C-Mn焊缝区缺口和裂纹试样的宏观断裂行为

本文测定了C-Mn钢母材,C-Mn和Ti-B焊缝金属在不同温度下的Charpy V,COD和预制裂纹冲击试验中的断裂载荷、韧性值和断口上纤维裂纹长度,同时也测定了这些材料的力学性能。结果表明COD裂纹试样的局部解理断裂应σ_f比Charpy V 缺口试样高约600MPa。在试验温度区内,控制韧性的因素是断裂载荷、纤维裂纹长度和单位纤维裂纹扩展能量。母材较低的屈服应力σ_y,较强的σ_y对载荷速度的敏感性和较低的σ_f,使其Charpy V脆性转变温度高于焊缝,COD脆性转变温度低于焊缝。还对各韧性试样断裂行为的差别与建立Charpy V和COD结果之间关系的条件也进行了讨论。     

结构钢刻痕杆断裂分析

为研究结构钢断裂机理及抗断设防,对文献[1]中10个结构钢刻痕杆进行了断裂分析,研究了刻弧半径R和刻痕深度（d/D）对高强钢断裂模式的影响。试验较为精确地记录了全程载荷-位移曲线和断裂载荷,结果表明,试件断裂于刻痕心部,断口有大量韧窝并伴有剪切痕迹,形状为杯锥形。刻弧半径R较小且刻痕较深（d/D较小）的试件,断裂延性较差,断裂强度略高,显示了断裂的定性规律。     

煤矿砂岩SHPB动态压缩力学性能试验与分析

为研究煤矿砂岩冲击载荷作用下的动态力学特性,利用分离式Hopkinson压杆对皖北矿区祁东煤矿的砂岩试件进行冲击压缩试验,得到了试件应变率变化时程曲线和动态应力-应变曲线。试验结果表明:采用3种冲击气压加载,入射波形均近似为梯形波;试件应变率随冲击气压提高而增大,应变率曲线中有一段近似恒应变率平台,可实现恒应变率加载;试件动态破坏形态在低应变率下为径向外围剥落式拉伸破坏模式,在高应变率下则为颗粒状粉碎破坏模式。随应变率增加,碎块尺寸减小且碎块数量增加,具有明显的应变率效应;试件动态抗压强度与平均应变率近似乘幂关系,显示出较强的相关性。     

混凝土梁的断裂能及其尺寸效应的试验研究

为研究混凝土断裂性能及试件尺寸对其断裂能的影响,对含有预制切口的混凝土试件梁进行三点弯曲试验。试验采用线性位移传感器(Linear Variable Differential Transformers,LVDTs)测量试件梁跨中挠度δ,利用荷载-挠度曲线(P-δ)计算其断裂能。试验结果表明:同种尺寸试件梁的P-δ曲线会表现一定的差异性,但总体比较接近;不同尺寸试件梁的P-δ曲线性质相似,但是试件尺寸越大,P-δ曲线峰值越高。此外,混凝土断裂能表现出一定的尺寸效应,试件尺寸越大,断裂能越高。     

高强混凝土巴西圆盘动态劈裂试验

以圆形紫铜片作为波形整形器,利用直径100 mm的霍普金森压杆装置,研究了不同弹速冲击下高强混凝土平台巴西圆盘试件的动态拉伸强度,得到了高强混凝土在冲击作用下的劈裂强度、破坏模式和应力时程曲线。试验结果表明:随着冲击应变率的提高,高强混凝土试件的动态劈裂强度和破坏程度不断增大,具有显著的应变率敏感性。高速冲击荷载下的混凝土断面区较为光滑,裂缝直接穿过石子导致试样断裂。     

C-Mn钢及焊缝金属的缺口和裂纹试样的微观断裂行为

本文通过起裂源粒子的特征和尺寸分布、裂源处显微组织和残留裂纹的尺寸分布情况,研究了C-Mn钢和两种焊缝金属的Charpy V,COD和预制裂纹冲击试样的微观断裂行为。发现焊缝中的解理裂纹形核于夹杂物或第二相粒子,母材形核于珠光体团;对于同一材料用缺口试样和裂纹试样测得的微观解理断裂应力的不同值是由于断裂过程中临界事件发生了变化。在-45～-65℃范围内,Charpy V 缺口试样中的临界事件是铁素体晶粒尺寸的微裂纹扩展进入铁素体基体;而在-110℃的裂纹试样中,是第二相粒子尺寸的微裂纹扩展进入临近的铁素体晶粒。临界事件的变化认为与缺口根部和裂纹前端不同的有效剪应力有关。建立Charpy V 和COD实验结果之间关系的条件是有关材料铁素体晶粒和第二相粒子的尺寸应当是类似的。     

PVDF应力传感器的设计、标定及其在混凝土冲击试验中的应用

利用分离式霍普金森杆(SHPB)试验技术对PVDF应力传感器进行了压电系数的动态标定,标定值为27.21 PC/N.在落锤冲击试验机上完成了预埋PVDF应力传感器的混凝土圆柱体试件的轴向冲击试验,并利用PVDF应力传感器信号和试件轴向压缩曲线得到了混凝土在冲击加载条件下的动态应力应变曲线.由于混凝土试件在冲击加载过程中应力分布不均匀,预埋在试件中心的PVDF应力传感器测试的应力结果比用锤头冲击力计算出来的试件平均应力稍大.     

岩石断裂稳定性的尺寸效应

以岩石断裂峰值后曲线为岩石断裂稳定性研究内容,提出了裂纹扩展本构曲线的概念和判断岩石断裂稳定性的方法．并根据能量守恒原理,提出了裂纹-弹性体组成岩石断裂试件的简单模型和判断断裂稳定性的定量计算公式,例举并讨论了由这一模型确定岩石断裂曲线的方法及影响峰值后曲线形状的尺寸效应．     

轴向冲击荷载作用下钢管混凝土短柱的试验研究

采用落锤式冲击试验机进行了42根钢管混凝土试件的抗冲击性能试验研究,通过测量试件的应变时程曲线和冲击力时程曲线,分析其抗冲击动力特性。试件在产生压缩变形的同时,其表面中下部多处出现局部鼓曲现象,钢管与内部混凝土之间产生相对侧移;在相同冲击荷载作用下,随着钢管壁厚增大,试件表面应变减小,钢管约束混凝土变形的效果显著;在低速冲击范围内试件所受冲击力峰值变化不大。试件破坏形态和实测结果表明,钢管混凝土具有良好的抗冲击力学性能,即具有较高的强度和屈服后承载能力,以及良好的塑性变形能力。     

钢管混凝土结构构件耐撞性能的试验研究

为研究钢管混凝土结构构件的耐撞性能,采用落锤式冲击试验方法对其抗侧向冲击性能及破坏特征进行研究.获得钢管混凝土试件在不同冲击能量下冲击力时程曲线和试件的最大侧向位移,并分析了试件破坏形态及特征.实验结果表明:管壁厚度一定时,冲击力时程曲线经历3个阶段:迅速加载、平台值和卸载;随着冲击能量的增加,试件的侧向挠度增大;当钢管混凝土受到侧向冲力时,构件有明显的屈服现象;冲击能量越大构件的动力响应越明显.表明钢管混凝土构件具有良好的抗冲击性能.     

基于局部法由示波冲击试验对断裂韧性的预测

研究了基于局部法由冲击试验对三点弯曲试样断裂韧性的预测。通过对X65管线钢韧脆转变温度下的示坡冲击及三点弯曲试验，得到示波冲击试验每个试样的能量-时间、载荷-时间、载荷点位移一时间的关系曲线和三点弯曲试验每个试样的断裂韧性值。利用有限元方法分析了示波冲击及三点弯曲试样裂纹尖端的应力场，通过自编程序求出示波冲击试样和三点弯曲试样的材料局部断裂参量，验证了临界成布尔应力符合局部法理论中的双参数成布尔分布，且证明了对本研究的两类试样，临界成布尔应力与试样尺寸和加载形式无关。基于局部法在脆性断裂条件下成功地实现了由示波冲击结果来预测三点弯曲试样的断裂韧性，不仅验证了局部法理论对X65管线钢的适用性，而且证明基于局部法可以通过冲击吸收功来预测和评价材料的断裂韧性。     

冲击功与COD转变温度的相关关系

对普通C-Mn钢,Cr-Mo钢和三种焊缝金属进行了系列温度示波冲击试验,COD试验和屈服强度的测定,通过对实验结果的分析发现,中低强结构钢和焊缝金属的冲击韧性和断裂韧性的延脆转变温度之间存在着统一的相关关系,即试验材料的两韧性的延脆转变温度迁移量与材料的应变速率敏感性呈线性关系。因此,推荐了工程上用冲击韧性推测断裂韧性的方法,并指出这一相关关系存在的内在原因是不同试验材料的缺口冲击试样和裂纹静载试样在延性断裂过程、解理的力学条件以及解理微观机制这三个方面的相似性。     

高强混凝土的脆性与断裂面特征的关系

给出了基于荷载挠度全曲线的脆性指数B和基于断裂面的脆性指数R，对不同材料组成的混凝土试验测定了这两种脆性和强度，比较了这两种脆性的相关性，指出了混凝土材料的脆性实质上是断裂面上的脆性指数R的变化，通过掺入冶金集料改变断裂面的脆性指数R，使混凝土的脆性减小并提高了混凝土的强度。     

X70管线钢韧-脆断裂转变研究

在不同温度下研究了X70管线钢动态断裂韧度K1d,J1d和止裂韧度K1a以及夏氏V型缺口冲击韧度(CVN)。研究表明,断裂韧度受温度和加载速率的影响较为强烈;当温度由213K向193K逐渐降低而加载速率逐渐从0.01向1000mm/s增大时,断裂韧度逐渐减小;在恒温下,增大加载速率可以诱发韧-脆断裂转变,应引起足够重视。     

18%Cr-12%Mn-0.55%N高氮奥氏体不锈钢低温性能与组织稳定性

研究了高氮奥氏体不锈钢18%Cr-12%Mn-0.55%N在室温和低温下的力学行为和组织稳定性,并对实验钢的断裂失效行为进行了讨论.低温冲击实验结果表明,实验钢在-70℃前后存在韧脆转变现象,这种脆性类解理断裂是在奥氏体的{111}面发生的;低温拉伸实验结果表明,该钢室温拉伸时即有相变发生,相变产物除α′马氏体外,还发现了一种不同于α′马氏体的相变产物,其结构和相关参数暂不能确定.基于冲击实验和拉伸实验结果可以认为,该钢在-60℃以上有很好的强度和塑性结合,因此其使用温度应该在-60℃以上.     

Effect of weld microstructure on brittle fracture initiation in the thermally-aged boiling water reactor pressure vessel head weld metal

Effects of the weld microstructure and inclusions on brittle fracture initiation are investigated in a thermally aged ferritic high-nickel weld of a reactor pressure vessel head from a decommissioned nuclear power plant.As-welded and reheated regions mainly consist of acicular and polygonal ferrite,respectively.Fractographic examination of Charpy V-notch impact toughness specimens reveals large inclusions(0.5-2.5μm)at the brittle fracture primary initiation sites.High impact energies were measured for the specimens in which brittle fracture was initiated from a small inclusion or an inclusion away from the V-notch.The density,geometry,and chemical composition of the primary initiation inclusions were investigated.A brittle fracture crack initiates as a microcrack either within the multiphase oxide inclusions or from the debonded interfaces between the uncracked inclusions and weld metal matrix.Primary fracture sites can be determined in all the specimens tested in the lower part of the transition curve at and below the 41-J reference impact toughness energy but not above the mentioned value because of the changes in the fracture mechanism and resulting changes in the fracture appearance.     

X100管线钢冲击断裂过程及止裂性分析

对不同终冷温度的X100管线钢进行了动态示波冲击试验,结合断口形貌及微观组织观察,研究了试验温度、终冷温度及组织对冲击断裂过程及止裂性能的影响.结果表明,终冷温度为400℃时,钢的裂纹形成能及扩展能较高,止裂性能良好,仅-60℃时出现少量分层;终冷温度为520℃时,随试验温度降低,裂纹形成能和扩展能逐渐降低,止裂性能逐渐下降,断口中韧窝脆性倾向增强,分层加重.冲击过程中的最大冲击载荷随试验温度的降低而近似线性增加.组织的均匀、板条边界和晶界处的膜状、细小点状M/A岛、细小析出相均有益于钢的冲击韧性及止裂性能.     

C-Mn钢及焊缝金属各韧性的统一性

在系列温度下测定了16MnR钢及三种焊缝金属的四项韧性指标:VCharpy冲击韧性、预裂纹Charpy冲击韧性、四点静弯缺口韧性和断裂韧度COD,同时测定了四种材料的屈服强度。发现四项韧性指标的延脆转变温度可以通过各材料的屈服强度对温度和加载速率的依赖而统一起来,各韧性的延脆转变现象均由局部解理条件所控制,为简化工程材料抗断性能的评定和断裂理论研究的深入提供了可能。     

Mechanical properties and fracture toughness of rail steels and thermite welds at low temperature

Brittle fracture occurs frequently in rails and thermite welded joints, which intimidates the security and reliability of railway service. Railways in cold regions, such as Qinghai-Tibet Railway, make the problem of brittle fracture in rails even worse. A series of tests such as uniaxial tensile tests, Charpy impact tests, and three-point bending tests were carried out at low temperature to investigate the mechanical properties and fracture toughness of U71Mn and U75V rail steels and their thermite welds. Fracture micromechanisms were analyzed by scanning electron microscopy (SEM) on the fracture surfaces of the tested specimens. The ductility indices (percentage elongation after fracture and percentage reduction of area) and the toughness indices (Charpy impact energy A_k and plane-strain fracture toughness K_IC) of the two kinds of rail steels and the corresponding thermite welds all decrease as the temperature decreases. The thermite welds are more critical to fracture than the rail steel base metals, as indicated by a higher yield-to-ultimate ratio and a much lower Charpy impact energy. U71Mn rail steel is relatively higher in toughness than U75V, as demonstrated by larger A_k and K_IC values. Therefore, U71Mn rail steel and the corresponding thermite weld are recommended in railway construction and maintenance in cold regions.     

断裂韧度阻力曲线的单试样分析测定法

在单试样三曲线关联分析的基础上,提出一种新的单试样测定断裂韧度阻力曲线的分析方法和步骤,编制了计算机应用程序。该方法反映裂纹试样的宏观断裂过程,与标准多试样法的测定结果相符。