明：（1）当围压为7MPa时,以剪切-拉伸复合破坏模式为主;当围压为14MPa时,试样以“Y”型剪切破坏、单一斜剪破坏模式为主;当围压为21MPa时,试样以“X”型剪切破坏模式为主。（2）试样的破坏模式与围压的大小密切相关,当裂隙长度一定时,随着围压的增大,试样的破坏越明显;当围压一定时,随着裂隙长度的增加,裂纹扩展的规模越大。（3）随着裂隙长度的增加,岩样的峰值强度、弹性模量、起裂应力与损伤应力均呈下降趋势;随着围压的增大,各力学参数均增大,裂隙长度越大时更易诱发新生裂纹,试样强度特性降低。（4）剪切裂纹在整个模拟加载过程中占主导地位且数量始终占比较大;随着围压的增大,拉裂纹逐步占据主导地位,且当围压为21MPa,裂隙长度为39mm时,拉裂纹是剪裂纹的2.73倍;当围压一定时,随着裂隙长度的增加,拉裂纹占比也逐渐减少。     

焊接接头裂端塑性区发展与应力三轴性

采用有限元计算方法分析了平面应变条件下中心裂纹和三点弯曲不同强度匹配和裂纹深度试样中的裂端场．结果发现，焊接接头裂端应力三轴性随加载方式、裂纹长度及焊缝和母材匹配性质不同而变化，并从焊缝和母材塑性区发展及应变硬化方面进行了解释．同时指出，由于焊缝和母材塑性变形及交互作用导致的裂端韧带上拉应力的改变是不同接头中应力三轴性变化的根本原因     

在裂纹有限扩展时Garwood假设的修正及应用

对修正的Ｇａｒｗｏｏｄ假设作进一步论证。该假设指,当预裂试件与相应静裂纹试件的外载荷Ｐ、位移Ｖ相等时,其实时裂纹长度ａ也相等。以前的验证是基于少数实验结果,定量显得不够。最近Ｌａｎｄｅｓ等用载荷分离法对多种材料塑性因子和规则化载荷－塑性位移曲线作了系统研究,这就为进一步论证创造了条件。结果表明,修正的Ｇａｒｗｏｏｄ假设的正确性是肯定的。按照这一假设,可用静裂纹塑性位移解求解预裂试件实时裂纹长度,并校核实测结果,也为规则化方法寻找补充标定点提供依据。     

关于韧性断裂的颈缩区模型

报告了对计算韧性断裂传播阻力的颈缩区模型的进一步研究。对冲击加载下拉伸撕裂双悬臂梁试件断面的精密测量,再次证实颈缩区模型反映了韧性断裂传播过程的主要特征。与静载撕裂相比,动载撕裂时颈缩区宽度减小而区内平均应变增大,但颈缩区宽度系数k1和应变系数k2的乘积nk则几乎与试件韧带厚度和加载速度无关,可看作韧性断裂传播阻力的材料常数。动载时阻力增大的主要原因是材料的应变率强化。颈缩区模型不仅提供了计算结构撞击破坏时韧性断裂所耗散能量的工程方法,也提供了用静载撕裂试验和动态拉伸试验确定动载下韧性断裂传播阻力的方法。     

裂纹长度对裂隙岩体力学特性及破坏模式的影响

采用伺服控制岩石力学试验机对水泥砂浆材料制备的类岩石试件进行单轴加载,利用颗粒流离散元软件对岩体进行单轴加载数值模拟试验,研究不同预制裂纹长度下裂隙试件的力学特征及破坏规律.结果表明:随着裂纹长度的增加,裂隙试件的峰值强度、峰值应变和弹性模量均减小,裂隙模型脆性减弱,延性增强,且随着裂纹长度的增加,弹性模量的降幅逐渐增大,敏感度增强;引入强度劣化系数来定量分析裂隙试件的劣化特征,当裂纹长度从10 mm增加到15 mm时,劣化系数增长迅速,试件强度下跌明显,强度敏感度最大;裂纹长度影响裂隙试件的最终破坏模式,在0°原生裂纹下,随着裂纹长度的增加,裂隙试件的破坏模式由剪切破坏为主变为剪切、张拉复合破坏再转化为出现宏观裂纹的张拉破坏.     

40CrNiMo钢工程短疲劳裂纹扩展规律

对调质40CrNiMo钢光滑及缺口试样进行了旋转弯曲疲劳试验,利用塑性复型技术实现了对工程短疲劳裂纹扩展过程的显微观测、由实验获得光滑试样的短裂纹扩展可由方程do/dN=Bσ~nα予以确定性描述。对于缺口试样的应力接近屈服极限时,疲劳损伤表现为萌生大量的短裂纹体系,利用等效裂纹概念进行统计,缺口试样的短裂纹扩展具有与光滑试样相似的规律。