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。     

冲击疲劳裂纹扩展

本文综合归纳了金属材料的冲击疲劳裂纹扩展研究。讨论了冲击应力行征参量,如应力幅值,加载时间,2次应力峰值和过载,对冲击疲劳裂纹扩展速率的影响;对材料在冲击和非冲击疲劳载荷作用下的裂纹扩展行为进行了比较。结果表明：冲击应力特征参量对冲击疲劳裂纹扩展速率的影响规律与其裂纹尖端的微观变形、断裂机制有关;材料在冲击和非冲击疲劳载荷作用下的裂纹扩展速率存在3种不同的关系,并取决于材料在冲击和非冲击疲劳载何作用下的裂纹扩展机理;应力幅值,应力花样和材料的显微组织对材料的冲击疲劳裂纹扩展的影响大于对非冲击疲劳裂纹扩展的影响,冲击载荷常导致材料脆化并加速材料的疲劳裂纹扩展。     

冲击疲劳裂纹扩展

本文综合归纳了金属材料的冲击疲劳裂纹扩展研究。讨论了冲击应力特征参量,如应力幅值,加载时间,２次应力峰值和过载,对冲击疲劳裂纹扩展速率的影响;对材料在冲击和非冲击疲劳载荷作用下的裂纹扩展行为进行了比较。结果表明：冲击应力特征参量对冲击疲劳裂纹扩展速率的影响规律与其裂纹尖端的微观变形、断裂机制有关;材料在冲击和非冲击疲劳载荷作用下的裂纹扩展速率存在３种不同的,并取决于材料在冲击和非冲击疲劳载何作用下     

材料构型力驱动的复合型疲劳裂纹扩展行为研究

基于材料构型力断裂准则,提出了一种描述复合型疲劳裂纹扩展规律的新模型,该模型不仅能够预测复合型裂纹的扩展路径,而且可以计算裂纹扩展寿命。以该模型为基础,对疲劳问题中的复合型裂纹扩展失效问题进行了研究。首先,根据材料构型力理论,建立了复合型疲劳裂纹扩展模型,开发了构型力的有限元计算程序,实现了疲劳裂纹扩展的数值计算;其次,采用构型力驱动准则,对Ⅰ型和I-II复合型疲劳裂纹进行了数值分析,计算了裂纹扩展路径以及扩展寿命,数值分析结果与试验结果基本一致,从而验证了该方法的有效性。最后,针对工程实际中可能出现的复杂疲劳裂纹扩展问题,具体研究了边界裂纹与圆孔缺陷干涉作用下的金属板疲劳问题,结果表明:斜裂纹角度以及孔洞与裂纹的相对位置均会影响扩展路径以及疲劳寿命;对于不含圆孔的斜裂纹问题,裂纹角度越大,寿命就越长,而对于含圆孔的边界裂纹问题,由于孔洞的存在导致了裂纹朝孔洞方向偏转和裂纹扩展速率减小,并可能发生止裂现象。     

低应力强度疲劳裂纹扩展的某些问题

本文介绍了国外近年来在低应力强度疲劳裂纹扩展(LFCP)研究方面的一些情况,着重介绍了应力比R、材料强度、晶粒度和环境介质对LFCP的影响。当提高只或材料强度时,均可增加LFCP的da/dN 和降低(?)K_(tho)对铁素体-珠光体钢,粗化晶粒可以减少da/dN提高(?)K_(tho)对马氏体钢,晶粒度具有相反的影响。多数试验表明,在真空和惰性环境下可以降低LFCP的da/dN和提高(?)K_(tho)文章的后一部分,介绍了两个有关LFCP的模型。高强度钢的氢脆模型,把R、σ_y表征组织因素尺寸的ρ~*以及环境因素,对LFCP的影响联系起来了。应力松弛和循环蠕变模型,则解释了△K_t和△K_(th)的本质,并且说明了从大量试验归纳出来的△K_(ht)=0.7△K_t的简单定量关系。     

变幅载荷疲劳裂纹扩展预测模型

为克服变幅载荷疲劳裂纹的预测中受到的实验成本、时间、载荷谱型等诸多因素的限制,在常幅载荷下S-N曲线与疲劳裂纹扩展曲线关系的基础上,研究了变幅载荷下两曲线之间的关系,并结合疲劳累积损伤理论,推导了块谱载荷裂纹扩展裂纹长度的预测方法,同时考虑了超载迟滞效应的影响,最后进行了实验研究.实验与计算结果表明该方法有效、便于工程应用,该方法可用于结构设计阶段对疲劳裂纹扩展寿命的预测.     

蠕变引起的疲劳裂纹扩展

为了保证火电厂的蒸汽管道、汽轮机转子等零件的安全运行，确定疲劳裂纹的扩展率有重要意义。根据时间相关断裂力学的理论，提供了一种计算蠕变扩展率的方法。介绍了时间相关断裂力学有关的裂纹尖端参数，指出用参数Ｃｔ，ａｖ作为衡量蠕变裂纹扩展的参数是适宜的；讨论了疲劳对蠕变裂纹扩展的影响，指出材料的疲劳屈服极限和抗蠕变能力是决定这种影响大小的主要因素；并给出了蠕变裂纹扩展率的计算公式     

疲劳短裂纹扩展的概率模型

建立了概率模型表达短裂纹的扩展。该模型基于Ｍａｒｃｏｖ链理论，建立直接ａ－Ｎ关系以减小由于处理ｄａ／ｄＮ数据而造成的精度损失。由试验获得的ａ－Ｎ数据形成一个概率转移矩阵Ｐ＿ｋ＝Ｐ＿０Ｐ￣ｋ，通过变换前处理过程模拟裂纹扩展，并给出累积分布函数。通过断裂力学及统计分析，建议以最小方差点作为微观短裂纹与工程短裂纹的分界点。     

疲劳裂纹扩展的概率分析模型

本文提出了一个新的疲劳纹扩展的概率分析模型，对裂纹扩展速率表达中参数Ｃ和ｍ的概率特性进行理论，上Ｃ和ｍ的相关关系得到该分析模型的一个数学论证，并采用ΔＫ控制的纹扩展实验对模型的正确性和可行性进行了验证，给出了各参数的解析方法和该模型的应用例。?     

三维疲劳裂纹扩展仿真技术研究

应用参数化、模块化有限元建模技术和接触技术仿真半椭圆表面裂纹（前缘曲线和节点）,提出了在裂纹前缘形成辐射状奇异单元网格的建模方法和采用有限元接触技术来施加裂纹模型边界条件的方法,实现了裂纹前缘奇异应力场和裂纹模型远场应力的模拟,建立了三维块体初始半椭圆表面裂纹多自由度扩展仿真模型．通过裂纹前缘离散点的正交扩展和拟合得到裂纹扩展前缘形状,使裂纹扩展更加具有自由度．提出了裂纹前缘拟合误差控制扩展步长的方法,使裂纹扩展过程中扩展步长可变．采用参数化、模块化建模技术建立了扩展裂纹模型,实验与仿真结果的比较表明两者基本吻合,说明本文所采用的方法具有很好的实用性．     

三维介质中复合型裂纹扩展的断裂准则

断裂准则是评定含裂纹构件或结构的工作状态是否安全的基准和依据。本文从三维介质中复合型裂纹问题的分析入手,考虑裂纹尖端小范围屈服区对裂纹扩展的影响,提出了描述三维介质中任意形状裂纹扩展规律的F₀准则和E₀准则。这两个准则均与现有的实验资料吻合得很好,而且还有一个较为突出的特点,即能反映Ⅰ—Ⅱ—Ⅲ型复合裂纹和Ⅱ—Ⅲ型复合型裂纹中KⅢ对裂纹开裂角的贡献。这一特点是S准则^[1]、MG准则^[9]、C判据^[10]和W判据^[11]等一些断裂准则不具有的。     

冷轧材料的各向异性对断裂性能的影响

为研究材料在冷轧过程中产生各向异性现象对断裂性能的影响,本文通过Ⅰ,Ⅱ型复合到纯Ⅱ型加载及有限元计算,研究了冷轧材料的各向异性对裂纹初始扩展规律和断裂性能的影响。结果表明,这种弱各向异性确实会影响材料的断裂形态。在垂直和平行于轧制的方向上,材料具有不同的断裂力学性状,且当K_I/K_I>1时,2种不同取向的试样大致沿τ_(max)方向开裂;当K_I/K_I<1时,裂纹会发生尖锐转折并呈Ⅰ型方式断裂。文中也给出了利用复合加载下的P-CMOD曲线确定裂纹临界开裂点的一种简单实验方法。     

海洋石油钻采平台构件的疲劳裂纹扩展寿命分析

本文给出了在任意应力时间历程作用下,具有初始裂纹的构件达到失稳破坏的剩余寿命的估算方法,并对海洋工程中常用材料16Mn在模拟海水介质中进行了确定裂纹扩展速率常数C和m的实验。本文给出了较简单的剩余寿命估算公式,可用于一般情况的海况作用下粗略估算构件的剩余寿命。在海水介质中,对表面半椭圆形裂纹试件的裂纹扩展速率实验表明,在加载频率为1～10Hz、应力比为0.15～0.30范围内,加载频率及应力比对裂纹扩展速率影响不明显。     

冲击和非冲击疲劳载荷下过载对裂纹扩展的影响

对12CrNi3A 钢在冲击和非冲击疲劳栽荷下的过载裂纹扩展延迟效应研究表明:过载对随后裂纹扩展的影响不仅取决于过载力作用下的裂尖塑变,还取决于随后基载力作用下的裂尖塑变.过载对随后裂纹扩展的影响存在两个互为矛盾的方面:一是裂尖塑变损伤促进裂纹扩展;另一是产生残余压应力场和闭合效应延缓裂纹扩展,两方面共同作用结果才能最终决定对随后裂纹扩展的影响.实验结果还表明,冲击疲劳载荷下的过载延迟效应与过载力的冲击速度有关,相同条件下,冲击疲劳载荷下的延迟期 Nd 高于非冲击疲劳载荷;各种因素对过载延迟的影响程度在两种载荷制度下不相同.     

包络线法模拟随机载荷对裂纹扩展的影响

本文对桥梁、船舶、飞机等结构所受随机载荷的包络线模拟方法、以及在模拟载荷和删除小载荷振幅后的载荷作用下疲劳裂纹扩展规律进行了探讨，提出了适用于微型计算机的随机载荷实时模拟方法。     

复合加载下裂端弹塑性约束场和变形场

应用有限元方法分析了不同Ⅰ＋Ⅱ复合型下裂纹尖端弹塑性约束场（应力三轴性水平）和变形场，并与复合载荷下由ＨＲＲ解所确定的裂端约束场进行了比较，结果表明：平面应变条件下裂端复合型变形是不对称的相反塑性变形，变形符合钝化－锐化模型．复合加载条件下，随Ⅱ型分量的增加，裂端出现负应力三轴性水平的区域，最大应力三轴性水平值降低，纯Ⅱ型的约为纯Ⅰ型的一半，实际裂端的应力三轴性水平无论是分布形式还是水平值的高低都不满足由ＨＲＲ解所确定的应力三轴性水平     

复合载荷作用下大晶粒铝裂纹尖端延性损伤行为的研究

应用电镜原位拉伸方法研究了复合载荷（Ⅰ＋Ⅱ型）作用下大晶粒铝裂纹尖端的塑性变形行为和延性损伤过程，用有限元结果对复合型损伤进行了力学分析。结果表明：在复合载荷作用下，裂纹尖端受相反塑性变形作用，裂尖变形符合锐化－钝化模型，异于纯Ｉ型载荷下的钝化模型，是多系滑移的结果。延性材料裂尖的损伤发生在钝化区域（裂尖的均匀滑移区）而非锐化区（裂尖的集中滑移区）。裂尖的启裂是沿应力三轴性水平最大方向进行，此方向     

应力比和频率对腐蚀疲劳裂纹扩展的影响

采用微机辅助直流电位法，研究了应力比和频率对ＬＹ１２ＣＺ铝合金在３．５％ＮａＣｌ水溶液中腐蚀疲劳裂纹扩展的影响．结果表明，应力比升高，裂纹扩展速率升高，但频率变化对裂纹扩展速率无显著影响．文中给出了裂纹扩展速率定量表达式     

渤海石油平台用钢A537疲劳裂纹的扩展特征

对渤海石油平台管节点用钢A537在238K,237K和303K三个温度下的疲劳裂纹扩展情况进行了试验研究.试验结果表明.这种钢材在每一个测试温度下的疲劳裂纹扩展均遵循Paris规律.不同温度下的疲劳裂纹扩展曲线随应力强度因子幅值的增加而有汇合趋势,并在某一高扩展速率处相交.试验还表明,温度降低,A537钢的裂纹扩展速率下降,而Paris指数n则大为增加.在裂纹扩展后期,低温下裂纹扩展速率的增长速度远大于室温,因此,低温时的扩展速率反而高于室温时的扩展速率.     

含钒HSLA钢的应变疲劳裂纹扩展行为研究

本文采用恒载荷法对含钒HSLA钢在不同显微组织状态下的应变疲劳裂纹扩展速率进行了测定。研究了疲劳裂纹扩展速率与钢的显微组织间的相互关系。