灰铸铁拉伸与扭转破坏实验的强度条件分析

针对常用强度理论脆性材料在复杂应力状态下的生断裂破坏,理论计算与试验结果误差较大这一问题,对铸铁材料的拉伸破坏及扭转破坏实验的结果进行了分析。研究了复杂应力状态下单元体内各物理量对材料生断裂的影响,修正了第一、第二强度理论,给出了一个铸铁性断裂的强度条件。新的强度条件能较好解释铸铁材料的拉伸、扭转破坏实验结果。     

不同拉扭加载速率下低碳钢力学特性试验研究

基于拉伸扭转组合变形理论及平面应力状态理论,推导了低碳钢试件在轴力及扭矩作用下断裂时主应力及其主方向的计算公式。该文设计了3种拉扭加载速率的试验方案,通过试验得到了相应的扭矩、轴力、应变及扭转角的时间曲线,观察了试件破坏时的断面特征,并将试验值与理论计算结果进行了比较。结果表明,随着加载速率的增加,低碳钢的延伸率增加,断面收缩率减小;抗拉强度、屈服极限和扭转强度提高,断裂时的主应力及主方向值增大,试件破坏时的主方向与理论计算结果的变化规律一致。     

强度理论与实验现象

用四大经典理论、莫尔强度理论和质点平衡强度理论的准则和强度条件,对单向拉压、二向拉压、纯扭转等已被认定的实验现象进行对比,对低、中碳钢重新做了纯扭转求最大屈服剪应力实验。发现质点平衡强度理论的符合率较高,13个实验中的有12个符合。尤其是拉伸—剪切使剪切破坏试验变得容易,压缩—剪切使剪切破坏试验变得困难的实验现象与质点平衡强度理论完全符合;莫尔强度理论也只有当拉伸和压缩极限强度不同时才能符合;其他强度理论都与此实验不符合。特别是当三向等应力拉伸（或压缩）时第三强度理论出现相当应力为零;三向等应力拉伸（或压     

双模量材料圆轴纯扭转时的应力与应变分析

利用双模量材料圆轴扭转时纯剪切应力状态单元体,推导出了双模量材料剪切弹性模量表达式,求得了双模量材料圆轴扭转时轴向正应变.通过分析发现:各向同性材料圆轴纯扭转时轴向正应变为零,而双模量材料圆轴纯扭转时轴向正应变却不为零,双模量材料圆轴纯扭转时轴向正应变的大小主要受拉压弹性模量、拉压泊松比的影响.双模量材料圆轴纯扭转时轴向正应变不为零的原因是:双模量材料的拉压弹性模量、拉压泊松比均不相等,这是双模量材料固有的特点,也是双模量材料与各向同性材料的不同之处.因此,提出了双模量材料圆轴纯扭转时的平面假设:双模量材料圆轴扭转变形前,原为平面的横截面变形后仍保持为平面,形状不变,半径仍保持为直线.     

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。     

岩石热断裂破坏特性研究

岩石的热膨胀是不可逆的,会受加热历史的影响,加热时的特性和冷却后的特性差异较大. 本文研究了温度载荷作用下岩石材料在压缩和拉伸时的热断裂破坏过程,分析了岩石热断裂破坏的宏观力学特性,探讨了岩石宏观热破坏作用机理. 根据岩石热破坏机理与岩石强度准则,计算了试件在各温度作用下受压和受拉破坏时产生的最大应力. 计算结果能较好地与实验结果吻合.     

灰铸铁抗拉强度测量方法比较

采用灰铸铁材料进行圆环劈裂试验、扭转试验、四点弯曲试验和直接拉伸试验,得到上述4种抗拉强度测量方法的结果比值约为2.87∶1.33∶1.17∶1。四点弯曲试验的测量结果与直接拉伸试验结果接近。结合文献中的试验数据,发现铸铁、岩石、混凝土等不同脆性材料的间接拉伸试验结果与直接拉伸试验结果比值相近,于是可给出带修正系数的通用间接测量抗拉强度公式。有限元分析表明,间接拉伸试验中试件断裂面上不是均匀应力,当断裂面的小部分单元达到应力极限时只产生微观裂纹,并没有发生整体破坏,当断裂面上大部分单元都达到应力极限时才会丧失承载能力,发生宏观破坏,这可能是导致不同测量方法结果不一致的原因。     

氢对30CrMnSiNi2A扭转破坏及扭转疲劳的影响研究

对30CrMnSiNi2A薄壁圆管试样进行不同时长的电化学充氢,通过单调扭转和不同恒应变幅循环扭转试验,研究氢对该材料的抗扭转破坏和抗扭疲劳破坏能力的影响。试验测得了不同充氢条件下30CrMnSiNi2A钢的剪切断裂应变和5个恒应变幅扭转循环下的疲劳寿命。结果表明：不同充氢降低了材料的抗剪强度和断裂应变,氢浓度越高下降越严重;氢浓度的增加可使材料由韧性剪切破坏转变为脆性拉伸破坏;氢浓度越高,对降低材料的扭转疲劳寿命并改变破坏方式的作用越大;相同的充氢条件下,应变幅越大氢致疲劳破坏的影响也越大。     

VAE乳胶粉掺量对苯丙乳液水泥基路面填缝料拉伸性能的影响

采用控制变量法研究了VAE可再分散乳胶粉掺量对聚合物水泥填缝料(Polymer-Modified Cement Based Composed Joint Sealant,PCJS)拉伸性能的影响规律。将苯丙乳液水泥基路面填缝料中的部分填料替换为VAE乳胶粉制成新型的PCJS,测量了不同VAE乳胶粉掺量下PCJS的拉伸强度、拉伸断裂伸长率、拉伸峰值应变、拉伸模量,观察记录了拉伸破坏形态,分析了温差对PCJS早期拉伸强度性能的影响,研究了苯丙乳液(SAE)和VAE乳胶粉对PCJS的复合改性作用。试验结果表明:30℃温差处理对PCJS早期拉伸强度发展无显著影响。且在28d标准条件下养护完成后,随着VAE乳胶粉掺量增加,PCJS拉伸强度和拉伸模量显著上升,拉伸破坏形态由"内聚破坏"向"粘结破坏"转变,拉伸断裂伸长率和拉伸峰值应变随乳胶粉掺量增加呈先上升后下降趋势,当乳胶粉掺量为2%~3%时,PCJS拉伸变形性能最佳。     

高频场线耦合分析方法比较

研究了基于广义传输线理论的迭代法、渐近法和基于经典传输线理论的辐射场叠加修正三种方法求解高频场线耦合问题的适用性.通过比较这三种方法应用于不同传输线结构的计算结果,并与全波分析软件NEC结果进行比较,发现基于广义传输线理论的方法在低频和高频时都可获得场线耦合问题的准确解,而经典传输线模型在高频时传输线近似条件得到破坏从而求解误差较大.此外,基于经典传输线理论的辐射场叠加修正方法用于高频时,计算结果相较于经典传输线理论得到很大改善.在此基础上,给出了三种高频场线耦合分析方法的适用条件和优缺点,并通过实验验证了计算结果的有效性.该研究对电磁兼容领域中场线耦合分析具有很好的参考意义.     

钛酸铝基陶瓷材料的研究

用预合成的钛酸铝合成了莫来石－钛酸名（ＭＴ）陶瓷材料,用直接全成法合成了氧化锆－莫来石－钛酸铝（ＺＭＴ）陶瓷材料,探讨了这两种材料的烧结性能、力学性能和热性能。结果表明,随着钛酸铝含量的减少,两种陶瓷材料的抗弯强度逐渐提高,热膨胀系数也随之增大;两种陶瓷材料的钛酸铝含量相当时,ＺＭＴ具有较高的抗弯强度和较小的热膨胀系数,其抗热震性能优于ＭＴ;在热膨胀系数提高不大的情况下可以获得强度高、抗热震性能优     

钇基重稀土蠕墨铸铁的高温性能研究

利用钇基重稀土资源熔炼蠕墨铸铁,探讨高温条件下灰铸铁和蠕墨铸铁的抗拉强度、氧化增重值、伸长百分率、耐热疲劳性和线性膨胀系数等性能,同时用数理统计的方法推导出两种铸件线性膨胀系数的回归方程.结果表明:高温下蠕墨铸铁的断裂性质为韧窝断裂,其高温抗拉强度明显比灰铸铁高;蠕墨铸铁的抗氧化性和抗生长性均比灰铸铁好而导热系数与灰铸铁相近;灰铸铁和蠕墨铸铁的线性膨胀系数相近,但灰铸铁的相变收缩要比蠕墨铸铁强烈得多.     

侧向均布剪应力作用下双模量悬臂梁的弹性解

利用弹性理论研究了双模量悬臂梁在侧向均布剪应力分布载荷作用下的平面应力问题,推导出了悬臂梁的应力公式.并把该应力公式的计算结果与有限元法的计算结果进行了比较,验证了双模量悬臂梁的应力公式是可靠的.算例分析表明:双模量悬臂梁的拉压区的弯曲应力随着双模量悬臂梁的长高比的增大而增大;采用相同弹性模量弹性理论研究双模量悬臂梁平面应力问题时,得到的弯曲应力公式与材料的弹性模量无关;采用双模量弹性模量弹性理论研究双模量悬臂梁平面应力问题时,得到的弯曲应力公式与材料的弹性模量有关.双模量悬臂梁材料的拉压弹性模量相差较大时,平面应力问题计算应采用双模量弹性理论.     

球墨铸铁灰斑断口研究

用电镜检验了球铁断口中灰斑区的形貌与化学成分,并探索了灰斑区的形成机理。通过对灰斑区的研究,论证了一些影响球铁强度的因素,不安现了球铁中Ａｌ成分的偏析。     

几种孕育剂对缸体用灰铸铁加工性能的影响

研究了几种孕育剂对缸体用灰铸铁力学性能、壁厚敏感性和加工性能的影响.实验结果表明,在孕育处理的铸件中,经稀土孕育剂处理的灰铸铁的抗拉强度可稳定在300 MPa左右,并且具有良好的品质系数.锶孕育剂处理的缸体用灰铸铁具有优良的切削加工性能和小断面敏感性.     

奥贝灰铁的组织与性能

探讨了不同化学成分的砂型和金属型铸造灰铸铁试样经等温热处理后的组织和性能。试验表明CE=4.4％以上的砂型铸造灰铸铁试样,抗拉强度提高到263MPa,延伸率可达1％～2％。金属型铸造的CE=4.2％～4.3％的灰铸铁试样抗拉强度达到500MPa,延伸率可达1％。由于碳当量高,铸造工艺性较好,强度提高幅度较大,因此可望作为铸铁的新成员,进入工业应用领域。     

复合孕育剂在发动机缸体上的应用研究

采用较高碳当量的铁水成分 ,分别加入几种孕育剂对其进行孕育处理 ,同时加入合金元素 试验及实际生产结果表明 ,选择 60 %BaSi+40 %SiFe作为高碳灰铸铁件缸体的复合孕育剂并加入合金元素 ,其抗拉强度能稳定在 2 50MPa以上 ,并减小白口宽度和断面敏感性 ,达到了设计要求 笔者对孕育机理进行探讨 ,并对孕育后的组织进行分析     

奥氏体-贝氏体球墨铸铁的组织和性能

本文研究了一种新型球铁,即高强度、高韧性奥氏体-贝氏体球铁。通过正交试验选择热处理参数,并进一步考察了不同等温淬火温度和时间对组织和性能的影响。为了考察奥氏体-贝氏体球铁的可靠性和使用寿命,还进行了延性断裂韧度与接触疲劳性能的试验。实验结果表明,奥氏体-贝氏体球铁具有很好的断裂韧性和接触疲劳强度。本文还探讨了奥氏体-贝氏体球铁性能优异的原因。     

铸铁的抗汽蚀性能及其关联因素

本文对铸铁的抗汽蚀性能及其关联因素进行了实验研究,认为石墨是铸铁汽蚀的破坏源,球墨铸铁的抗汽蚀性能优于普通灰铁的抗汽蚀性,灰铁基体组织的抗汽蚀性能以回火马氏体为最好,铁素体最差。经过实验得出增加片墨铸铁强度其抗汽蚀性能提高,增加球墨铸铁基体硬度时,抗汽蚀性能显著提高,铸铁中加入Cr1.00％,Mo0.50％,V0.100％,Re0.05％时,其抗汽蚀性能明显提高。含钒铸铁有较强的抗食盐水汽蚀能力。