固体断裂非平衡统计理论

固体断裂非平衡统计理论或叫非平衡统计断裂力学是用非平衡统计理论的概念和方法结合微裂纹(或微空洞)演化动力学从微观原子机理出发推导出固体材料的强度、断裂韧性和疲劳寿命等宏观力学量的断裂理论, 在这个理论中,微裂纹统计演化方程起着从微观向宏观过渡的核心作用,它的系数可由微裂纹成核长大的微观位错或点缺陷等机理求得,而其解则通过最弱链模型等与宏观力学量相联系,从而可统一推导出微裂纹分布函数、材料的断裂几率、可靠性、各种宏观力学量的统计分布函数、统计平均值和统计涨落,本理论可广泛用于金属、结构陶瓷和玻璃态高聚物的脆性、疲劳、延时和环境等断裂类型．主要阐述了上述思想和方法,并给出了部分新结果,展望了未来发展方向。     

金属热疲劳的非平衡统计理论研究

从微观机理出发探讨金属热疲劳的宏观统计性质,利用疲劳断裂非平衡统计理论,由Raj和Baik的混合模型,从微观机理与宏观特性相结合的角度对热疲劳进行分析研究,得到迁移长大速度,涨落长大系数,热疲劳微裂纹的统计分布和统计平均值,热疲劳断裂概率及可靠性等,届时对结果进行了讨论,结果表明热疲劳微裂纹分布函数,断裂概率,可靠性等与温度的关系。     

热疲劳非平衡统计理论

用非平衡统计的概论和方法建立微观机理与宏观性能相结合的热疲劳理论,给出了热疲劳微裂纹的演化方程,结合热应力公式和微裂纹演化的位错机理,求得了热疲劳微裂纹的长大速度和几率密度分布函数,同时给出了与实验结果基本相符的微裂纹平均长度随热循环周期数变化的表达式,进而由热疲劳断裂几率得到了热疲劳寿命的解析表达式,最终得出温度差,杨氏模量等重要参数对热疲劳寿命的影响。     

16MnR钢中微裂纹的萌生及扩展

用宏观与微观相结合的方法,研究16MnR钢在低周疲劳下微裂纹的萌生与扩展规律。试样上分别钻有40—200μm的微孔,研究了微裂纹启裂、扩展和微缺陷尺寸对疲劳寿命的影响。结果认为,孔边裂纹启裂机理有两种方式:滑移带启裂和疏松带启裂。前者是由剪应力起主要作用,后者是正应力起主要作用。而滑移带的局部性和裂纹开叉是低周疲劳下微裂纹的两大典型现象。且微缺陷尺寸对疲劳寿命有显著影响,该影响随应力水平的增加而减小。     

脆性断裂非平衡统计理论(Ⅰ)

本文和下文试图用非平衡统计的概念和方法建立微观机理和宏观特性相结合的脆性断裂理论。 本文给出了微裂纹的演化方程,讨论了微裂纹长大的位错机理,求得了长大的动力学方程和长大速率,探索了断裂韧性的微观物理基础和表达式,解得了微裂纹分布函数。     

疲劳断裂的微观机理和非平衡统计特性(Ⅰ)

本文和下文试图用非平衡统计的概念和方法建立微观机理和宏观特别相结合的疲劳断裂理论。 本文描述了疲劳断裂过程的物理模型,给出了微裂纹长大的随机方程,讨论了长大的位错机理,求得了迁移长大速率和涨落长大系数,解得了微裂纹的几率密度函数。     

轴承钢中夹杂物与接触疲劳裂纹萌生的关系

通过在国产JPM—1型接触疲劳试验机上对国产GCr15、瑞典SKF及美国SAE52100三种类似的轴承钢进行的接触疲劳试验,观察到许多接触疲劳微裂纹及引起裂纹萌生的夹杂物。利用金相显微镜、扫描电镜观察并测量萌生裂纹的夹杂物形状、尺寸、位置,并用图相分析仪测定出夹杂物尺寸分布,从而找出轴承钢中夹杂物与接触疲劳裂纹萌生之间的定量关系,为提高轴承钢冶金质量,完善夹杂物评级标准提供科学依据。     

16MnR钢中微裂纹的疲劳扩展

对含有不同微孔缺陷尺寸的16MnR试棒,在低周疲劳下研究了裂纹扩展的规律。试件初始缺陷尺寸对疲劳寿命的影响,可用垂直于载荷方向缺陷截面积的四次方根来表达。探讨了微裂纹扩展速率和描述低周疲劳的Manson-Coffin公式之间的相互关系。     

疲劳裂纹扩展可靠性分析的N-J模型方法

引入参数不确定性概念,采用概率统计方法研究了疲劳裂纹扩展过程中的可靠性问题,建立了以疲劳寿命N和J积分为随机变量的疲劳裂纹扩展可靠性模型,即N-J可靠性分析模型,并用Monte-Carlo法模拟了J积分的分布.与已有可靠性分析模型相比较,N-J模型更适合于描述疲劳裂纹扩展的可靠性问题.     

LY12CZ铝合金微动疲劳特性研究

选用LY12CZ铝合金材料作为研究对象,以试验为基础,研究了LY12CZ铝合金的微动疲劳特性。结果表明:在运行工况微动图中,接触压力是影响接触区面积分布的最主要因素。在材料响应微动图中,微动区域的破坏形式完全依赖于循环次数。LY12CZ铝合金的微动磨损机理包括表面划伤和粘着、磨屑的形成、氧化物形成三个阶段,而微动疲劳损伤包括划痕的产生、微裂纹的形成、氧化颗粒的出现、裂纹从蚀坑底部产生四个过程。     

焊缝几何对焊趾疲劳裂纹扩展行为的影响

根据实测的焊趾疲劳裂纹形核点处的焊缝几何参数及其统计分布，通过建立焊缝几何参数与焊趾裂纹应力哟度因子解之间的关系，用统计模拟方法研究了焊缝几何参数的统计涨落性质对焊趾裂纹扩展行为的影响，结果表明，焊趾曲率半径的统计涨落对焊趾疲劳裂纹扩展分散性的影响最大；调整焊趾角度对焊趾裂纹扩展遥增寿作用最显著。     

陶瓷断裂非平衡统计理论

研究了陶瓷断裂非平衡统计理论.文中从微裂纹随机长大导致断裂的思路出发,给出了随机长大方程,导出了微裂纹分布函数、断裂几率、可靠性、强度和寿命的统计分布函数及其统计平均值。     

微孔洞在材料表面的深度变化对应力集中及疲劳裂纹萌生的影响规律研究

采用线弹性有限元法模拟分析了微孔洞相对材料表面深度的变化对应力集中及疲劳裂纹萌生的影响,研究结果表明:微孔洞直径尺寸大小仅影响相应的应力集中分布区域的大小,而微孔洞相对材料表面深度的位置决定了其最大应力集中系数的大小.当微孔洞处于材料表面下并与表面相切时,应力集中系数达到最大值,当微孔洞相对材料表面深度的位置偏离此位置时,应力集中系数急剧下降.研究结果合理解释了实验中观察到的疲劳裂纹在微孔洞处萌生现象,即疲劳裂纹优先在与样品表面相切上半部的微孔洞上萌生,尤其在样品表面下且与表面相切的微孔洞处.     

脆性断裂非平衡统计理论(Ⅱ)

本文从位错机理和微裂纹演化出发,求出了脆性断裂几率和可靠性,进而统一导出了延伸率、断裂强度、范性功、裂纹扩展力、断裂韧性等宏观力学量的统计分布函数、统计平均值和统计偏差。     

描述微裂纹成核与扩展的疲劳损伤多尺度模型及其应用

利用多尺度模拟的方法建立了针对疲劳损伤累积过程中微裂纹成核与扩展阶段的疲劳损伤多尺度模型,对模型的有效性进行了实验验证,并将其应用于变幅疲劳载荷下某装甲车传动轴的疲劳寿命评估中.研究结果表明,所提模型能同时预测宏观尺度疲劳损伤与细观尺度微裂纹的成核与扩展率,利用该模型所预测的宏观疲劳损伤值与实验所测值相符.该模型既能合理地描述宏观尺度下不同应力水平的疲劳损伤演化过程,又能综合反映细观尺度下微裂纹的成核与扩展行为.利用这种多尺度疲劳损伤模型可以预测结构在疲劳微裂纹成核与扩展阶段所消耗的疲劳寿命,为各类结构疲劳损伤累积过程评估和准确进行寿命预测提供了一种新途径.     

PZT在机电疲劳作用下的微裂纹和畸变

通过对PZT铁电陶瓷试样在交变力四点弯、交变电场及机电耦合疲劳作用前后的微裂纹和电畴的观察研究发现：电畴畴壁垂直于硬度痕边界排列;裂纹附近畴壁趋于转向与裂纹平行的方向;极化试样中的微裂纹萌生和扩展显示出强烈的各向异性。另外,还试图解释实验实验观察到的在外加极化电场方向平行的初始试样表面内存在大量微观畴带的现象。     

确定抽油杆疲劳断裂常数的一种实用统计方法

针对疲劳裂纹扩展性能的统计性质,提出了一种确定抽油杆疾劳断裂材料常数的实用方法,该方法确定出的常数位与存活率相对应,与其它方法的结论基本一致。对抽油杆疲劳裂纹扩展寿命的分布和常数c与m之问的关系作了初步脸证。     

C－Mn焊缝裂纹试样低温解理断裂机理

在系列低温下，对Ｃ－Ｍｎ焊缝进行了裂纹张开位移（ＣＯＤ）试验，测量了力学性能和断口微观参数，对疲劳裂纹前端形核并长大的微孔和解理微裂改进行了观察。根据实验结果对Ｃ－Ｍｎ焊缝ＣＯＤ试样的低温解理断裂机理进行了分析，发现在低温区，Ｃ－Ｍｎ焊缝的解理断裂临界事件随温度升高发生由起裂控制，第二相、夹杂物尺寸微裂纹扩展控制和铁素体晶粒尺寸微裂纹扩展控制的转变，并对发生这种转变的微观机制进行了分析。     

CSP流程Ti微合金化高强钢的疲劳性能

采用升降法对CSP工艺生产的2mm厚Ti微合金化高强钢的疲劳性能进行研究.结果发现:高强钢的抗拉强度为830 MPa;疲劳强度为685 MPa,约为抗拉强度的0.83倍;伸长率为18.8%.绘制了高强钢的S--N曲线,并拟合出疲劳寿命与最大应力的关系.通过扫描电镜对疲劳断裂机理进行了分析.宏观疲劳断口可见明显的裂纹源区、扩展区和瞬断区形貌.疲劳裂纹起始于带钢表面微裂纹;疲劳扩展区存在微观疲劳辉纹、二次裂纹和宏观疲劳贝纹线;瞬断区出现撕裂棱,兼有韧窝存在.     

热带轧机轧辊表面氧化膜疲劳脱落的有限元分析

根据热带轧机工作辊与支撑辊之间的接触应力、带钢与工作辊之间的应力,以及轧制过程中的轧辊热应力解析结果,利用大型有限元分析工具ANSYS分析了热轧带钢轧辊的表面氧化膜疲劳脱落问题·结果表明,随着加载次数的增加,氧化膜在原有微裂纹处沿X方向的疲劳应力增加,这将导致在原有微裂纹处沿Y方向产生疲劳裂纹·在氧化膜与轧辊基体的结合面上,由于剪切应力的增加将发生沿轧辊氧化膜与轧辊基体结合部位X方向疲劳裂纹·由于X方向疲劳裂纹和Y方向疲劳裂纹的不断扩展,使得裂纹相遇而导致了轧辊表面氧化膜的脱落·