幂硬化对疲劳弹塑性弯曲裂纹塑性区的影响

利用二阶摄动方法计算硬化材料弹塑性弯曲裂纹尖端的塑性区尺寸的最大值和和变化幅值.作图分析弹塑性弯曲裂纹尖端塑性区尺寸最大值、变化幅值与材料硬化指数之间的变化关系.在幂硬化材料中,弹塑性弯曲裂纹尖端塑性区尺寸最大值和变化幅值随材料硬化指数n的增大而减少,当n等速均匀增加时,弹塑性弯曲裂纹尖端塑性区尺寸最大值和变化幅值加速减少,减少的幅度越来越大.当材料的硬化指数相同时,弯曲裂纹尖端塑性区尺寸最大值和变化幅值随疲劳载荷的不断减小而逐渐减小.     

金属内部裂纹的超声衰减特性与近表面缺陷识别

建立了包含裂纹缺陷的二维金属板模型.采用有限元方法,对具有不同深度裂纹的材料内部超声波场进行计算,获得了不同裂纹深度金属材料上表面的回波信号,分析了裂纹深度对超声波传播特性的影响规律.进一步分离提取不同阶次底面回波的频谱特征,获得了由裂纹缺陷引起的超声衰减系数随频率的变化关系.最后提出了通过底面回波频谱图辨识近表面裂纹缺陷的方法.     

液晶玻璃双刀轮切割及其裂纹产生、扩展规律

液晶玻璃基板切割是液晶显示器制造的关键工艺之一.为了实现液晶玻璃基板的高效、高质量精密切割,提出了基于双刀轮的液晶玻璃基板切割新方法,即利用第一刀轮在待切割表面刻划出微塑性刻痕,再利用第二刀轮沿塑性刻痕切割玻璃.通过印压实验获得对称楔形压头印压液晶玻璃时仅产生塑性刻痕而不产生裂纹的临界载荷,然后研究对称楔形压头沿着第一次印压产生的塑性刻痕进行二次印压时裂纹的产生和扩展规律.结果表明:二次印压没有横向裂纹产生,产生的垂直裂纹长度随一次印压载荷的增大略有增大,随二次印压载荷的增加线性增加;无横向裂纹产生使得双刀轮切割时能够获得无边崩和微裂纹的、边缘整齐的断口形貌,垂直裂纹长度的增加使得双刀轮切割时无需二次裂片.     

一种改进的多处损伤平板的剩余强度模型

进行了多处损伤平板的剩余强度试验研究,得到不同裂纹几何平板的剩余强度.试验结果表明主裂纹长度增加使平板的剩余强度减小;对相同的主裂纹长度,韧带减小,试验件剩余强度也减小.以试验数据为基础,提出了一种修正的塑性区连通准则.用塑性区连通准则和修正的塑性区连通准则分别计算了多处损伤平板的剩余强度,结果表明对不同的主裂纹长度和不同的韧带长度,塑性区连通准则预测的平均误差为16.07%,而修正的swift塑性区连通准则的平均误差为9.24%,大大提高了预测结果的精度.     

裂隙岩体贯通及锚固止裂路径有限元分析

压剪应力作用的裂隙岩体其裂纹尖端附近存在塑性屈服区.将裂隙岩体单元与锚索单元的节点完全重合,应用等效应变与降温法施加锚索单元的预应力,裂纹采用八节点等参单元退化后的奇异单元进行模拟,从应变角度出发,应用塑性区最短距离判据得到了不同锚固条件下含两条不同倾角共线裂纹的裂纹尖端附近的最短塑性区距离、裂纹的扩展方向、裂纹扩展后岩桥之间的有效距离等,并分析了裂隙岩体的锚固止裂机制.结果表明,预应力锚索加固对裂隙岩体的压缩效应远大于剪切效应.锚固条件下倾角为30°～60°的裂纹扩展后岩桥之间有效距离增大,锚固条件越好,裂纹尖端塑性区的最短距离越小,预应力锚索的加固止裂效果越明显.锚固附加应力场使得0°、90°裂纹附近岩体的正应力或侧向应力得到增加,锚固条件越好,裂纹尖端的塑性区最短距离越大,在进行锚固设计时,应合理布置锚固角.     

Ⅰ-Ⅲ型复合加载下铝合金疲劳裂纹扩展速率

通过有限元数值模拟和疲劳裂纹扩展试验,研究了铝合金材料在Ⅰ-Ⅲ复合型加载条件下的疲劳裂纹扩展规律,得到了在不同加载情况下裂纹的应力强度因子、裂纹前缘能量场和塑性区半径.在分析Ⅰ型拉力载荷对裂纹扩展的基础上,着重分析了Ⅲ型加载对Ⅰ型裂纹应力强度因子及裂纹前缘能量场的影响.结果表明:应力强度因子KⅠ随着Ⅲ型加载的增大而减小,而裂纹附近塑性区半径增大.进行Ⅲ型静态加载会使疲劳裂纹扩展速率减小,在一定范围内,Ⅰ-Ⅲ复合型疲劳裂纹扩展速率随着Ⅲ型加载的增加而减小;而在进行Ⅲ型循环加载会使疲劳裂纹扩展速率增大,在一定范围内,Ⅰ-Ⅲ复合型疲劳裂纹扩展速率随着Ⅲ型加载的增加而增大.     

超声衰减法检测凝胶成胶过程微结构变化

以戊二醛(Glu)胶联丙烯酰胺(AM)形成的软物质凝胶材料的成胶过程为模型,用超声衰减法检测不同浓度交联剂、温度及不同质量丙烯酰胺形成凝胶的成胶过程的微结构变化.同时用流变仪检测凝胶形成过程中粘弹性等参数的变化.实验表明:丙烯酰胺浓度、交联剂的用量和温度不同,丙烯酰胺形成凝胶的超声衰减系数及所需的时间也不相同,丙烯酰胺浓度越大,超声衰减系数越大,凝胶形成越快;温度越高,交联剂的量越多,丙烯酰胺凝胶形成所需的时间越短.     

球墨铸铁疲劳裂纹的发生和发展

本文用线弹性断裂力学原理和方法研究稀土镁球墨铸铁的疲劳断裂问题.试验研究球墨铸铁为铁素体、珠光体以及珠光体加部分牛眼状铁素体等三种不同强度、塑性、韧性配合的基体组织.通过不同加载制度,不同缺口尖锐度试样的疲劳裂纹萌生期N_0、疲劳裂纹扩展速率da/dN、门槛值△K_(th)以及条件疲劳总寿命N_f的测定,得出主要看法为:球铁具有较高的△K_(th)值,随珠光体量增加△K_(?)下降,至80%珠光体后趋向稳定;疲劳裂纹孕育期的大小,在尖锐缺口时主要取决于塑性,较平缓缺口时主要取决于强度.疲劳裂纹扩展速率da/dN随塑性的增加而降低,低周疲劳,尖锐缺口试样,增加塑性有助于疲劳寿命的提高;高周疲劳,钝缺口试样,增加强度有助于疲劳寿命的提高.还通过电境断口分析,就球铁疲劳裂纹萌生、扩展的特征及其微观机制进行了简明的描述和解释.     

弹塑性材料中裂纹的仿真研究

针对含裂纹的弹塑性材料结构,根据弹塑性断裂理论分析了裂纹增长的条件.建立了基于裂纹尖端存在塑性区的计算模型,得到了描述含裂纹弹塑性材料在外荷载作用下的塑性区尺寸及塑性区前端裂纹张开位移的解析解.按照所建立的计算模型对不同的裂纹长度、不同的外荷载对塑性区尺寸及张开位移的影响进行探讨.并给出了材料在外荷载作用下破坏的临界应力强度因子曲线.     

I型裂纹失稳扩展的临界力学条件

本文考虑了裂纹前端塑性区的影响,首次建立了I型裂纹在平面应力和平面应变条件下失稳扩展的能量解析式,并由变分法确定了裂纹的临界尺寸。结果表明,当 或 时,裂纹失稳扩展。讨论表明,裂纹扩展能量随着裂纹尺寸的增加而呈现出先增加后减少的趋势,在临界裂纹尺寸处取得最大值;平面应力条件下裂纹扩展能量高于平面应变条件下裂纹扩展能量;临界裂纹尺寸随外加应力和裂纹张开位移的增大而减少,且平面应力条件下临界裂纹尺寸比平面应变条件下临界裂纹尺寸大。     

碳酸盐岩孔洞模型中超声波传播特性

 以孔洞型碳酸盐岩的小岩柱为对象,采用二维超声波数值模拟与物理模型实验相结合的方法,从运动学及动力学角度,研究了多频率下超声波在不同尺寸、形状及分布的孔洞模型中的传播特性。结果表明,不连续分布的单孔洞,其尺寸变化对声波速度几乎无影响但与衰减系数呈正相关,在相同尺寸下随测试频率的增加声波速度有增加的趋势,衰减系数与频率间呈幂函数递增关系;圆形孔洞、方形孔洞对声波速度影响与孔隙度有关,孔隙度9%为临界值,低于9%时影响不敏感（可忽略）,高于9%时圆形孔洞对衰减系数的影响大于正方形孔洞的影响;椭圆形孔洞的影响与其纵横比有关,纵横比大于1时,随纵横比增加衰减系数的变化幅度较小,反之则衰减系数的变化幅度较大;随孔洞分布集中度的增加,声波速度呈线性规律减小,衰减系数呈线性规律增加。     

超声波在液压缸中传播的声压变化分析

简述了衰减系数的定义和在液体中的衰减系数公式，给出了衰减系数与温度、声压衰减数与测量距离的关系曲线，推出了在液压缸中超声波的衰减公式，提出了一种在测距系统中选择超声波频率的方法。     

考虑表面粗糙度的接触式超声衰减系数校正方法

材料的表面质量会显著影响超声衰减系数的准确测量。根据表面粗糙度对垂直入射的超声波束传播的影响，提出了考虑表面粗糙度的接触式超声衰减系数校正方法。首先基于未耦合时粗糙界面反射系数校正理论和光滑界面耦合时的反射系数计算公式，推导出耦合时粗糙界面的反射系数表达式。在此基础上结合衰减系数计算公式提出了包含粗糙度信息的接触式超声衰减系数校正方法。最后，制备了不同表面粗糙度的45钢和304不锈钢柱体试件，搭建了衰减系数超声测量平台，通过实验分析了表面粗糙度对信号时域和频域的影响，验证了提出的校正方法的有效性和实用性。实验结果表明，提出的衰减模型能有效补偿粗糙度引起的超声背散射信号衰减，透射法相对测量误差在6%以内。     

微米磁性复合材料超声波吸收检测研究

目的研究磁性SiO2-Fe3O4-P(NIPAM-co-AA)有机-无机复合微球及复合材料的制备、吸收超声波的能力和吸波机理。方法分别对不同系列样品的超声衰减系数及声速进行测量、比对分析。结果磁性复合材料声衰减系数随SiO2的包覆厚度增大而增大,磁含量大小对声衰减系数有一定的影响,同时超声衰减系数对频率有很强的依赖性。结论复合材料中SiO2的包覆厚度、磁性大小对声衰减系数、超声速度有不同影响,此复合材料应用于超声波吸波材料时在较高频率对超声波的吸收效果好。     

岩石的声衰减与声频谱的变化

本文利用脉冲声波的频谱分析方法对岩石的声衰减进行了测量,得出声衰减对声波频率的依赖关系。认为在频率不太高的情况下,均匀岩石的声衰减主要由内摩擦和瑞利散射造成,衰减系数α可用频率的一次方与四次方的和表示。在频率较低的情况下,可以认为声衰减近似地与频率的一次方成正比。     

用回波重建法分离软组织的超声反射波与散射波

提出用计算机仿真重建反射回波，以分离软组织超声反射与散射波的方法。该法不仅 能考虑到超声波在传播过程中幅度的衰减，还能够考虑到频率构成的变化。为实现该法，在以 前模型的基础上建立了各层衰减系数不同的分层介质超声传播模型，形成了估计各层衰减系 数与各界面反射系数的有效方法。为提高衰减系数估计中谱分析对噪声的稳健性，提出并采用 了冗余自相关算法。用计算机仿真实验与生物组织仿真模块实验验证了上述方法的有效性。     

吸收媒质中非线性Gauss聚焦超声场的仿真研究

通过频域有限差分法求解KZK方程,对吸收媒质中Gauss聚焦超声换能器的基波和高次谐波声场进行计算和仿真,研究了各次谐波沿传播方向的分布规律,发现高次谐波声场同样具有Gauss聚焦特性,并且谐波阶次越高,聚焦特性越好.此后讨论了不同的吸收系数对Gauss声场聚焦特性的影响,结果显示吸收系数的改变不会影响Gauss声场的径向分布形状,但吸收系数的增加导致聚焦区域声场强度的减弱,甚至聚焦无法实现.     

岩石冲击损伤特性的声波测试研究

在配有软回收装置的平板碰撞实验台上进行两种典型岩石冲击损伤实验，并对回收样品进行超声波测试，得知岩石的动态损伤与冲击速度和超声波衰减系数有关，后者较好的反映了岩石的损伤程度。结果表明声波衰减系数可作为表征岩石损伤模型的主要参量。     

超声热疗中媒质特性对声聚焦的影响

以凹球面自聚焦超声换能器为例,用瑞利积分进行数值模拟计算,研究声衰减、声速、温度等参数对声聚焦的影响,并对不同生物组织中声聚焦的特点进行了比较.研究表明,不同的媒质的特性参数聚焦表现出不同的特点.声衰减系数增大,则焦斑向声源靠近且焦斑缩短;声速越大,则焦距越小,但焦域最大声压值升高,焦斑的面积增大;温度变化不大时,对声聚焦的影响不明显.     

硬脆性页岩超声波透射实验研究

为了获取硬脆性页岩地层声波传播特征,以鄂尔多斯盆地井下石盒子组页岩为研究对象,采用超声波透射实验系统的分析了钻井液作用前后页岩声波时差、衰减系数、时域信号以及频域信号的特征。研究结果表明,钻井液作用后页岩声波时差增大,衰减系数增大,频域信号与时域信号均发生改变。钻井液作用后,页岩发生水化反应,声波时差与衰减系数可定量描述页岩水化动态变化,时域信号与频域信号能够定性分析页岩水化结构变化特征。超声波透射实验为硬脆性页岩水化特征的研究提供了一个新的思路。