类岩材料多裂隙体在单轴压缩下的数值模拟

应用岩石破裂过程分析系统(RFPA2D)软件,考虑岩石的非均匀性,对含不同裂隙倾角和分布密度的试件在单轴压缩下的破坏模式进行研究,探索了不同裂隙倾角和分布密度对多裂隙类岩石材料断裂破坏模式的影响规律.数值分析与实验结果基本一致,试样破坏是一个由渐变到突变的过程,总体破坏过程可大致分为弹性变形阶段、裂纹萌生和稳定扩展阶段、裂纹不稳定扩展至失稳阶段3个阶段;声发射事件也可对应分为线性阶段、增长阶段、突变阶段3个阶段.对比不同试件组发现,含多预制裂隙体的裂纹贯通方式和整体破坏方式由裂隙倾角起主导影响作用;裂隙分布密度对裂隙体整体破坏形式的影响因裂隙倾角的差异而有所不同.     

基于椭圆形微裂纹演化与汇合的准脆性材料本构模型

微裂纹演化与汇合是导致准脆性材料损伤及破坏的主要因素.采用复势函数法求解了受远场载荷作用下代表性单元中椭圆微裂纹的变形,讨论了椭圆微裂纹初始取向的变化对微裂纹尺寸增长和偏转角度的影响,并结合微裂纹扩展准则推导了损伤起始的临界应力.基于翼型裂纹扩展过程的能量守恒方程,建立了损伤阶段的本构关系.对裂纹汇合模式进行了讨论,建立了翼型裂纹汇合的几何模型,由翼型裂纹汇合的临界条件给出了断裂失效应变,最后给出了与细观结构演变过程相对应的本构模型,并应用该模型计算了岩石类材料单轴压缩下的应力应变曲线,与实验结果吻合良好.     

复合材料的比应变能密度破坏准则

在文献中,提出了一个预测复合材料中裂纹扩展方向的比应变能密度准则(Strain energy density ratio criterion)。用一个短纤维复合材料层合板中Ⅰ-Ⅱ型复合型裂纹扩展方向的预测为例子与实验结果进行了对比。结果表明,该准则对预测复合材料中裂纹扩展方向是成功的。那么,这个准则可否用来预测复合材料的破坏强度呢,本文将研究这个问题。     

结构疲劳损伤理论的评述

结构疲劳是其在累积损伤、裂纹起始,扩展直至破坏的过程.通过对既有的各种结构累积损伤理论进行分析和对比,文章研究了目前存在的各种累积损伤理论适用性与优缺点,并从损伤力学角度研究了累积损伤的原理.     

崩滑体失稳破坏断裂力学分析

文章基于断裂力学分析,揭示了崩滑体破坏面裂纹尖端在应力场、外界因素作用下产生断裂扩展,其是崩滑体失稳的根本原因.计算归纳了滑动面的Ⅰ、Ⅱ型、复合型断裂强度因子和扩展角的计算方法,对有效治理崩滑体、防灾减灾有一定的指导意义.     

硅片空蚀实验中表面粗糙度和润湿性的影响

通过几何形貌变化和沉积Au和DLC超薄膜改变硅片的表面粗糙度和润湿性, 利用自制的振动空蚀实验装置对硅片在去离子水中的材料微观破坏情况进行研究. 扫描电子显微镜(SEM)和表面形貌仪用来对实验前后的硅片表面形貌进行检测; 采用接触角测量系统对试样表面润湿性进行表征. 结果表明, 振动空蚀实验后硅片表面会产生由于脆性断裂引起的微小蚀坑和裂纹, 随实验时间增加, 蚀坑和裂纹的数量增加且尺寸增大, 造成材料剥落; 几何形貌引起的粗糙度增加和表面沉积Au和DLC超薄膜引起的表面接触角增大, 都使得硅片的空化更易于发生, 从而加重了空蚀破坏程度.     

BiTiO3单晶电致疲劳裂纹扩展的原子力显微镜研究

利用原子力显微镜(AFM)原位研究了BaTiO₃单晶压痕裂纹电致疲劳的扩展过程, 以及交变电场引起的畴变和疲劳裂纹扩展的相关性. 结果表明, 正负交变电场并不引起裂纹尖端电畴的交替变化, 而是在裂纹周围发生随机转变, 随着电场交变次数的增加, 止裂裂纹重新起裂扩展.     

裂纹是以什么方式朝前扩展?

裂纹扩展过程的研究是断裂力学中一项非常重要的课题,因为它深刻地反映了材料破裂时的动力学过程。本实验在一台自制的超小型压力机上进行。样品选用载玻璃板(48×28×1mm~3)。玻璃板内预制一条平行于压力轴方向的小裂纹。裂纹的长度2_a_0≤5 mm。实验时,室内的平均温度为6—9℃,相对湿度为40—45％。样品受压后,在给定的初始压力P和缩短量u的作用下,裂纹开始稳态扩展,此后,不再对样品施加任何增载。用显微镜观察裂纹     

崩滑体失稳破坏断裂力学分析

文章基于断裂力学分析,揭示了崩滑体破坏面裂纹尖端在应力场、外界因素作用下产生断裂扩展,其是崩滑体失稳的根本原因。计算归纳了滑动面的I、Ⅱ型、复合型断裂强度因子和扩展角的计算方法,对有效治理崩滑体、防灾减灾有一定的指导意义。     

声发射监测裂纹闭合行为

疲劳过程的声发射(AE)研究目前已做了许多工作,但与其裂纹闭合效应联系起来,还未见这方面的详细报道。声发射是材料内部局部区域应变能释放而产生的弹性应力波。材料形变时,位错运动、裂纹成核和扩展等均能产生AE。业已知道,带裂纹试样的声发射主要来自于裂尖的塑性变形和裂纹扩展,因此,声发射也受裂尖应力强度因子控制。基于这一原理,本文认为裂纹闭合效应也一定与声发射有对应关系。裂纹由接触到张开,柔度突然增大,塑性变形突增,以及有效裂纹长度迅速增加,反之亦然,声发射必定会给出这一突变以响应。实验极好地论证了这一预测,为监测裂纹闭合效应提供了一种新的测试手段。     

关于曲线动力扩展裂纹尖端场

由于工程实际的需要,弹性固体中复合型载荷作用下的裂纹动力扩展问题近年来受到了较大重视。在复合型载荷作用下,裂纹一般沿曲线路径扩展。Freund和Clifton首先分析了这一问题。他们证明了在以裂纹尖端为原点、以裂纹瞬时扩展方向为x轴的局部坐标系中,裂纹尖端主奇异场的结构和直线扩展裂纹是相同的。Achenbach和Baant亦得到了相同的结果。鉴于裂纹尖端高阶渐近解对曲裂准则有较大影响,Nishioka和Atluri给出了直     

脆断微裂纹形核的原位观察

Rice和Thomson及其支持者认为脆断裂纹扩展时不会发射位错.对Si和Fe-Si,解理裂纹扩展前能发射一些位错,故Argon认为Si的韧脆转变取决于裂尖发出位错的多少.而Chiao认为,如裂尖发出的位错不能运动离开就导致脆断.Gerberich等认为随裂尖发射位错,有效应力场强度因子增加,当它达到临界值时就导致解理扩展,称之为“塑性诱发解理”.总之,他们均认为解理裂纹是连续扩展的,裂尖发射位错就导致钝化,裂纹解理扩展前不发射或只发射极少量位错.     

BiTiO3单品电致疲劳裂纹扩展的原子力显微镜研究

利用原子力显微镜（AFM）原位研究了BaTiO3单晶压痕裂纹电致疲劳的扩展过程，以及交变电场引起的畸变和疲劳裂纹扩展的相关性．结果表明、正负交变电场并不引是裂纹尖端电畴的交替变化。而是在裂纹周围发生随机转变．随着电场交变次数的增加，止裂裂纹重新起裂扩展。     

多晶体α-Ti中裂纹扩展的动态观察

近年来,利用扫描电镜对金属材料的形变与断裂微观过程进行动态观察越来越受到注意。这种试验方法能在拉伸过程中抓住裂纹形核的时机与地点,追踪裂纹扩展路径,观察形变过程中所发生的裂纹形核与扩展过程。     

CNT-C_f/SiC多级增强复合材料微区力学性能

利用催化化学气相沉积工艺在炭纤维(Cf)表面原位生长碳纳米管(CNT),经聚合物浸渍-热解(PIP)致密化后制备了CNT强化的Cf/Si C复合材料.结合微米压痕和纳米压痕测试方法在微米、纳米尺度研究了CNT强化的Cf/SiC复合材料界面、微区基体以及纤维-CNT-基体组元区域的力学响应机制.结果表明,CNT生长点具有较高的结合强度,界面脱黏出现在纤维/热解碳界面处,原位生长的CNT显著强化了纤维-基体界面结合强度.PIP工艺对CNT造成损伤,致使CNT强化的微区基体的模量和硬度下降,而CNT的拔出、裂纹桥连等行为阻碍了微区基体的裂纹扩展,进而提高了微区基体的破坏容忍度.理论计算结果显示,由CNT带来的韧性贡献约为310.8 J/m2.界面强化效应和微区基体裂纹扩展阻碍效应使纤维-CNT-基体组元的抗损伤能力得到了提高.利用微纳米测试连用手段可深入了解多级增强复合材料的纳米效应.此外,理论计算表明,CNT/基体的界面修饰及对CNT的有效保护会进一步提高CNT对微区基体的韧化效果.     

不同压电材料反平面应变状态的电渗透型界面裂纹

将压电材料中的电渗透型裂纹处理成静电学的连接界面 ,按上、下两表面的切向电场强度连续和法向电位移连续建立裂纹处的电学边界条件 ,精确分析了不同压电材料反平面应变状态的共线界面裂纹问题 ,给出了单个界面裂纹和双界面裂纹的复型封闭解 .结果表明 :在裂尖处应力、应变、电场强度和电位移均有(1/2 )阶的奇异性 ,裂纹扩展能量释放率仅与应力、应变强度因子有关 .其退化结果与文献结果一致     

微裂纹的非线性超声检测研究进展

非线性超声对微裂纹具有较高的检测灵敏度.本文从理论模型、数值模拟和实验检测3个方面综述了非线性超声检测微裂纹的研究进展.基于微裂纹面的"呼吸"效应和"滑移"机制,介绍了非线性超声检测微裂纹的理论模型.从微裂纹的非线性响应和几何参数对非线性超声的影响规律及微裂纹定位方面,介绍了非线性超声检测微裂纹的数值模拟与实验研究进展...     

浅析平板网架焊接空心球节点疲劳寿命估算方法

文章简要阐述了疲劳寿命估算的一般方法及其估算步骤,同时也指出了各种估算方法的优缺点,介绍了在平板网架结构中焊接空心球节点在常幅载荷作用下裂纹起始阶段寿命的计算方法和计算公式,指出了焊接空心球节点在常幅载荷作用下裂纹扩展阶段的计算方法和计算公式.     

TiAl金属间化合物中解理裂纹的稳态扩展

一般来说,当稳定的解理裂纹形核后就将高速失稳扩展,直至断裂。从断裂力学角度看,当试样尺寸满足平面应变要求后,裂纹扩展超过2％阻力曲线就饱和,故一旦裂纹扩展超过这个临界点,裂纹就将失稳扩展而导致脆断。断裂韧性为     

低温极端环境下氮化铝陶瓷断裂行为及第二相的影响

氮化铝陶瓷在低温工程中有着良好的应用前景,但这方面的研究报道甚少.本文对氮化铝陶瓷的低温断裂行为进行了系统研究,以液氮和干冰作为制冷剂,测试低温环境下材料的抗弯强度和断裂韧性.当测试温度从293 K降低到77 K时,氮化铝陶瓷抗弯强度从364.6±29.2MPa增加至415.3±21.7 MPa,断裂韧性从3.98±0.19 MPa m1/2增加到4.59±0.28 MPa m1/2,同时发现穿晶断裂比例从7.3%增加至14.5%.基于实验结果,分析了陶瓷中第二相引起的残余应力对三叉晶界处氮化铝晶粒以及裂纹扩展方式的影响,结果表明,低温下第二相导致氮化铝陶瓷断裂模式发生改变;通过调控第二相在基体中的分布状况可以改善氮化铝陶瓷性能,对于氮化铝陶瓷的低温工程应用具有参考价值.