裂纹尖端离画变形场的实验测量与数值分析的比较

用Nomarski棱镜微差干涉法和有限元方法分别测量和计算了黄铜金属材料I型裂纹尖端的离面变形场，在此基础上对比分析了黄铜材料宏观、细观离面变形的特征。宏观离面变形主要集中发生在裂纹尖端1mm^2范围内，最大离面变形发生在裂纹尖端。细观离面变形与滑移带、细观组织及细观结构密切相关。晶粒内部的变形导致滑移带出现，在滑移带上离面变形有突变。在相邻晶粒之间，离面变形连续与否取决了晶粒细观结构的差别。离面变形可以越过晶粒向前传递。实验还发现，在宏观剪切带上离面变形比较明显。     

裂纹尖端三维变形场的细观力学研究

裂纹尖端的变形在裂纹萌生和扩展过程中起着重要的作用。本文从理论上讨论了裂纹尖端面内变形场 ,对理论解和级数解作了比较 ,结果表明该级数解收敛很快 ,取到第 3项已接近理论解。通过试验测量了裂纹尖端的三维变形场 ,分别将面内变形场和离面变形场与理论面内变形场和有限元计算的离面变形场作了比较。表明裂纹尖端 3个方向的变形同时存在 ,在细观水平上均不能忽略     

Ti-15-3合金中短裂纹萌生与扩展的微观机理

利用扫描电镜(SEM)和背散射电子衍射(EBSD)技术研究了Ti-15-3合金中晶粒取向差对短裂纹萌生与扩展的影响.结果表明:在Ti-15-3合金中,98%相邻晶粒之间的取向差大于10°;相邻晶粒中,大的晶粒取向差有利于短裂纹的萌生,小的晶粒取向差有利于短裂纹的扩展;短裂纹的尖端方向与下一个晶粒的滑移带方向夹角大于35°时,裂纹穿过此晶粒时容易发生曲折,走"Z"字形路线;小于35°,裂纹沿着滑移带方向扩展;短裂纹尖端扩展到晶界时,如果裂纹尖端方向与晶界的方向之间的夹角小于35°,裂纹沿晶扩展;大于35°,裂纹穿晶扩展.     

裂纹尖端损伤区内细观变形的测量

用莫尔格子方法测量了韧性材料扩展裂纹尖端前方１ｍｍ２范围内细观变形场。由位移场计算了应变场分布。观察了裂纹尖端区域内孔洞的形成与扩展。宏观裂纹扩展与原始裂纹方向成±４５°方向前进。实验发现，在细观区域内裂纹尖端εｙｙ应变分布有奇异性，但是在静止裂纹阶段，不是ＨＲＲ奇异性，在扩展裂纹阶段也不是单ｌｏｇ奇异性。实验测量了距裂纹尖端 ０．１ｍｍ处的应变 εｙｏ，当裂纹扩展时该应变保持为常量，有希望可以代表材料韧性。     

细观断裂力学——微观机制与宏观力学的交汇

细观断裂力学在材料组元(晶粒、纤维)尺度上研究小裂纹与微观组织交互作用、小裂纹应力应变场及其微观组织敏感的扩展规律。本文侧重剖析了细观断裂力学所采用的宏观力学与微观机制相结合的方法及途径,介绍了有关微观变形测量技术,并强调了其对发展这一边缘学科的重要作用。     

基于离散单元法的一类岩土工程土体破损的细观力学行为研究

将颗粒离散元法应用到盾构隧道端头土体细观力学行为的模拟计算,探讨了砂土地层端头土体滑移破损的宏观现象和细观机理,分析了端头土体滑移破坏形态和位移场的演变,得到了端头土体颗粒内部的孔隙率、配位数及滑动接触数等细观特征.结果表明:端头土体的破损和颗粒位移场是渐进性发展的,起因于洞门土体颗粒的力链初始断裂,最终在土体内部形成明显的非连续位移梯度和剪切滑移面,并在洞门上方形成明显的地表沉降槽.剪切滑移区域内,颗粒细观特征变化明显,孔隙率因剪胀而增大,由初始的0.16左右增大到0.19~0.20;配位数由初始的4.1左右减小到3.0左右;力链因断裂而发生弯曲,方向由柱状逐渐变成环状;颗粒间滑动接触数由初始的0增大到0.20~0.28.说明,剪切滑移面右侧土体处于松动、滑移的非稳定状态,颗粒力链断裂、细小剪切裂纹连接、合并与贯通形成优势剪切滑移面.     

基于颗粒流的大理岩三轴循环加卸载细观损伤特性分析

利用颗粒流程序(PFC)并基于大理岩常规三轴压缩室内试验结果得到一组能够真实反映大理岩宏观力学特性的细观参数,在此基础上进行大理岩三轴循环加卸载试验模拟,研究岩样在循环加卸载作用下的细观损伤特性。研究结果表明:试样内部接触力和平行黏结力在损伤部位产生应力集中,当接触力增大到平行黏结力承载极限时,颗粒间黏结断裂,产生微裂纹;微裂纹数目随应变发展呈阶梯状增加,且在加载初期有良好的"记忆"行为,然后逐渐削弱;微裂纹在加载初期随机分布,然后有序聚集并扩展贯通,加载至峰值附近时形成剪切带;在应变软化阶段反复加载使剪切带扩展贯通形成宏观破裂面,残余强度阶段的裂隙主要由宏观破裂面间的摩擦、滑移产生。     

裂纹尖端塑性损伤场及近场损伤准则

本文应用损伤理论研究裂纹尖端区域,得到了裂纹尖端的损伤场。根据细观实验分析提出了一个近场损伤准则,建立了宏观力学参量与材料细观组织参量之间的关系,并用实验结果进行了验证。     

复合载荷作用下大晶粒铝裂纹尖端延性损伤行为的研究

应用电镜原位拉伸方法研究了复合载荷（Ⅰ＋Ⅱ型）作用下大晶粒铝裂纹尖端的塑性变形行为和延性损伤过程，用有限元结果对复合型损伤进行了力学分析。结果表明：在复合载荷作用下，裂纹尖端受相反塑性变形作用，裂尖变形符合锐化－钝化模型，异于纯Ｉ型载荷下的钝化模型，是多系滑移的结果。延性材料裂尖的损伤发生在钝化区域（裂尖的均匀滑移区）而非锐化区（裂尖的集中滑移区）。裂尖的启裂是沿应力三轴性水平最大方向进行，此方向     

基于数字图像处理的含分叉裂纹花岗岩破裂过程研究

为了从细观尺度研究含分叉裂纹花岗岩破裂过程,本文基于数字图像处理技术表征花岗岩真实细观结构,结合RFPA2D-DIP软件构建了含分叉裂纹花岗岩数值模型并进行单轴压缩试验,分析了含分叉裂纹花岗岩失稳破坏及裂纹演化规律。试验结果表明:含分叉裂纹花岗岩中,垂直于荷载施加方向的水平分叉裂纹滞后于其他分叉裂纹产生扩展裂纹;加载初始阶段分叉裂纹尖端应力集中,其初始裂纹在倾斜分叉裂纹尖端萌生,试件两端面与预制裂纹贯通导致试件破坏。     

岩石宏细观弹塑性损伤破坏对比研究

为了考虑岩石内细观局部塑性变形,基于应变空间理论导出岩石弹塑性损伤增量本构方程,提出了在计算程序中用破坏单元网格消去法清晰模拟裂纹扩展的方法,解决了有限元模拟裂纹的难题,分别从宏观尺度和细观尺度研究了岩石I型裂纹弹塑性损伤破坏问题。对比分析表明,宏观尺度研究I型裂纹扩展符合断裂力学理论分析;细观尺度研究岩石破坏过程能深入解释细观破坏机理,岩石宏观破坏直接与其内部的细观损伤破坏有关;三维数值模拟破坏过程比二维破坏更为复杂;大理岩偏三点弯曲梁弹塑性损伤破坏数值模拟得到的结果与试验结果较为吻合,验证了新建细观尺度模型模拟岩石破坏问题的合理性。     

基于模型试验的散装铁精矿流态化细观规律

利用室内振动台模型试验,对散装铁精矿流态化细观规律进行了研究.基于细观图像采集分析系统,研究了铁精矿在流态化演化过程中颗粒间及颗粒与水分间的相互作用,分析了颗粒长轴方向、平均接触数、平面孔隙率等演化规律,探讨了铁精矿流态化细观规律及其与宏观现象间的联系.结果表明:水分迁移在铁精矿流态化演化过程中至关重要,其宏观表现是水液面上升;细观组构是控制铁精矿宏观力学行为的重要参数,其所反映的规律与宏观现象一致.     

脆性固体破坏表面裂纹的自动识别和处理

用长距离显微镜和摄象系统获取的表面细观裂纹图像，由于光线等因素的影响，常模糊不清，且夹杂大量的伪劣纹。为了得到与宏观变形响应同步的表面裂纹的定量描 ，必须对图像进行技术处理，重置像素点的像素值，去除信 。     

基于平行黏结模型的类岩石材料宏细观参数影响

为了研究材料宏观力学特性与细观参数的关系并进行细观参数标定,将平行黏结模型作为颗粒的接触模型,对颗粒流程序中的细观参数进行正交试验设计,结合室内试验确定类岩石材料的细观参数。结果表明:类岩石材料宏观弹性模量主要由颗粒模量、平行黏结模量以及半径乘子影响;法向黏结强度与切向黏结强度共同影响抗压强度,且不同黏结强度比对裂纹的分布有影响;泊松比主要由颗粒刚度控制,且颗粒刚度越大,剪切裂纹占比越大。物理试验与数值模拟的峰值应力接近,应力-应变曲线基本吻合,裂纹扩展形态一致,表明细观参数结果可靠,为其他岩石材料颗粒流模拟提供借鉴。     

Anodic dissolution of a crack tip at AA2024-T351 in 3.5wt% NaCl solution

The anodic dissolution process of a crack tip at 2024-T351 aluminium alloy (AA2024-T351) was determined by means of scanning Kelvin probe (SKP). Wedge-open loading (WOL) specimens were immersed in a 3.5wt% NaCl solution. After various durations of immersion, the Volta potential distributions around the crack were measured by SKP and the surface morphologies were observed by scanning electron microscopy (SEM). It is found that there is a nonuniform distribution of Volta potential around the crack. Before immersion, the Volta potential at crack tip is more negative than that in other regions. However, after immersion, a converse result occurs with the most positive Volta potential measured at the crack tip. SEM observations demonstrate that the noticeable positive shift of Volta potential results from the formation of corrosion products which deposit around the crack tip. Energy-dispersive spectrometry (EDS) analysis shows that the corrosion products are mainly Al oxide and Cu-rich particles. These observations implicate that the applied stress contributes to the preferential anodic dissolution of the crack tip and the redistribution of Cu.     

岩石变形和破坏力学的基本问题

岩石具有非均匀和各向异性的特征，是非连续介质和复杂的流变体结构。岩石变形和理论可以分成两个基本方向：变形固体的经典力学和位错理论。这些方法用于研究岩石的变形与破坏，取得了较大的成为但均具有局限性。所以，目前不具有真正意义上的岩石力学。建议对岩石的变形过程和破坏必须至少在三个规模构造水平（宏观、细观和微观）上同时加以研究。指出了在研究岩石变形和破坏时平移和旋转是有机相互联系的。变形构造水平所有等级体系随后的演化，正好使破坏在不同规模上形成有次序的发展，直到形成宏观的破坏。这种方法能将变形固体物理学和力学中所得到的结果统一起来用于岩石力学问题的研究。     

Investigation of stress corrosion-enhanced plastic deformation using atomic force microscope

Atomic force microscope (AFM) was used to study in situ the change in slip bands during stress corrosion of brass in the ammonia solution prior to initiation of stress corrosion crack. The result showed that additive slip bands appeared ahead of a loaded notch tip during stress corrosion prior to initiation of stress corrosion crack after the constant deflection specimen was precrept for 48 h and then polished. The average height and spacing of slip bands generated during stress corrosion were about three times less or larger, respectively, than those during loading in air.     

不同刺入深度下桩端受力的模型试验及数值模拟

通过自行设计的可视化模型试验,采用高清相机、显微数码及图像分析等技术,对纯砂中桩端埋入持力层不同深度的桩端刺入试验进行宏、细观研究.对随桩端刺入深度不同而产生相应的桩端刺入的受力、砂土的位移场和应变场及其细观机理进行分析研究.通过开发三维非圆颗粒,重点对纯砂中桩端刺入的室内试验进行PFC软件三轴数值模拟,将土体细观参数变化与宏观力学响应相联系,揭示桩刺入过程中桩端砂土的宏、细观演化机理.指出端阻力的发挥在细观上主要表现为桩端附近颗粒接触力的变化:桩端下部颗粒的压密范围、桩脚附近土体孔隙率和接触数变化趋势是端阻随埋深而变化的主要因素;达到极限端阻后,承载力的略微增加在细观上主要表现为持力层中桩侧颗粒孔隙率减小、接触力增大.     

N型相贯节点考虑材料损伤累积效应的破坏机理

基于有限元软件ABAQUS平台,编制考虑材料损伤累积效应、Bauschinger效应、混合硬化、裂纹萌生等因素的材料子程序,建立N型相贯节点实体模型,对其在低周往复加载全过程中的破坏机理进行模拟分析。研究表明：主支管相贯部位材料屈服后,随着塑性变形的不断发展,材料内部空洞的增长合并达到一定门槛值时便萌生裂纹,随荷载及循环次数增加,裂纹的不断扩展与合并导致材料在很多晶粒周围形成滑移带并沿着相贯线向冠点处逐渐发展,最后产生沿主管轴向的横向裂缝,与试验结果基本一致。节点刚度在首次屈服至裂纹萌生的阶段退化较快,裂纹发展至破坏阶段退化缓慢。节点耗能主要源于主支管相贯线附近的支管根部及主管壁的滞回耗能。