描述裂纹愈合过程的内变量

在连续介质热力学框架内，以热力学第二定律为出发点，推导出裂纹愈合耗散不等式，确定了描述裂纹愈合过程的热力学内变量H的定义形式．裂纹愈合过程内变量的提出，不仅可以将裂纹愈合过程模型化，而且还可以建立裂纹愈合过程的演化方程和本构方程，为裂纹愈合过程的定量分析提供可能性．     

低碳钢内裂纹热愈合时的耗散结构

为研究钢内裂纹愈合机理,对经过热愈合处理的稀土Q235钻孔压缩试样的组织进行了光学显微镜和SEM电镜观察与分析.结果表明,低碳钢在热愈合过程中产生了两类耗散结构特征:基体中片状珠光体的溶解;裂纹愈合区组织的形成.分析认为,含内裂纹的低碳钢是远离平衡态的开放系统,热愈合过程中存在着反应扩散非线性基本条件,存在浓度起伏、结构起伏、能量起伏等涨落因素,因此导致了材料内部有序耗散结构的产生.     

大型锻件坯料内裂纹愈合的物理模拟

针对锻造过程中钢锭内部裂纹缺陷的愈合情况进行研究,设计了裂纹愈合的实验室模拟实验与工业级模拟实验.通过在Gleeble热压缩试样中预制裂纹缺陷,研究了变形温度和变形量对内部裂纹愈合的影响,发现变形温度越高,变形量越大,内裂纹的愈合效果越好.为了验证Gleeble实验结果的准确性,保证其结果在实际锻造生产中的适用性,设计了锻件内部裂纹愈合的工业级模拟实验.结果表明在1200℃,变形量为40%时,可以有效焊合锻件内部裂纹.     

金属材料内部裂纹高温愈合实验研究

给出对纯铜和４５号及８０号优质碳素钢;人部裂纹高温愈合处理的一些实验结果,研究表明：内部裂纹愈合过程中存在比较强烈的原子扩散迁移行为,钢中Ｆｅ原子更易于向裂纹愈合区扩散迁移;较长裂纹段的愈合可能依赖于一种分隔愈合机制。     

加热温度及保温时间对结构钢内部裂纹愈合的影响

目的研究加热温度及保温时间对钢内部裂纹愈合的影响,为钢内部裂纹愈合处理提供理论依据,以促进钢材的智能化、提高其使用寿命。方法用钻孔压缩法在试样内部引入裂纹,然后对含内部裂纹的试样进行不同加热温度和不同保温时间的空冷处理,采用金相显微镜及扫描电镜观察分析裂纹愈合程度。结果裂纹愈合区是由铁素体构成的细晶愈合带,随加热温度升高及保温时间延长愈合带变窄。结论随加热温度升高及保温时间延长裂纹愈合程度增加;温度是影响裂纹愈合的主要因素,而加热时间的影响次之;裂纹愈合存在临界温度,此临界温度应大于该材料的最低再结晶温度。     

Effect of gradient temperature rolling process on promoting crack healing in Q500 heavy plates

To ensure the quality of heavy plate products as determined by ultrasonic inspection, it is necessary to effectively control defects such as cracks and shrinkage cavities in heavy plates. Generally, some defects such as large size cracks exist due to insufficient deformation in the center of traditionally rolled plates. Compared with the traditional rolling process, gradient temperature rolling(GTR) process can effectively increase deformation inside heavy plates. In this study, the effect of GTR on crack healing was analyzed through a comparison experiment with the uniform temperature rolling(UTR). The results show that the GTR process could increase the plastic strain inside the heavy plate and effectively promote the healing process of the preset cracks. The degrees of crack healing at the center and quarter thickness position of the steel plate via GTR were greater than twice those of the plate via UTR. The GTR process can significantly reduce the internal defects of heavy plates and improve the defect detection level of heavy plate products. Also, The GTR process results in the formation of new crystal grains in the crack region, which is crucial to crack healing.     

含孔岩体破裂过程的无单元法数值模拟

根据岩体损伤程度对其渗透性和强度的影响,利用定义的损伤变量建立了应力-渗流-损伤的耦合分析模型.综合考虑应力、渗流、损伤之间的相互作用影响,模拟分析了含孔岩体在不同水压力作用下破裂的过程.分析表明,内水压力是促使裂纹扩展的一个重要因素,内水压力增加可以使原来停止扩展的裂纹重新扩展或者使原来闭合的裂纹重新张开,而且裂纹张开度的变化将导致裂纹内的渗流特性发生改变.     

轧件内部裂纹的模拟实验方法与愈合行为

提出一种预置轧件内部裂纹的模拟实验新方法,即钻孔填充法,将其用于普碳钢中厚板内部裂纹的预置,并对其愈合行为进行轧制实验研究.研究了位于轧件中心、厚度方向三分之一处等位置的裂纹愈合情况.实验结果表明,压下率达到50%以上、开轧温度在1100℃时,内部裂纹可完全愈合;且位于轧件厚向中心位置裂纹的愈合程度好于其他位置,采用缓冷方式时裂纹的愈合程度好于空冷.对轧制过程中裂纹愈合的机理进行了分析,认为在轧制变形条件下,压应力状态为裂纹愈合提供了静力学条件,塑性变形过程中大量原子的定向运动,为裂纹愈合提供了物质补给条件,裂纹两侧的金属原子更容易找到新的平衡位置,形成统一的晶格点阵,从而实现裂纹愈合.     

电化学沉积法修复钢筋混凝土裂缝的机理

设计了电化学沉积法修复钢筋混凝土裂缝的试验装置 ,试验研究了裂缝中沉积物的成分、形貌以及裂缝愈合效果 .探讨了电化学沉积原理、电极反应 ,并提出裂缝愈合机理 .研究表明 ,电极间电势差引起的电极反应是电化学沉积的动因 ;电流密度是混凝土裂缝愈合效果的一个重要因素 .裂缝愈合机理在于电解反应生成的产物在裂缝中诱导成核 ,生成不溶性晶体 ,从而使裂缝密实、愈合 .     

分子尺度下的水损沥青静态裂缝自愈合

为探寻水分对沥青自愈合的影响机理，采用分子动力学方法从分子角度对比分析常规沥青、水损沥青的自愈合过程，并通过宏观试验进行验证。首先，结合沥青体系能量变化，将愈合状态分为3个阶段：分子迁移低密度阶段、裂纹愈合及修复阶段、分子自由运动阶段；然后，运用径向分布函数和均方位移函数分析2种沥青在裂纹宽度、含水率、沥青组分的扩散机理和聚集状态，解释沥青的自愈合及水对沥青自愈合的影响机理；最后，进行宏观试验验证。结果表明：在裂缝自愈合过程中，水分将阻碍沥青分子间的作用力，削弱沥青体系能量，导致沥青扩散力降低，且含水量越多，扩散力下降越明显；裂缝减弱了沥青各组分的关联性，破坏了沥青质胶团和胶质过渡相的稳定性，且裂缝处的分子数目随着裂缝尺寸的增加而减少，促使沥青自愈合能力降低。采用分子动力学从分子角度解释沥青愈合机理的可靠性，有助于了解沥青分子在水损过程中结构形态和扩散行为的变化特征，为未来水损沥青自愈合的研究提供参考。     

基于声发射技术的混凝土压缩损伤研究

结合力学特性参数及声发射特征参数对混凝土压缩破坏过程进行分析,结果表明声发射特征参数能有效表征混凝土材料内部裂纹扩展数量及损伤程度.基于小波变换对采集的声发射信号进行瞬态分析,获得了裂纹萌生、裂纹生长和微孔洞压缩、裂纹汇合所对应的声发射信号的时频特征.实验中裂纹萌生、裂纹生长和微孔洞压缩、裂纹汇合所对应的声发射信号的上升时间依次增长,频率依次降低与应变能释放理论相符合.     

铝合金搅拌摩擦裂纹修复区的显微组织及力学性能

对表面预制了0.8mm深、0.5mm宽裂纹的2A12铝合金进行搅拌摩擦修复,修复后对其修复区显微组织变化规律和力学性能进行了详细研究.结果表明:在合理修复工艺下,实现了裂纹的修复,修复区的平均抗拉强度R_○m、屈服强度R_eL可达到母材的90.1%和92.2%.修复区存在3个组织变化区,其中修复核心区的晶粒被反复碎化、长大及动态再结晶;热机影响区晶粒具有明显的塑性变形,与晶粒显著长大的热影响区共同构成组织软化区;表面硬度与截面上部硬度曲线相似,截面硬度上部依次高于下部;修复核心区存在大量的小角晶粒,并且内部存在一定密度的位错,在晶粒四周均匀分布细小强化相.     

S355J2钢板表面裂纹分析

针对南钢中厚板卷厂生产的S355J2钢板表面出现裂纹缺陷，采用光学显微镜、扫描电镜和能谱仪进行了分析。结果表明，裂纹具有沿钢板纵向延伸且深度很小的规律性，裂纹产生的原因主要是Nb元素的碳氮化物表面偏聚所致，通过进行微钛处理成分设计并结合优化连铸工艺，可有效改善S355J2钢板表面裂纹问题。     

中压气罐焊缝内裂纹分析

本文采用射线、超声波、磁粉、硬度及金相分析等手段,综合分析了20g中压气罐焊缝内裂纹的性质,结果表明,焊缝内裂纹是原始裂纹、未消除尽的残余裂纹在焊接热循环作用下长大及焊接热循环作用产生的液化裂纹并延伸到新焊缝中而形成的.     

Molecular dynamics simulation of microcrack healing in aluminium

The molecular dynamics method is used to simulate microcrack healing during heating or under compressive stress. A center microcrack in an Al crystal could be sealed under a critical compressive stress or by heating it over a critical temperature. During microcrack healing, dislocation and vacancy are generated and moved, and sometimes twin appears. The critical temperature necessary for microcrack healing depends upon the orientation of the crack plane. For example, the critical temperature of the crack along the ( 111 ) plane is the lowest. When there are pre-existing dislocations around the microcrack, the critical temperature necessary for microcrack healing will decrease. The energy condition for crack healing is б2π a ( 1-v2 ) / E + UT/ A ≥ 2 γ + γp, where б is the applied compressive stress, a the length of the crack, γ the Poisson' s ratio, E the Young' s modulus, UT heat energy driving crack healing, A the area of the crack, γ the surface energy, and γp the plastic deformation work. Pre-existing dislocations can reduce γp.     

循环载荷作用下岩石声发射时空演化规律

利用先进的声发射测试分析系统对细粒砂岩进行了声发射定位试验。通过对循环载荷作用下细粒砂岩声发射定位试验研究,分析循环载荷作用下岩石变形破坏全过程的声发射时空演化特征及其损伤演化规律。试验结果表明:静态加载阶段的声发射信息很好地反映了岩石在压密阶段、弹塑性变形阶段的损伤演化规律;循环阶段初期声发射都由小裂纹产生的小事件组成,持续时间及能量值都比较小,空间定位结果显示了事件大都在静态加载阶段形成的成核区产生,且空间事件点变化不快;循环中期声发射能量在时间上变化不大,偶有起伏,空间上事件点变化缓慢,每循环只有少量增加,在时空上都处于一个稳定发展阶段;循环末期每循环的声发射事件数、能量值都急剧增加,特别是破坏阶段达到最大值,事件点由能量高、持续时间长的大事件组成,空间演化迅速,事件点在成核区不断聚集并快速连接,不断向顶部扩散,最后容汇贯通形成宏观破裂面;峰后由于破裂面相互滑动摩擦带动附近的弱结构单元形成新损伤,继续产生声发射,且在完全停止加载后因岩石内部寻求新应力场平衡仍有少量声发射。     

材料内部裂纹自修复中组织生长机制

为探索高温塑性变形过程中裂纹修复规律 ,采用高温物理模拟方法研究了 2 0 Mn Mo材料内部孔隙性裂纹的自修复过程。实验中发现在裂纹修复过程中普遍存在着缺陷自由面上组织生长现象 ,该现象解释了自修复消除孔隙的原因 ,证实了裂纹修复的再结晶机制。研究结果对揭示裂纹演化和修复机理具有重要意义 ,在实际生产中能够作为修复裂纹的指导原则。该成果对于控制塑性加工中缺陷的变化过程具有重要的理论意义和实用价值     

Effect of microstructures restoration on high temperature fatigue behavior of DZ125 superalloy

Combination of hot isostatic pressing (HIP) and rejuvenation heat treatment (RHT) technology was used to restore creep-damaged DZ125 directional solidified superalloy, and the influence of microstructure restoration on high temperature fatigue behavior of the samples was explored. The results show that the HIP+RHT process could effectively heal internal cavities and recover the degraded γ′ phase in creep-damaged DZ125 superalloy to cubic particles similar as in as-received sample. After restoration treatment, the stress concentration areas inside the sample eradicated with the healing of the internal cavities, and the fatigue source areas were limited only to near surface than initiating from inside as in the as-received and creep-damaged samples. As a result, the restored sample had higher crack initiation life and lower crack propagation rate compared to as-received and creep damaged samples. The TEM microstructure characterization near fatigue fracture showed that the restoration of the degraded γ′ phase eliminated tangled dislocation in creep damaged sample and produced evenly distributed dislocations in the γ channel with short curved line-like morphology, like the as-received sample, which effectively hindered the dislocations movement during subsequent deformation, and strengthen the fatigue resistant of alloy. Therefore, it can be concluded that the HIP-RHT process, through the combined effect of internal cavities healing and the restoration of the degraded microstructures, renders higher high temperature fatigue life than creep-damaged and even higher than as-received DZ125 superalloy.     

工程水泥基复合材料自愈合过程与产物

借助环境扫描电镜(ESEM)对纤维表面以及15,30,50μm不同宽度裂缝自愈合产物的生长过程进行了连续观察,结合EDS(energy dispersive spectroscopy)、TEM(transmission electron microscopy,透射电镜)、XRD(X-raydiffraction)及FTIR(fourier transform infrared spectroscopy)等先进研究手段,对工程水泥基复合材料(ECC)裂缝自愈合产物的化学特性进行了分析.结果表明,体系中水泥基材料的进一步水化及C-S-H凝胶和CaCO3晶体的生成是裂缝自愈合的主要原因.宽度15μm裂缝的自愈合产物主要为C-S-H凝胶;宽度30μm裂缝的自愈合产物主要为C-S-H凝胶和CaCO3;观察周期内,宽度50μm形成的自愈合产物量无法填满裂缝.从微观层次上看,宽度30μm以下的裂缝几乎都能完全自愈合.同时,ECC材料中的PVA(聚乙烯醇)纤维有亲水特性,为自愈合产物的形成提供了成核点,有助于ECC材料自愈合产物的形成和生长.     

重型燃机叶片锻造过程数值模拟与工艺优化

高温锻造过程中,坯料内的温度场、应变场等热力参数对锻件内的裂纹损伤和微观组织有重要影响. 利用刚粘塑性有限元法,对某重型燃机叶片的锻造过程进行了有限元数值模拟,得到了锻造过程中锻件内温度场、应变场以及锻造载荷随时间的变化规律,并在此基础上结合裂纹损伤和修复机制以及再结晶组织演化规律,提出了一种优化的锻造工艺方案. 即在终锻尺寸上公差基础上欠压4 mm进行预锻,预锻温度1 160 ℃,终锻温度1 120 ℃. 实际锻造工艺试验验证了工艺方案的可行性,为该工艺的工程应用奠定了科学基础.