DCB试样应力强度因子的一个改进公式

利用能量释放率方法与计及剪切变形的工程梁理论导出了一个计及根部变形效应的ＤＣＢ试样应力强度因子的便于应用的改进型公式。

用双悬臂梁(DCB)试样测定J_R曲线的实验方法

本文首先建立了双悬臂梁(DCB)试样的 J 积分和加载点位移Δ的半解析解,然后提出了一种利用 CDB 试样测定材料.J_R 阻力曲线的单试样方法,并对40Cr 钢材进行了实际测试.结果表明,该方法不仅简单易行、结果可靠,而且获得的材料 J_R 曲线的Δα范围较宽.

DCB试样J积分和加载点位移Δ的幂强化半解析解

利用非线性弹簧裂纹端模型，求得了双悬臂梁（ＤＣＢ）试样的幂强化全塑性Ｊ积分和加载点张开位移Δ的半解析解。特别是，还根据Ｊ积分的形变功率定义和ＨＲＲ场理论，建立了一个关于ＤＣＢ试样Ｊ积分随裂纹长度变化的微分方程，其解从理论上说明了非线性弹簧裂纹端模型作为二级近似的合理性。文中还就刚性裂纹端模型的Ｊ积分解的应用范围作了讨论。

一种考虑纤维桥接影响的三线性内聚力模型

为了实现碳纤维层合板DCB试件Ⅰ型分层扩展仿真分析,学术界常采用内聚力模型建立分层扩展模型。但是目前各大商业软件上嵌入的双线性内聚力模型只能实现无纤维桥接或少量纤维桥接下的碳纤维DCB试件Ⅰ型分层扩展。现有研究发现,纤维桥接是碳纤维DCB试件分层扩展中不可忽视的现象。为此本文从双线性内聚力模型出发,开发了一种能够描述大范围纤维桥接的三线性内聚力模型。该模型基于两个双线性内聚力模型构建,两个双线性模型分别用于描述分层起始和纤维桥接。通过与实验结果和双线性内聚力模型数值仿真结果比较,验证了该模型的有效性和优越性。

包镍多壁碳纳米管增强SAC305焊料的Ⅰ型断裂机理研究

发展高可靠的互连封装新型焊料已经成为电子封装领域的前沿研究内容之一.本文制备了包镍碳纳米管增强SAC305焊料,并开展了不同含量增强SAC305焊料的双悬臂梁试样I型断裂测试,得到了不同添加含量SAC305的载荷-位移曲线.基于柔度的梁方法理论(CBBM)计算了增强焊料的I型断裂韧度.研究结果表明,其Ⅰ型断裂韧度随着包镍碳纳米管质量分数的增加,表现出先升高后降低的趋势.没有添加包镍碳纳米管的SAC305焊料的Ⅰ型断裂韧度约为0.53 N/mm,添加0.05wt%包镍碳纳米管的增强焊料的I型断裂韧度最高,约为1.14 N/mm,相较于没有添加包镍碳纳米管的SAC305焊料断裂韧度提高了1.15倍,表现出更好的抵抗裂纹扩展的特性.

7020铝合金应力腐蚀开裂特征

采用断裂力学双悬臂梁(DCB)试样,对高强度7020铝合金的应力腐蚀开裂(SCC)特征进行了研究。结果表明,7020铝合金在含Cl-的水溶液中对SCC敏感,板料的Z-X和Z-Y方向有SCC裂纹萌生,裂纹开始萌生的时间较长,扩展速度较慢;温度升高后,裂纹扩展速度明显加快。SCC裂纹的特征为水平扩展,表面有呈台阶式不连续扩展和群集现象,开裂面为沿晶扩展。

封装锡合金焊料Ⅰ型断裂特性的实验研究

采用铜-焊料-铜双悬臂梁焊接试件,利用联动夹具和非接触式引伸计,对锡铅焊料Sn63Pb37和无铅焊料Sn Ag Cu305进行了25℃温度下的I型断裂实验,得到了焊料I型断裂时的载荷-张开位移曲线,观察了焊料的起裂、裂纹扩展、断裂等实验现象,采用双材料弹性基柔度法,计算了焊料的I型能量释放率.实验结果表明,两种焊料的初始能量释放率基本相同,均为800~900 N/m,但无铅焊料有较长的亚临界裂纹扩展阶段,其开裂载荷约为最大载荷的80%左右;能量释放率饱和值比初始值高1. 4倍,表现出更好的抵抗裂纹扩展的特性.

普通钠钙玻璃SCC特性的测试与分析

本文探索出一种玻璃材料SCC特性的有效测试方法,并对普通钠钙玻璃在水,甲醇和甲酰胺三种介质申的SCC特性进行了测试与分析。结果表明,其da/dt-K_I曲线均无平台阶段,这是因为三种介质均是普通钠钙玻璃的活性促进剂。三种介质的SCC敏感性依次为水>甲醇>甲酰胺。进一步讨论认为,SCC敏感性与介质的未共享电子轨道的非对称性及给质子键的活性成正相关关系。

CMDB/EPDM包覆界面脱粘性能研究

为了研究固体火箭发动机改性双基(CMDB)推进剂与三元乙丙(EPDM)包覆层界面的脱粘性能,通过双悬臂梁(DCB)试件和粘接件单轴拉伸试件对界面性能进行试验研究,获取了界面的内聚能和内聚强度。同时,引入双线性内聚力模型对界面层单元进行描述,建立了界面裂纹开裂扩展计算模型。模型仿真曲线与试验曲线一致性较好,表明所建内聚力模型能够反映界面力学特性。对试验与仿真过程中的裂纹面开裂扩展过程进行了比较分析,发现二者变化趋势基本一致,误差范围在12.5%以内,验证了界面模型在描述裂纹面扩展方面的可靠性。

复合材料DCB试件裂纹扩展理论分析

在弹性地基梁模型基础上,通过挠度与相对位移关系引入了双线性cohesive本构关系,并通过界面损伤因子统一描述界面损伤状态,在裂纹尖端考虑了损伤黏聚区存在,分别获得了各段通解。采用连续性边界条件求解积分常数,并以裂纹长度以及黏聚区范围为变量求解获得了载荷-位移曲线,从而获得了双悬臂梁(DCB)试件裂纹扩展过程。通过与已有理论模型结果对比,验证了本文理论分析的正确性,而文中理论考虑了弹性段后非线性的存在,且可同时考察3个cohesive参数的影响。通过研究界面参数变化对载荷-位移曲线的影响,从而对准确模拟界面时cohesive参数的选取提供一定的依据,并分析了界面参数与黏聚区长度的关系。

纤维桥连对复合材料Ⅰ型层间断裂韧性的影响

采用ASTM D 5528标准对T700/9916复合材料单向板进行了试验,研究了双悬臂梁(DCB)试验中桥连纤维对Ⅰ型层间断裂韧性的影响。根据试验观察,提出桥连区存在单(s区域)、双纤维桥连区域(d区域)的分析模型,其中d区域内一点上桥连纤维的数量是s区域的两倍;通过对桥连纤维和悬臂梁相互作用的分析,推导出呈指数形式递减的单根纤维桥连力-转角函数。由此得到整个悬臂梁的桥连力函数,并对DCB试验进行了分析,得到的模拟曲线与试验曲线吻合较好。研究结果表明本文提出的纤维桥连模型能够真实地反映桥连纤维在裂纹扩展过程中的作用方式。

圆弧形单向纤维增强树脂复合材料的Ⅰ型层间断裂韧性测试及分析

层合板的Ⅰ型层间断裂韧性的测量方法通常为单向纤维增强树脂复合材料的末端切口(End notched flexure, ENF)试样的双悬臂梁(Double cantilever beam, DCB)试验。为了得到带有弧度的层合复合材料结构的Ⅰ型层间断裂韧性,对圆弧形末端切口(Arc-ENF)试样进行DCB试验。基于梁的弯曲理论和Irwin-Kies公式得到Arc-ENF试样的柔度公式与Ⅰ型临界能量释放率GIC公式,并且利用ABAQUS软件对DCB试验进行数值模拟。最终,通过对比分析理论公式计算结果、数值模拟结果和DCB试验结果来验证柔度公式和GIC公式的合理性和有效性,对带有任意弧度的DCB试样的Ⅰ型层间断裂韧性的测试与分析具有参考价值。

曲线形裂纹尖端对双悬臂梁试件断裂韧性的影响

为研究不均匀分布特性对I型断裂行为的影响,以玻璃纤维增强复材(GFRP)双悬臂梁(DCB)试件为研究对象,开展断裂韧性试验及相应的数值仿真分析。研究结果表明:DCB试件的裂纹长度偏差lv与能量释放率不均匀分布系数β均随裂纹长度的增加而发生改变;利用规范中三种经典梁模型确定传统DCB试件I型断裂韧性时,需计入lv与β的影响。