Very High Cycle Fatigue Behaviors and Surface Crack Growth Mechanism of Hydrogen-Embrittled AISI 304 Stainless Steels

The influence of hydrogen embrittlement on the fatigue behaviors of AISI 304 stainless steel is investigated. The fatigue endurance limits of the untreated and hydrogen-embrittled materials were almost the same at 400 MPa, and hydrogen embrittlement had little influence even though the sample contained about 8.1 times more hydrogen. Thus, the sensitivity of hydrogen gas in this material is very low. A surface crack initiation, growth, coalescence, and micro ridge model is proposed in this study. Slip line formation?⇒microcrack formation?⇒increases in the crack width, and blunting of the crack tip as it grows?⇒formation of many slip lines because of deformation in the shear direction?⇒growth of the crack in the shear direction, forming micro ridges, coalescence with adjacent cracks ⇒?continuous initiation, growth, coalescence, and ridge formation of surface cracks and specimen breakage.

基于非均匀性的平台巴西圆盘失效过程及损伤行为

为了探讨冲击荷载作用下裂缝对混凝土失效行为的影响,开展动态冲击荷载下混凝土预制裂缝平台巴西圆盘失效过程及损伤行为的研究.基于分离式霍普金森压杆试验,建立考虑混凝土细观非均匀性的数值模型,根据混凝土预制裂缝分布特征,分析混凝土预制裂缝角度和应变率对次生裂纹扩展规律和损伤演化程度的影响.结果表明,混凝土试件动态抗拉强度与应变率呈显著正相关,而与预制裂缝角度呈负相关.通过对混凝土单元的非均匀赋值,实现了冲击荷载下圆盘试件裂纹的萌生、扩展和贯穿的真实过程,当混凝土预制裂缝倾角大于60°时,主裂纹的扩展方向与预制裂缝近似垂直,次生裂纹数量则随预制裂缝倾角的增大逐渐增多.此外,基于破坏单元个数定量表征试件的损伤程度,发现当预制裂缝倾角为45°时,圆盘试件的损伤程度最低.研究成果可为混凝土材料的动态安全设计提供理论依据.

冰致自激振动测量与机理解释

在海洋平台上观测到了冰致结构的稳态振动,以及冰力和平台响应间的频率锁定现象.通过对实测数据和冰与结构相互作用的破碎机理分析,证明冰致稳态振动属于自激振动.给出了产生冰致自激振动的条件,提出了冰致自激振动的物理机制,指出冰致自激振动发生在冰加载速率的韧脆转变区,整个过程中冰内裂纹的形成与扩展受到了结构运动速度的控制.冰内部的微裂纹行为是解释与描述冰致自激振动的关键要素.

脆性薄膜表面微裂纹对基体次表面后继塑性的影响

采用有限单元法分析了具有微裂纹的表面脆性薄膜对高速工具钢基体的屈服和后继塑性行为的影响，特别研究了基体材料的塑性硬化指数以及裂纹深度对最大塑性应变和塑性区尺寸的影响，同时考察了屈服载荷以及塑性区尺寸随裂纹深度的影响。

微型桩整治隧底填充结构裂损病害的原理及效果分析

某隧道进口段仰拱填充结构在施工期出现大量未贯通的"V"字形裂缝。根据隧底填充结构裂损特征,结构现场工程地质条件、水文地质条件、地形地貌及隧道地下水排导系统设计与施工情况,得出作用在仰拱填充结构上的水压力是导致其开裂的主要原因。提出了通过发挥微型桩受拉特征整治水压力作用下隧底填充结构裂损病害的措施。通过数值分析、现场测试和观察得出了微型桩加固能有效减少或抑制仰拱隆起,防止隧道仰拱填充结构的"V"字形裂缝产生和发展。论证了利用微型桩整治水压力作用下隧底填充结构裂损病害的有效性,为类似隧道病害整治提供了参考依据。

循环加载强化作用对花岗岩细观破坏影响的离散元研究

基于室内单轴压缩试验结果,采用离散元方法建立等效晶质模型(GBM).根据室内循环加卸载试验结果改进GBM模型晶内、晶间接触模型,建立能够准确表征循环加载强化作用的GBM强化模型,借此GBM强化模型揭示循环加载强化作用对花岗岩单轴压缩过程细观破坏的影响机制.结果表明,在峰前应力阶段,自锁效应造成的应力分布不同,导致晶内/晶间接触出现以张拉为主的裂纹,石英、长石依次成为承载主体;在峰后应力阶段,前期强化作用所积蓄的剪切能量得到释放,导致长石出现密集的晶内裂纹,是试块失稳的主要标志;长石周边矿物差异性失效引起长石矿物破坏路径改变,造成试块峰值应力随强化系数增大呈现波动性增长.构建的GBM强化模型为研究循环加载强化作用对脆性岩石不同加载路径细观破坏机制提供新方法.

混凝土单轴压缩损伤的模型试验研究

开展含微裂纹缺陷材料(混凝土)破坏行为的研究,是当今力学界研究的重要课题之一。通过试验分析微裂纹扩展与损伤演变的关系,可得到损伤的扩展及弹性模量的降低并不仅仅取决于最初的微裂纹密度大小等结论,从而为理论研究提供了必要的试验依据。

熔滴冲击方向对焊缝质量的影响

为探究熔滴冲击方向对焊缝飞溅、焊缝轮廓、显微组织及显微硬度等的影响,采用脉冲型熔化极气体保护焊工艺,通过倾斜焊枪在6061铝合金薄板上开展了堆焊实验.结果表明:当焊枪倾斜时,焊接飞溅产生在与焊枪倾斜的同侧,且飞溅量显著增加;熔滴冲击能够细化焊缝下部的晶粒.以熔滴向右冲击进入熔池为例,焊缝上部因受非对称熔池驱动力的作用,最高点与焊缝下部中心线偏离量达焊缝最大宽度的20.1%,焊缝右侧热影响区及显微硬度分布区间均显著大于左侧;气孔和裂纹分别大量分布在焊缝的左、右两侧,这与焊枪倾斜时熔滴驱动液态金属在熔池内的流动形式相关,熔滴冲击决定的流体流动抑制了左侧气孔的逃逸,同时促进了右侧裂纹的出现.

基于PFC3D-GBM的晶体–单元体尺寸比对花岗岩动态拉伸特性影响分析

为从矿物颗粒尺度上探究花岗岩的动态拉伸力学行为,提出一种新型的基于颗粒流方法(particle flow code,PFC)的三维等效晶质模型(grain-basedmodel,GBM),并利用FDM-DEM耦合建模技术构建三维分离式霍普金森压杆(splitHopkinsonpressurebar,SHPB)模拟系统。利用该系统对模拟岩样进行动态半圆弯拉(semi-circular bending,SCB)试验,探究试样破裂过程,并讨论晶体-单元体尺寸比对花岗岩动态拉伸力学行为的影响。研究结果表明:动载作用下的试样内部裂纹数目演化过程可分为萌生、缓慢增长、急速增长、趋于稳定4个阶段,且拉伸破坏是引起试样整体破裂的主要力学机制。随着晶体-单元体尺寸比的增加,试样晶内接触数量占总接触数量的比值逐渐上升并趋于稳定,而晶间接触占比则相应减小。试样破坏后产生的晶内裂纹数量占总裂纹数量的比值逐渐增大,导致试样发生宏观断裂时所需的外部荷载值上升,因此其动态抗拉强度上升且逐渐趋于稳定。PFC3D-GBM在研究晶质性岩石动力学方面具有可行性,是从矿物颗粒尺度上进行岩石力学探究的有力工具。