铸钢件热裂纹的预测

本文以铸件凝固温度场数值模拟为基础，综合地计入了铸件凝固速度，补缩能力，受阻部位的收缩和铸型的柔度，热膨胀等因素，建立了铸钢件热裂预测的判据，模拟铸件的预测计算结果与实际浇注情况的对照表明，文中建立的判据及计算方法对铸钢件的热裂可进行较准确的预测。     

焊接中热裂纹现象

在焊接过程中，避免热裂纹是一个主要的研究热点。最新采用的焊接方法是通过增加热裂纹的敏感性来控制裂纹，如采用电弧焊接奥氏体不锈钢时，接头处就不会产生裂纹。目前还没有完全了解清楚焊接中的热裂纹产生机理，虽然已经开发出一些软件来预测焊接母材和填充材料的抗热裂纹性，但是，由于不同的软件预测出的结果不一样，导致用软件模拟很难预测真实的焊接情况。本书收集了8个国家有关焊接热裂纹研究的最新进展，读者从中可以了解到各国对于焊接热裂纹产生机制的不同见解。     

超高强度钢焊接接头断裂行为预测

测试了D406A钢母材和热影响区表面裂纹断裂韧度,比较了母材与热影响区断裂韧度概率分布,分析了非匹配对接头断裂韧性的影响.根据局部法由母材表面裂纹试样的断裂韧度值,得出威布尔形状参数和尺度参数,再根据该参量对热影响区表面裂纹试样的断裂行为进行了定量预测,预测结果与试验结果吻合很好,表明局部法能很好地描述超高强度钢焊接接头的断裂行为.     

镁合金零件压铸过程裂纹成因及数值模拟

薄壁镁合金件裂纹缺陷制约着其应用,其成因受多方面因素影响.通过虚拟仿真技术,考察了某薄壁镁合金件压铸充型凝固过程的温度场,凝固过程中产生的热应力,及其对裂纹成因的影响.通过数值分析得出AZ91D铸件裂纹的产生与铸件孔洞类缺陷及凝固收缩不一致产生的应力有关,分析结果与实验一致.以数值分析结果为依据,提出了改进方案.     

Ⅰ—Ⅱ复合型裂纹亚临界扩展研究

对两种工程材料ＬＹ１２－ＣＺ铝合金和１６Ｍｎ钢的薄板斜拉伸试件进行了裂纹扩展试验研究，提出了用当量裂纹法预测Ｉ－Ⅱ复合型裂纹亚临界扩展寿命的方法。实验结果表明，当量裂纹法预测复合型裂纹疲劳寿命的方法简单可行。     

随机载荷作用下船舶结构疲劳裂纹扩展

基于船舶等工程结构物在服役过程中的受载历程是一个随机过程,提出了一个由应力比和裂纹尖端约束及塑性区尺寸为主要参数计算裂纹张开比来考虑载荷相互作用的疲劳裂纹扩展寿命计算模型.用该模型对几种谱载荷作用下疲劳实验结果进行了预测.预测结果和不考虑裂纹闭合的线性损伤模型及疲劳计算程序FASTRAN预测结果进行了比较,表明本模型能较好地预测谱载荷作用下的疲劳裂纹扩展.     

屈服准则与裂纹开裂判据

本文提出了在裂尖附近的弹塑性交界线上,选择并比较有关的力学参量,以预测复合型裂纹的失稳扩展的方法。分别用Mises,Tresca,Twin shear stsess屈服准则讨论了裂尖附近的塑性区形状与大小,进而在其周界上选择周向应力σ_θ,周向应变ε_θ,塑性区长度γ_P作岛裂纹失稳扩展的控制参量,以预测其失稳扩展的方向及条件。对不同准则与不同控制参量所预测的结果进行了比较。     

基于裂纹尖端张开角准则的多裂纹薄壁结构剩余强度分析

评估由中央裂纹（M(T)）试样获得的裂纹尖端张开角(CTOA)预测多裂纹薄壁结构剩余强度的有效性.利用ABAQUS软件建立含有M(T)试样的二维有限元模型,采用裂纹尖端张开角断裂准则和平面应力模型模拟其裂纹扩展过程.对具有不同初始裂纹长度的M(T)试样,该方法预测的剩余强度和载荷-裂纹扩展增量曲线与试验结果接近,误差小于6%;但对于含有多条裂纹试样的剩余强度预测值偏大,相对误差在20%左右.通过增加对裂纹尖端周围单元约束的改进,采用平面应变核模型可以有效提高剩余强度预测精度;对具有不同多裂纹构型的薄壁结构进行分析,采用恒定裂纹尖端张开角和平面应变核的方法均可以得到与试验相近的结果,剩余强度预测误差基本都在10%以内.

     

表面小裂纹热锻模的疲劳寿命分析

基于材料自由表面特性并考虑微观结构非均匀性,根据金属疲劳裂纹萌生的微细观过程理论,建立材料表面塑性应变分布模型。由于局部塑性变形在萌生可分辨疲劳小裂纹的循环周次中占主导地位,本文将局部应力应变法应用于热锻模表面小裂纹扩展分析,选取表面最大塑性应变作为出现热机械疲劳裂纹的预测依据,计算的热锻模使用寿命与实践结果相吻合,能基本预测热锻模寿命。该模型为表面强化工艺能提高热锻模的疲劳强度提供了理论依据。     

缺口敏感性对工件疲劳行为的影响

为解决不同半径孔的疲劳缺口因子对工件寿命影响行为的预测和评价,在线弹性断裂力学的基础上,采用分析的方法探索疲劳缺口的影响因素,提出了一个考虑裂纹闭合的方法,讨论了裂纹闭合在非扩展裂纹形成上的影响,得到了材料晶粒尺寸较大时的小裂纹生长率低,其时的裂纹闭合能使裂纹生长终止,也得到了疲劳缺口因子与应力集中之间的关系,特别是微小孔的疲劳缺口因子随裂纹闭合减小较明显.该结果便于对工件使用寿命进行预测.     

Method of as-cast crack prediction within solidified layer

Based on the numerical simulation of solidification of castings, a thermal stress formula and a thermal crack initiation criterion are proposed. Using these formulas, cast steel wheels with a diameter of 800 mm and aluminum alloy electromagnetic casting (EMC) slabs with a size of 1300 mm × 480 mm are employed to testify the positions of cracks through conventional thermal elastic-plastic analyses and low magnifying structure observations. The results show that the numerical prediction of cracks agrees with the measured results, and the cracks do not necessarily occur on the defects such as shrinkage holes (wheel) and porosity (EMC slab). It is also found that surface temperature control is an effective means to avoid the crack formation.     

自相关在超声波检测HK-40炉管裂纹中的应用

介绍自相关在超声波透射检测ＨＫ－４０炉管裂纹中的应用,研究表明,人工裂纹深度Ｄ与接收信号的自相关函数Ｒ有较好的对应关系,这个结果对于缺陷大小的定量有重要参考价值。     

耐热钢高温蠕变疲劳内部微裂纹的数值模拟

介绍了一种内部随机均匀分布微裂纹的数值模拟晶界破坏抵抗模型 .利用该模型对耐热合金钢SUS30 4高温蠕变疲劳内部微裂纹的萌生、扩展、合体全过程进行了数值模拟和分析 ,模拟结果与实验结果相吻合     

两平行热疲劳裂纹的应力强度因子计算方法

针对直接计算热疲劳裂纹网中裂纹的应力强度因子有困难的问题,提出用有限元方法计算了若干组(每组两条)平行裂纹发生屏蔽效应时的应力强度因子,研究裂纹间屏蔽效应的规律.定义了热疲劳裂纹的比间距n、屏蔽剩余百分数s和裂纹长度比值f,发现此三者有确定关系且与边界条件及裂纹长度无关.给出了n-s-f的关系曲线,据此可根据单条裂纹的应力强度因子推算两条裂纹发生屏蔽效应时主裂纹的应力强度因子.算例表明,该方法是正确的、有效的.     

粗糙裂缝对井眼声波传播的影响

由于天然裂缝并非光滑裂缝,在通过声、电成像对裂缝进行识别过程中,如果将裂缝视为光滑裂缝,将会产生误差。斯通利波反射系数对裂缝宽度具有较高的灵敏度,常用斯通利波识别裂缝。本文分别采用物理实验和数值模拟的方法来研究粗糙裂缝对声波响应的影响,在实验方面,进行了模型井裂缝粗糙度实验,得到了粗糙裂缝的裂缝宽度和衰减系数之间的关系。对水平裂缝井眼模型进行数值模拟,研究正弦形状的粗糙裂缝对斯通利波的影响。采用迂曲度对裂缝表面的粗糙程度进行描述。实验结果显示随着裂缝表面刻槽的增加,斯通利波的衰减系数也会增加。模拟结果显示粗糙裂缝的宽度越小,和同样宽度的光滑的裂缝衰减系数之间的差距越大。通过拟合建立了斯通利波衰减系数与裂缝宽度、迂曲度的关系式。     

基于相场法的岩石三点弯曲细观破坏数值模拟

岩石中裂纹的起裂、扩展和贯通等行为是研究岩石变形、强度及稳定性的关键力学问题,通过数值方法预测和分析裂纹扩展行为具有重要意义。相场法在严谨准确的理论框架内,克服了传统断裂力学理论及数值计算方法显式追踪裂纹面的挑战,能很好地模拟裂纹起裂、扩展、分叉和多裂纹相互贯通。本文通过裂纹扩展主要区域建立了能够反映岩石内部细观结构的多尺度模型,利用相场法从细观力学尺度预测和分析了岩石三点弯曲时内部裂纹的起裂、扩展和贯通的破坏过程,分析了矿物颗粒的位置分布和能量释放率等参数对裂纹扩展行为的影响规律。通过与室内岩石三点弯曲宏观和细观试验对比分析,结果表明,相场法能够很好地模拟和预测具有复杂细观结构的岩石内裂纹的萌生、扩展和贯通的破坏过程。     

多裂隙体的稳定热断裂(张开型)问题

为了讨论大体积混凝土结构中大多数由温度变化引起的裂缝的稳定性，给出了无限平板中作用有稳定点热源的位移场、应力场基本解，构造出以边界虚拟力为基本未知量求解混合边界多裂隙体热断裂问题的基本方程。数值计算表明该方法求解多裂隙体热断裂问题精度高，计算工作量少。对含边界裂缝的平板、含三条平行裂缝的平板和含有三条三角形分布的裂缝的平板在稳定温度荷载作用下进行了实验和计算互校，两者结果吻合良好。     

压剪型裂纹扩展的无网格法计算

运用无网格法模拟受压岩体中裂纹的粘接、滑移和张开行为，计算了翼形裂纹尖端应力强度因子，并对单裂纹和双裂纹的扩展进行了分析模拟.数值结果表明了计算方法的可行性.     

裂纹连续度对非均质材料中雁行裂纹扩展的影响

应用材料破裂过程分析(MFPA2D)系统,通过对非均质材料试样中预置的雁行裂纹在单轴压缩下裂纹扩展、演化过程的数值模拟,研究了裂纹连续度的变化对裂纹尖端邻域应力场及裂纹扩展模式的影响,同时分析了连续度变化对裂纹起裂应力及强度所造成的影响·数值模拟结果表明随裂纹连续度的减小,裂纹内尖端的应力场逐渐由拉应力场过渡为压应力场,裂纹的扩展模式相应地经历拉模式(T)、拉剪模式(T S)及压模式(C),裂纹扩展的起始角度与最大压应力之间的角度也逐渐增大·此外,数值模拟结果还表明裂纹尖端的起裂应力大致为试样极限强度的1/2～1/3·     

压剪应力作用下复杂形状多裂纹应力强度因子

探讨了压剪条件下复杂形状裂隙间的相互作用对应力强度因子的影响．利用裂纹孤立原理将原始问题分解为5个只含单一直裂纹的问题．根据裂纹表面应力自由的边界条件，利用伪力的Legendre多项式展开和连续分布位错使相互作用裂隙边界条件得以满足，最后推导了第1种Cauchy型和第1种Fredholm型奇异积分方程．该方法可以解决弯折裂纹、周期性排列的裂纹相互作用对应力强度因子的影响．数值结果表明，本文解与精确解、BEM解吻合较好，表明本方法是正确、可行的．