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。     

三点弯曲试样的切口曲率半径对岩石断裂韧度K_(1c)值的影响

本文对岩石三点弯曲试样的切口曲率半径与其K_(1c)值间的关系进行了实验研究及理论探讨.对岩石K_(1c)测试中切口的选择提出了建议方法     

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。     

裂纹法测试陶瓷材料K_(IC)的研究

通过利用TZP陶瓷材料制备裂纹体陶瓷试样,探讨裂纹法测试K_(1c)及其影响因素,提出了较好控制裂纹扩展的方法,并就加载速度、相变增韧及残余应力等因素对裂纹体试样的K_(1c)影响进行了分析讨论,以完善该方法,使其具备工程实用价值.     

硬化指数n'的测定及其在断裂力学中的应用

本文主要介绍金属材料硬化指数n′的测试方法及其含意,同时叙述了硬化指数在断裂力学中的应用——用小试样测定J_(1c)换算K_(1c)值的方法。     

不锈钢Ⅲ型试样的氢致开裂和应力腐蚀

研究了奥氏体不锈钢Ⅲ型试样的氢致开裂和应力腐蚀。结果表明,动态充氢时Ⅲ型试样也能发生氢致滞后断裂,且裂纹沿原缺口平面形核和扩展。从而可获得宏观平滑的扭转断口,但断口上存在少量沿45°面的二次裂纹,一系列实验表明动态充氢能促进奥氏体不锈钢室温蠕变,故在恒扭矩下充氢能使扭转角不断增大,直至试样被扭断。奥氏体不锈钢Ⅲ型试样在42％沸腾MgCl_2溶液中也能发生应力腐蚀开裂,且裂纹在与缺口平面成45°的平面上形核和扩展。实验表明,无论是Ⅰ型还是Ⅲ型,应力腐蚀的门槛值均比氢致滞后断裂门槛值要低,例如K_(ⅠSCC)/K_(ⅠX)=0.18,K_(ⅠH/K_(ⅠX)=0.58,K_(ⅢSCC)/K_(ⅢX)=0.13 K_(ⅢH)/K_(ⅢX)=0.62。     

断裂韧度试样应力强度因子的简便计算式

在断裂力学中,应力强度因子K_1是一个主要数据之一。因此,K_1的计算是断裂力学的一个重要内容。本文只讨论三点弯曲试样(图1)及紧凑拉伸试样(图2)的应力强度因子K_1的表达式。一、K_1的简便计算式为了测试材料的断裂韧度值,必须知道相应条件下裂纹尖端的应力强度因子K_1值。美国材料试验协会(ASTM)1972年公布的标准试验ASTME399-72中把三点弯曲试样和     

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。     

PCrNi3MoVA钢的动态断裂性能

用预制裂纹的CHARPY试样在装备有载荷、位移传感器及微型计算机的冲击试验机上测定了PCrNi3MoVA钢的动态断裂性能,比较了不同冲击速度,不同载面尺寸的试样对K_(Id)的影响,并测出了低温-40℃时的K_(Id)值.     

三点弯曲试样的应力双轴效应对疲劳裂纹扩展门槛值的影响

在测定某些钢材,例如35CrMoA,42CrMo,20CrMnTi,50CrMoA和轨钢的疲劳裂纹扩展门槛值时,普遍认为当三点弯曲试样的α/W<0.2时,ΔK_(th)值α/W(?)的减少而降低,只有当0.2<α/W<0.5时,ΔK_(th)值才趋于稳定.本文作者应用边界配置法计算了三点弯曲试样裂纹尖端应力场无奇异性的均匀横向分量,即应力双轴参数T.指出当三弯试样α/W<0.2时,T值很大.ΔK_(th)和T两者控制了对疲劳扩展有重要影响的过程区和塑性区.建议在测定三点弯曲试样的ΔK_(th)值时宜选用α/W=0.3～0.5.     

三点弯曲加载下YBCO电阻及K_(1c)特征研究

在300K和77K下,用三点弯曲方法测定了零电阻温度为79～85K的YBCO长条状超导试样的电阻压头位移曲线和平面应变断裂韧性K_(1c)。结果表明,77K下零电阻特性可以保持到完全断裂前瞬间,由K_(1c)得到的表面能比300K的高,高出的部分可被认为是应力诱导下的少量超导相变所附加的能量。     

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)。     

断裂参数J的原理和测试方法

本文首先介绍了断裂参数J(能量线积分)的物理意义,给出了测试平面应变断裂初度J_(IC)的一种比较简便而精确的、用三点弯曲试样和单点法计算J_(IC)的实用公式。其次,介绍了用同一试样同时测定K_(IC)和J_(IC)的方法,并用此法验证了应力强度因子K_I与能量线积分J的关系以及本文介绍的J_(IC)的实用计算公式。最后给出了用上述方法测定的七种在给定热处理条件下的国产高强钢的平面应变断裂韧度值。     

用声发射技术确定混凝土断裂临界开裂点的探讨

在金属材料中,可以用多种物理监测方法确定临界开裂点.但是,其中一些很有效的方法如电位法等,在混凝土材料中不能应用,而声发射法则是可以应用的.本文用30根直三点弯曲混凝土试样进行断裂试验,对其声发射率(dN/dt)曲线及声发射累计(N)曲线进行了分析,並从而得出试样加载断裂过程可以分为两个阶段:失稳前阶段和失稳扩展阶段.但是,声发射信号的起始点並不是主裂纹起裂点,失稳前阶段也不能与亚临界扩展阶段等同.然而,可以明确地确定试样的失稳扩展点,其位置大约在最大荷载的90%～95%之间.因此,应按相应于该点的荷载计算混凝土的K_(1c)值.     

提高裂纹扩展门槛值和降低裂纹扩展速率的一种途径

本文探讨电子束辐射30CrMnSiA的TPB试样裂纹端部对裂纹扩展的门槛值△K_(th)及速率da/dN的影响,并分析其影响机理.结果表明,辐射能提高△K_(th)值1.2—1.5倍,并且能降低da/dN,延长使用寿命1.4—2.0倍.     

Ⅱ型断裂试样应力强度因子有限元分析

采用八节点四边形等参元蜕化的三角形四分之一点奇异单元,对四点弯曲(FPB)和双剪(DFS)纯剪切Ⅱ型断裂试样进行了有限元分析,并归纳了多项式应力强度因子K_Ⅱ表达式;K_Ⅰ/K_Ⅱ<0.02,基本属纯Ⅱ型,计算精度满足工程要求,可用于测定Ⅱ型应力强度因子临界位K_(Ⅱc)。     

两点法确定△Kth—R曲线

本文银据裂纹闭合效应(C.C.E)理论,用低R(R=K_(min)/K_(max))和高R的△K_(th)值两点确定△K_(th)～R曲线,进而确定门坎值的特征参数、裂纹扩展本征抗力△K_O和裂纹闭台应力强度因子K_(cl)。还简述了强度影响△K_(th),△K_O各种机制。     

用C型拉伸试样测定厚壁圆筒线弹性断裂韧度K_(1c)

本文介绍了C型拉伸试样的特点,用C型拉伸试样测量平面应变断裂韧度K_(Ic)的方法。给出了从圆筒形PC_rN_(il)M_0炮管材料上加工切取的C型拉伸试样所获得的K_(Ic)结果。     

V型切口圆棒梁的柔度标定

本文对V型切口的铝制圆棒梁(CENRBB)进行了柔度标定,所得最小无量纲应力强度因子曲线与用解析法所得的相应曲线相吻合,从而为解析法提供了实验佐证。根据柔度标定所得的最小无量纲应力强度因子表达式及其量值,均可作岩石断裂韧度K_(1c)测试时的取值。     

大径比高拱断裂韧性试样的力学标定

本文提出了两种形状简单、便于加工、非常适用于带中心孔的轴类大锻件的大径比高拱断裂韧性试样并通过力学标定找到了这两种断裂韧性试样的应力强度因子K_1的表达式。4OC_r钢经调质后制成的标准三点弯曲试样,J_(1C)试样及大径比高拱试样的断裂韧性测试结果表明,采用这种试样所得到的测试结果具有足够的准确性。在同样的原始条件下,采用大径比高拱试样可以加工出W值高得多的断裂韧性试样。