裂纹扩展过程中裂尖塑性流变区温度场的理论和实验研究

本文根据流变断裂学理论,结合非平衡态热力学,对裂纹扩展过程中裂尖塑性流变区由于内耗热而形成的温度场,进行了理论和实验研究。在理论上分析了材料内部的不可逆变化及熵产生、熵流等内耗机制,得到内耗热源函数,指出裂尖温度场的成因,从而进一步得到控制温度场分布和变化的热传导方程。在讨论内耗对裂纹扩展的影响时,我们推出耗散型能量守恒方程的微分和积分形式以及裂纹扩展的耗散型控制方程。在实验研究中,我们测定了裂尖区的温度场,从而验证了本文的理论,指出经典断裂力学的不足。     

裂纹扩展条件及其温度场研究

通过研究裂纹扩展的热效应，提出了包含热效应的本构关系及裂纹扩展条件，建立了裂尖温度场模型，确定了温度分布函数，并进行了相应的实验，理论与实验结果吻合较好．     

红外热像仪用于裂尖温度场的测量

本文介绍了红外热像仪测试扩展裂纹尖端温度场的原理、方法，主要设备及结果，为断裂力学的理论和实验研究提供了新的有效的手段．     

考虑裂尖损伤的粘弹性裂纹扩展规律

本文根据作者1在对聚合物断裂破坏过程的实验观测基础上，应用连续损伤力学的基本观点和方法所建立的裂纹尖端破坏模型，研究了考虑裂尖损伤的粘弹性裂纹扩展规律，讨论了以损伤演化和裂纹扩展行为构成的聚合物材料破坏的全过程，并在理论分析的基础上，具体计算了某种聚合物在恒定载荷作用下的裂纹扩展行为，预期的理论结果与实验值吻合的较好．     

裂尖塑性流变区的实验研究（Ⅱ）

为了进一步验证我们关于流变断裂学理论的新见解,特别是作者提出的“变质量断裂模型”的正确与否,本文对裂尖塑性流变区的实验研究进行了阶段性的报告。文中提出了“光塑性实验新方法”,在国防科大和兰卅石油机械研究所的支持下,利用现代高科技成果对塑料试件随外载连续而不可逆的色度场进行了数字图象分析和红外扫描研究后,使我们能定量地给出裂尖塑性区随裂纹扩展的变化情况及对应的温度场,应力应变场和热耗散值。文中给出了部分由计算机处理后的彩色图片和计算结果。这些新的方法和实验结果表明我们在这方面的研究走在国内外前列,它不但为断裂力学研究提供了新的方法和手段,而且在弹塑性力学,有限元计算和解决工程实际问题等方面都具有广泛而重要的应用价值。     

关于裂纹尖端塑性区的实验研究（Ⅰ）

在本文中,我们认为塑料试件在加载后颜色的改变反映了试件内部结构的不可逆变化,通过单向拉伸和尖角与孔洞等的实验观察,我们唯象地证明了塑料试件裂纹尖端的白色区域反映了裂纹尖端塑性区的形状。文中给出了一些实验结果。另一方面,由于塑性变形是内部结构发生了不可逆变化,其必须伴随有热的产生,从而我们可以通过对裂纹尖端温度场的实验研究来研究裂纹尖端塑性区的形状,进而研究裂纹扩展过程中的能量关系。实验结果表明,这些新的实验手段为奠定新的断裂理论和把这些理论应用于工程实际是很有价值的,并还可望在弹塑性理论和温度场计算方面提供新的有价值的实验资料。文中的实验结果并用来验证我们提出的变质量断裂模型。     

疲劳裂纹扩展过载延迟效应微观机理的研究

应用自制的扫描电镜加载台,对60Si_2Mn弹簧钢过载后疲劳裂纹扩展的延迟效应进行了扫描电镜的直接观察.分析和讨论了延迟效应的微观机理.结果表明,拉伸过载引起的裂尖钝化及裂纹扩展方向的偏转都会导致延迟效应。     

改性聚丙烯材料裂纹扩展速度的研究

对改性聚丙烯材料的双悬臂梁试样进行了非线性粘弹性的裂纹扩展实验。得到了裂纹扩展全过程的裂纹长度与时间关系的数据，将弹性回复对应原理应用到了非线性粘弹性裂纹扩展分析中，得到了改性聚丙烯材料裂纹扩展速度的理论预测公式，比较发现，理论预测结果和实验数据吻合较好。     

中碳钢缺口疲劳裂纹的萌生及扩展规律的研究

经研究中碳合金结构钢３５ＣｒＭｏ，４２ＣｒＭｏ在不同应力比下（Ｒ＝０．１和Ｒ＝０．３）三点弯曲缺口试件的疲劳裂纹萌生及长，短裂纹的扩展规律，确定了该钢的缺口根部最大应力范围△σｍａｘ和疲劳裂纹萌生周次Ｎｉ的关系及疲劳裂纹萌生门截坎值（△σｍａｘ）ｔｈ，并得出了这两种钢在长，短期纹阶段的扩展规律。     

论裂纹扩展过程中的流变与耗散现象（Ⅰ）

根据裂纹扩展过程中的流变与耗散现象,建立了裂纹扩展期间裂纹体的热力学平衡方程,并依局部场论探讨了局部化剩余的意义。然后,我们把裂纹扩展问题转化为含有质量流源的一个扩散运动问题,并应用内部体力场来研究裂纹扩展力。引入外部热汇,我们把能量耗散问题转化为一个热传导问题。令Clau-sius非补偿热为非负值,建立了裂纹扩展过程中的广义熵不等式,引入耗散势函数,使该不等式转化为某一泛函的可积微分不等式,从而得到它的完全解。只有纵观裂纹扩展的全部历史,才能确定裂纹扩展特性,为此采用Lyapounov函数型的记忆泛函描述全过程,将此全过程分为孕育期、稳定扩展期及失稳扩展期,并给出各个时期的相应判据。本文提出,裂纹体的裂纹扩展过程是: 1 非平衡态不可逆热力学的相容过程; 2 动量不守恒而能量亦耗散的过程; 3 伴有热源汇的非纯粹力学过程; 4 具有衰退记忆的历史延拓过程; 5 微观动力学可逆与宏观热力学不可逆之间的互补过程。     

带缺陷流变性材料裂尖断裂过程区的热力学性和电磁性

带缺陷流变性材料破坏过程中显现出热致磁效应的实验结果表明：在材料破坏的过程中，由于内部温度梯度的存在，导致裂尖断裂过程区具有热致磁效应．可见，热传导方程应包括电磁场的贡献．这种情况意味着断裂过程区内的磁感应场变化，不是由磁通量守恒律的局部化剩余产生，而是本构关系的直接结果，它显示为非局部效应，并参与能量耗散，因此，材料的破坏过程不是纯粹的力学过程．本文应用线性算子谱论建立了条带型断裂过程区的流变场方程并讨论了其热力学关系．最后，以对于Galilei不变式是协变的Lorentz不变式方程分析了裂尖断裂过程区的电磁场特性．本文的成果将有利于金属基复合材料、导电聚合物、定向纳米材料等新型材料的设计和制造以及有关结构物的失效分析．     

缺陷局域温度场分形特征的初步研究

本文对含缺陷物体破坏过程中的热耗散进行了深入的实验研究和初步的理论分析，结果表明，缺陷演化过程中因热耗散而形成的缺陷局域温度具有分形特性，其分形维数是时间的函数。