C-Mn钢裂尖区解理断裂行为的研究

对C-Mn钢三点弯曲裂纹试样进行了实验和有限元计算,分析了裂尖断裂行为.研究结果表明在达到某一临界载荷前,裂尖只发生简单的钝化,并且在裂尖前端满足解理断裂三个判据的不同区域是相互分离的.因此形核的裂纹因不能扩展而不能引发解理断裂.随外载荷增加,高于这个临界载荷时,小裂纹在裂尖处形核、扩展,随后被钝化.此时裂尖前端的塑性应变被保留下来,但是三向应力度被释放掉,随后又重新建立,从而使得三个区域相互靠近.在第二个临界载荷下,三个判据都满足的区域相互重叠,解理裂纹形核并扩展.可以在裂纹形核区域和裂纹扩展区域刚要重叠的那一瞬时,决定解理断裂的最小距离.结合解理断裂的三个判据,裂尖断裂行为及由其产生的断裂驱动力参数(εp,σm/σe和σyy)的相应变化为钢的解理断裂在细观上提供了一个完整的物理模型.     

解理断裂前裂纹尖端变形与开裂的有限元模拟

对16MnR钢三点弯曲(3PB)裂纹试样进行了实验和有限元计算,模拟了裂尖开裂与钝化的构形和应力应变分布图.发现在临界载荷前,预裂纹尖端仅仅发生钝化;当载荷达到临界值时,开始有小裂纹起裂,随后钝化;再达到又一临界载荷时,小裂纹再次起裂,而后扩展,反复出现直至解理断裂发生.在模拟裂纹沿斜面起裂时,当小裂纹很短时,对对称面上的应力、应变和三向应力的分布影响比较小;只有小裂纹扩展到足够长并钝化到足够宽,才能够影响主裂纹的扩展及其前端应力、应变的分布.并针对采用有限元法在模拟裂纹扩展时所遇到的问题,探讨了模型的建立、网格的划分、断裂准则的应用以及网格重组技术的运用.     

弹击Ly12矩形靶板的裂纹和塑性区的特征分析

用金相学和云纹法分析了予应力Ｌｙ１２矩形靶承受高速弹体穿击区周围裂纹的萌生，扩展和断裂过程，扩展状态和破坏特征，研究表明：冲击载荷引起第２相粒子的振动，形成空洞是裂纹起裂的主要因素，空洞连接成串导致裂纹扩展和断裂；由于ｌｙ１２的第２相位粒子多处于晶界处，导致材料发生洞晶断裂，裂纹尖端塑性区分布成蝶形，裂纹两侧及与裂尖成４５°方向材料的塑性应变较大，裂尖正前向较远处塑性应变小。     

含不同角度穿透裂纹板拉伸断裂的有限元模拟

对含不同预置角度穿透裂纹板受拉伸断裂过程进行了数值模拟.选用增量型弹塑性本构关系,采用自编有限元程序求解虚功原理方程,裂纹扩展参照了LS-DYNA商业计算软件处理断裂问题的单元失效方法,考核了不同幅值载荷和预置裂纹角度的影响,给出了不同时刻等效应力云图和指定点的应力、应变随时间变化曲线.计算结果表明:当应力波在板中传播时,会在裂纹尖端引起应力集中,板产生垂直裂纹和水平裂纹.垂直裂纹扩展垂直于加载方向,水平裂纹扩展平行于加载方向,两者均与预置裂纹角度无关.板上不同位置的应力变化仅和相对裂尖位置相关,而与预置裂纹角度无关.相对裂尖位置、与板边界距离和加载位置是影响应变随时间变化的主要因素.当载荷幅值较小时,不会出现裂纹扩展.当载荷幅值较大时,聚集在裂纹尖端的应变能需较长时间才能释放,这会影响水平裂纹的出现时间.     

解理断裂微观准则的研究

对三点弯曲预裂纹试样断口形貌、裂尖附近微孔及残留裂纹进行了观察,并用有限元方法计算了裂尖应力应变场。结果表明,解理点距裂尖存在一个最小距离,在此距离内三轴应力度过低,仅能形成微孔而不能形成解理微裂纹,RKR模型中表述的特征距离并不存在。最小韧性取决于在最小距离上满足解理所需的最小载荷。解理的临界事件是由启裂的第二相尺寸的微裂纹向周围基体的扩展。韧性值的分散和脆性粒子在裂央前的随机分布及微观解理断裂应力的波动有关。     

含裂隙类岩石注浆加固后破坏试验研究

采用白水泥预埋抽条法制作类岩石试样,利用邻苯二甲酸二丁酯增韧的环氧树脂浆液进行注浆,分析加固前后裂尖位置的应变场,揭示加固后多裂隙试样的破坏机理。研究结果表明:加固前后的裂纹萌生位置相同,未注浆试样的起裂角与原裂纹面垂直,注浆后的试样裂缝由起裂位置竖直向上下贯通整个试样,类似于完整试样的单轴压缩破坏,注浆加固能够将裂尖的应力集中有效抑制,同时增强试样的完整性。未注浆的单裂隙试样裂尖最大主应变在达到临界时出现首条裂缝,随后会发生应力重分布,注浆加固后,主应变增长均匀,破坏是由于裂隙充填物与类岩石材料之间的变形不平衡引起的。未注浆的双裂隙试样,裂纹萌生后,韧带区附近最大主应变增加至临界值出现贯通裂缝,断裂类型为I型断裂,注浆加固后双裂隙试样,裂尖附近拉应变几乎同时达到最大值,注浆加固可避免由于不连续节理或裂缝形成应力重分布,使试样形成较为完整的整体,影响注浆效果的主要因素是注浆材料的强度以及其与基体材料的黏结情况。     

16MnR钢裂纹体空穴扩张的有限元分析

本文采用弹塑性有限元方法,对16MnR钢的三点弯曲试件进行了应力应变分析,发现空穴扩张比V_G在裂尖前方存在一极大值,且V_G值随COD单调增加,文中指出,对高韧性材料,当裂尖前方V_G～y曲线的极大值达到某一临界值时,可作为主裂纹向前扩展的判据.     

WCF－62钢微观断裂过程的研究

采用不同裂纹深度试样及不同类型缺口试样对ＷＣＦ－６２铜下平台及转变区的微观断裂过程进行了研究。在下平台区，断裂为应力控制的Ｋ主导过程，裂纹及缺口试样解理的临界过程分别为第二相尺寸及贝氏体束宽度的微裂纹向周围基体的扩展。在转变区，随延性裂纹扩展，裂端三轴应力度增加，裂端主应力的提升由应力强化与应变强化两个因素决定，延性裂尖宽度变化及解理点在裂尖前的分布均具有随机性，从而导致韧性值的分散。     

压应力对裂尖塑性区影响的量化研究

为了量化压应力对裂尖反向塑性区尺寸的影响,填补压应力作用下裂尖塑性区尺寸估算的空白,基于理想弹塑性材料采用有限元数值计算方法,研究了含有中心穿透裂纹有限平板在拉压循环载荷作用下裂尖塑性区尺寸的变化规律,并分析了裂纹长度、应力比、时间历程等因素的影响;建立了压应力引起的裂尖最大反向塑性区尺寸的估算模型,提出了一种适用于R0拉压循环载荷作用的基于裂纹最大张口位移确定最大反向塑性区尺寸的简便方法.     

引入应变循环损伤的材料裂纹扩展行为预测模型

根据循环载荷下的裂尖循环弹塑性应力应变场分析,结合Manson-Coffin经验关系,定义了基于循环塑性区内材料塑性应变幅值的单位平均损伤;根据Miner疲劳线性累积损伤理论,以裂尖扩展方向的循环塑性区尺寸为裂纹裂尖的单位扩展量,提出了基于低周疲劳损伤预测I型裂纹扩展速率的新预测模型.新模型中给出的参数均有明确的物理意义,不需要人为调试.Cr2Ni2MoV和X12CrMoWVNbN 10-1-1两种转子材料的低周疲劳试验结果表明,新模型对这两种材料裂纹扩展速率的预测结果与试验结果吻合良好.利用相关文献中提供的6种材料的低周疲劳性能数据,进一步验证了新模型用于裂纹扩展速率预测的良好适用性.     

裂纹顶端塑性区内方向应变能的裂纹扩展准则

在应用断裂力学和塑性力学对裂纹顶端的分析基础上,提出了裂纹顶端塑性区内方向应变能的概念,并建立了基于此概念上的裂纹扩展准则,引入裂纹顶端临界扩展本征区概念,消除了应变能积分中的奇异性.与其它裂纹扩展准则的比较结果表明,在此基础上建立的裂纹扩展准则是合理可行的.     

后桥主减速器壳体轴承座的裂解加工数值分析

利用ABAQUS 模拟后桥主减速器壳体轴承座的启裂并进行数值分析.壳体轴承座材料选用基体组织中珠光体体积分数50%的QT450，通过J积分确定了启裂点位置，计算出裂解载荷;分析了启裂时裂尖区域的塑性变形及其对轴承孔失圆量的影响，并进行了实验研究.结果表明，壳体轴承座的启裂点位于靠近裂尖中部位置;塑性区域位于裂尖根部呈蝶形分布，造成的轴承孔失圆度较小;裂解加工质量合格，说明轴承座适合使用裂解技术.研究结果为改进壳体轴承座的生产工艺流程奠定了坚实的理论基础，为壳体轴承座裂解材料的选择、裂解设备的设计、工艺过程的制定提供了参考.     

I型裂纹失稳扩展的临界力学条件

本文考虑了裂纹前端塑性区的影响,首次建立了I型裂纹在平面应力和平面应变条件下失稳扩展的能量解析式,并由变分法确定了裂纹的临界尺寸。结果表明,当 或 时,裂纹失稳扩展。讨论表明,裂纹扩展能量随着裂纹尺寸的增加而呈现出先增加后减少的趋势,在临界裂纹尺寸处取得最大值;平面应力条件下裂纹扩展能量高于平面应变条件下裂纹扩展能量;临界裂纹尺寸随外加应力和裂纹张开位移的增大而减少,且平面应力条件下临界裂纹尺寸比平面应变条件下临界裂纹尺寸大。     

砼断裂韧度尺寸效应的试验研究

为研究混凝土断裂韧度的尺寸效应,将基于Weibull统计破坏的尺度律与基于Bazant能量释放的统一尺度律进行对比,进行了三种混凝土断裂韧度,即起裂韧度 、失稳韧度 及临界裂缝尖端张开位移CTODc的试验研究。采用在建桥梁所用高强混凝土材料制作了6组几何相似,最大尺寸为S×H×B=1280 mm×320 mm×160 mm,总共18根带预制缺口的素混凝土平面应变三点弯曲试件,应用MTS材料试验机、动态应变仪等测试手段获得了试件的载荷-加载点位移、载荷-裂缝口张开位移全过程曲线以及裂缝前沿应变等。计算结果发现考虑了裂缝前沿过程区影响后的混凝土断裂韧度仍然表现出一定程度的尺寸效应,而Bazant统一尺寸效应律较Weibull尺寸效应律更适合预测大尺寸混凝土材料的断裂韧度。     

基于强度组配对设计曲线的简单修正

将相当应变的观点应用到含有一个焊缝裂纹的焊接宽板中，可以看出焊缝金属与母材塑性的差异显著影响其断裂韧性和裂纹扩展驱动力，重要的一点是仅根据断裂韧性或裂纹扩展驱动力来衡量焊接接头非等组配的影响是不够的，如果材料的应力应变曲线合线性硬化规律，得出一个简单的ＣＴＯＤ设计曲线的修正表达式，可以用来预测焊接结构的极限载荷、极限应变或极限裂纹长度。     

材料线弹性断裂力学的断裂准则研究进展

 断裂准则在预测含裂纹材料发生破坏的时间、位置和裂纹扩展路径等方面具有重要意义。重点总结了线弹性材料中裂纹的断裂准则，阐述了应力强度因子准则、最大能量释放率准则、最大拉应力准则、最大拉应变准则、最小应变能密度准则等常用的断裂准则理论及其现状，以及这些准则的优点和局限性；基于常用断裂准则对应力分量和临界半径考虑不足，归纳了国内外学者提出的修正断裂准则，包括考虑T应力（非奇异项）和可变临界半径rc的影响。分析了断裂准则在岩石和混凝土脆性材料中的应用，针对基于断裂准则预测其破坏行为时存在的难题，建议将裂纹尖端应力场的高阶项T应力引入断裂准则，能更准确地预测裂纹的扩展路径与偏转角。     

复合型裂纹临界扩展研究

将弹性变形能沿包含裂纹尖端塑性区圆形围线上的积分作为裂纹扩展驱动力,建立了一种新型的复合断裂判据。较之仅着眼于纹尖场某一点的最小应变能密度因子理论,新判据更多地顾及到了尖端场的全局。实验结果证明,本文所提出的复合型断裂判据是简便可行的。     

准静态下Ⅰ型裂纹的断裂准则与切口圆柱形试件的破损评定研究

本文建立了准静态情况下Ｉ型裂纹的断裂准则，提出了新的表面能概念及其表达式。用材料的应力—应变曲线来表示裂纹尖端塑性区耗散能，并建立了裂尖塑性区耗散能与远场应力和临界裂纹长度的关系，通过试验确定了远场应力与临界裂纹长度的幂函数关系。     

材料和构件在循环冲击载荷下的变形断裂研究

本文综合归纳了材料和构件在循环冲击载荷下的变形、断裂规律及机理研究成果，指出材料的变形具有多系滑移难于进行、应变不均匀性大和塑性变形集中在冲击接触点的特点；材料断裂过程为裂纹萌生、扩展和最后断裂过程，组织及实验条件对材料断裂有较大影响。冲击载荷引起的冲击应力波动态效应、体积效应、缺口效应和加载点位置效应对构件的寿命有很大影响。