Al_2O_3/TiC复合陶瓷高温弯曲强度与弯曲切口强度研究

研究了Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＣ复合陶瓷的高温弯曲断裂强度和弯曲切口强度。实验结果表明，该材料在６００℃以下，弯曲强度基本没有变化，８００℃时弯曲强度开始下降。６００℃弯曲切口强度与室温切口强度变化规律相同，可以由室温弯曲切口强度关系式预测。８００℃时切口敏感性降低，弯曲切口强度与室温下切口强度的变化规律不同。另外，对弯曲强度试样结果进行统计处理，分析表明该陶瓷材料的室温和高温弯曲强度和弯曲切口强度均符合Ｗｅｉｂｕｌ分布；相同温度的弯曲强度与切口强度的Ｗｅｉｂｕｌ模数基本相同；高温弯曲切口强度分散性均小于室温弯曲切口强度分散性。

陶瓷切口强度的概率分布(Ⅰ)基本表达式

本文对Al2O3陶瓷的强度实验结果进行了进一步分析，分析结果表明：陶瓷的弯曲切口强度和弯曲断裂强度的实验结果同时服从正态分布、对数正态分布和两参数Weibull分布．进而根据脆性材料切口强度表达式和概率论一般原理，求得了切口强度和弯曲强度统计特征参量间的相互关系表达式，并进行了验证．

材料的切口强度与切口敏感性

较全面地总结了高塑性材料、低塑性材料和脆性材料拉伸切口强度的最新研究结果 ,给出了各类材料切口强度的估算公式 ;公式考虑了材料的拉伸性能、应力集中和切口根部的应力状态 ,以及加载条件等。定义了切口敏感度因子 Kb N,用以定量地表示材料的切口敏感性 ,给出了 Kb N 的计算公式。切口强度和切口敏感度因子的估算公式均用实验作出检验。论述了切口敏感度因子和切口强度的估算公式在结构的强度设计时选用材料。

航空有机玻璃切口强度及切口敏感性估算

由有机玻璃切口根部及钝化裂尖的应力应变特性 ,给出了得到实验结果验证的切口强度完整表达式 ,表明有机玻璃σN —Kt 曲线由三段组成 ,上、下水平段分别由材料强度和断裂韧度控制 ,中部曲线段可由切口强度表达式利用光滑试样拉伸性能进行估算。引入切口敏感度因子KN 对定向与非定向有机玻璃的切口敏感性进行了定量评定 ,并通过引入尖切口不敏感因子Kρ。

中碳钢摩擦焊接头的切口强度及切口敏感性

盘 +轴等异型部件的摩擦焊接结构和带飞边直接使用的摩擦焊接构件 ,其外形均具有几何不连续性 ,可视为广义的“切口” ,因此 ,对于组织和性能不均匀的摩擦焊接接头的切口强度及切口敏感性的研究对于摩擦焊接结构设计和安全使用具有重要意义。本文研究了中碳钢摩擦焊缝处的切口强度 ,结果表明 45钢摩擦焊接头焊缝处切口件的断裂具有脆性断裂特征 ,焊缝处的切口强度服从对数正态分布 ,其对数均值对应的切口强度在所研究的应力集中系数范围内几乎不随应力集中系数Kt 的增大而变化 ,且均大于母材的抗拉强度 ,即 45钢摩擦焊接头的焊合区对切口不敏感。最后估算了 45钢摩擦焊接头的切口敏感度系数KbN,只要接头的应力集中系数Kt<KbN,则接头对切口不敏感 ,这对于摩擦焊接头的设计和广泛应用具有重要的意义。

Al_2O_3陶瓷高温弯曲切口强度的研究

试验研究了温度对Al2 O3 陶瓷弯曲切口强度的影响 ,结果表明 :在 2 0～ 80 0℃之间 ,材料的弯曲强度和弯曲切口强度不仅没有降低 ,甚至略有升高 ,它们的分散性随着温度的升高而降低 ,但在 95 0℃条件下 ,其弯曲强度和弯曲切口强度均显著降低 .分析认为 :该陶瓷材料在低于 80 0℃时 ,采用室温弯曲强度进行高温强度设计是安全可靠的 ,同时在高温条件下 ,弯曲切口强度也可以利用室温弯曲强度进行预测 .研究结果为先进结构陶瓷材料的高温强度设计提供了强度预测的新方法 .

TiC/Al_2O_3复合陶瓷材料弯曲切口强度及其概率分布的预测

从理论上分析了陶瓷材料的切口强度与断裂强度的关系及其概率分布间的关系。由此可以利用光滑试件的断裂强度及其概率分布预测切口强度及其概率分布。实验结果证明 :Ti C/Al2 O3复合陶瓷材料弯曲切口强度与弯曲断裂强度同时符合正态分布、对数正态分布和 Weibull分布。由光滑试件弯曲断裂强度及其概率分布预测的弯曲切口强度及其概率分布 ,包括正态分布、对数正态分布和 Weibull分布与该材料试验结果相符。该结果为陶瓷构件的安全可靠性评估提供科学依据。

灰铸铁的切口强度与切口敏感性

总结了国产灰铸铁的抗拉强度与抗拉切口强度、抗弯强度与抗弯切口强度的试验研究结果。结果表明,不论在拉伸或弯曲载荷下,灰铸铁的切口强度约等于其抗拉强度或抗弯强度,与试件应力集中系数Kt无关。这表明灰铸铁的切口强度比,即切口强度对断裂强度之比(NSR)等于1.0,亦即灰铸铁对切口不敏感。结合灰铸铁的显微组织,简要分析了对切口不敏感的原因。

估算金属切口强度的一种混合模型

以 Neuber准则及 Moski- Glinka的等效能量密度法为基础 ,假设在没有亚临界裂纹扩展的条件下 ,切口强度等于切口根部裂纹起裂时的名义应力 ,得到了一种估算韧性金属平面应力条件下切口强度的混合模型。该模型较真实地反映了材料的硬化指数对金属断裂过程的影响 ,因而与其它模型相比 ,其结果最好。

对估算金属切口强度的能量法与Neuber法的比较

估算金属切口的强度时，人们一般采用以Neuber准则为理论基础的Neuber法，或以Moski及Glinka的等效能量密度法为理论基础的能量法．本文以弹塑性幂硬化材料为研究对象，将两种方法得到的结果与实验结果进行了比较，发现Neuber法总是低估切口强度，而大多数情况下，能量法却高估切口强度，并且总的来说，能量法的精度高于Neuber法的精度；能量法的可靠性高于Neuber法的可靠性．

三向碳碳材料在小偏轴角拉伸下的切口强度预报

在小偏轴角拉伸下,带切口的三向碳碳材料平面试件首先沿切口平面作自相似扩展。扩展到断裂的纤维束数与宽度方向的纤维束总数之比达到某一数值时,试件沿纤维束(或在另一些单层中垂直纤维束)方向剪断。断裂是灾难性的,所以这种切口强度预报与简单拉伸时的切口强度预报是相当的;区别仅在于在小偏轴角拉伸时,纤维束除受拉伸应力外,还作用有不可忽视的剪应力。本文对纤维束作了拉剪联合作用的强度测量,以得到其强度的概率分布的参数。据此预报了三向碳碳材料在小偏轴角拉伸时的切口强度,以及整个试件剪断时的断裂的纤维束数与纤维束总数之比值,理论预报与实验结果吻合良好。

2124铝合金切口强度及其定量评估

研究了不同时效热处理状态下2124铝合金的拉伸性能和不同应力集中系数下的的切口强度。结果表明:随着应力集中系数的增加,切口强度先增加后降低,直至趋于断裂强度;2124铝合金属于切口不敏感材料,切口强度高于抗拉强度;切口强度与抗拉强度相比数据离散性大。针对2124铝合金切口件的断裂准则,在Zheng切口强度估算模型的基础上,获得了使用拉伸性能估算切口强度的新模型。

陶瓷材料的抗扭切口强度与表达式

根据受扭矩圆柱体中的应力分析和Griffith脆断强度理论,提出了脆性材料的抗扭切口强度表达式。根据此式和Al2O3陶瓷管抗扭强度的正态分布参数,可以求得带存活率的抗扭切口强度表达式,并进行了验证。还提出了处理来自不同试验室的Al2O3陶瓷管抗扭强度和抗扭切口强度试验数据的思路和方法。结果表明:此试验数据处理的思路和方法是可行的。

陶瓷切口强度的概率分布(Ⅱ)预测

根据前文的研究结果[1]，本文给出了陶瓷的弯曲强度实验结果预测切口强度概率分布的程序．结果表明，陶瓷切口强度服从正态分布、对数正态分布和Weibull分布，并且对这三种分布均可进行预测．陶瓷切口强度上述三种概率分布的预测结果与实验数据符合得很好．可以预测陶瓷切口强度的概率分布对陶瓷构件的设计和可靠性评估具有实际意义．

Ce元素作用下的2090合金切口强度及应力集中敏感性

研究了不同Ce含量的2090合金薄板切口试样的拉伸强度，对切口强度及应力集中敏感性进行了定量分析。添加微量Ce对2090合金切口强度影响不明显。根据光滑试件的拉伸性能，可以对不同Ce含量的2090合金薄板切口强度和应力集中敏务性进行估测。Ce微合金化可在一定程度上提高切口敏感性因子，并因此可降低应力集中敏感程度，但仍不能从根本上解决2090合金应力集中敏感性高的问题。

预报三向碳碳材料在大偏轴角拉伸时的切口强度模型

三向碳碳材料在大偏轴角拉伸时,用纤维束的剪切强度来确定其切口强度,不会招致太大误差。先测定纤维束的剪切强度和基体碳的剪切强度,然后把3D C/C看成为正交异性均匀材料作平面力分析求得离切口较远处的位移场,以此为边界条件,求切口尖端附近的三维应力场。用 Zweben 的统计准则求出三向碳碳材料在大偏轴角拉伸下的切口强度,并用实验验证。

加载速率对Al_2O_3陶瓷弯曲切口强度及其概率分布的影响

测定了 Al2 O3陶瓷在不同恒位移加载速率作用下的弯曲强度和弯曲切口强度。结果表明 ,不同切口的实际应力速率可由试验记录的载荷 -时间曲线确定。在实验的四种加载速率下(0 .0 5,0 .5,5和 50 mm/min) ,其弯曲强度、弯曲切口强度均同时符合正态分布、对数正态分布和Weibull分布。加载速率在 0 .0 5～ 5mm/min,其弯曲强度、弯曲切口强度符合本文给出的陶瓷材料切口强度的表达式。从而实现了用光滑试件的断裂强度及其概率分布预测切口强度及其概率分布 。

预报三向碳碳材料在简单拉伸时的切口强度的模型

首先,一面加载,一面用偏光显微镜观察切口附近的先天缺欠的发展情况。为了跟踪切口尖端,设计了加载装置和可调台架。在观察基础上建立起一个非常简单的计算模型。为了用微结构力学来预报其切口强度,设计一个专用夹具来测量纤维束的强度。含切口的三向碳碳材料的强度实际上是切口附近应力集中发生的那一段纤维束的纵向强度所决定的。修正 Hedgepeth 的无限大板的应力集中系数。用 Zweben的统计强度准则作强度预报,与实验结果作比较。

试件几何形状与尺寸对脆性灰口铸铁扭转切口强度的影响

对脆性灰口铸铁轴肩试样和环形切口圆柱试样的扭转断裂特点、扭转切口强度及其概率分布进行了实验研究。结果表明，脆性灰口铸铁轴肩试样、环形切口圆柱试样的扭转切口强度和光滑试样的扭转强度均同时符合正态分布、对数正态分布和Ｗｅｉｂｕｌ分布。但试件几何形状与尺寸对脆性灰口铸铁的扭转断裂方式及扭转切口强度的统计特征参数有明显的影响。对其原因进行了简要讨论，同时指出光滑试样扭转强度的实验结果可作为强度设计及切口件可靠性分析的依据。

双基推进剂的切口强度及切口敏感性

为了获取双基推进剂的切口强度及切口敏感性,在环境温度为（20±1）℃,应变率为10-4 s-1条件下,进行了双基推进剂板条状双边U型切口试件及标准试件的单轴拉伸试验.结果表明：在一定的范围内,双基推进剂的切口强度随着切口试件的应力集中系数的变化而变化.当应力集中系数小于切口敏感因子（1.99~2.22）时,板条状双边U形切口试件的切口强度受应力集中系数影响不大,近似等于材料的抗拉强度,材料对切口不敏感.用标准试件单轴拉伸的试验结果对双基推进剂的切口强度及切口敏感因子进行预测,预测结果与试验结果较吻合,验证了这种预测方法的有效性.