考虑支点摩擦和试样长宽比影响的压实黏土SENB试样的I型断裂参数研究

利用有限元软件ABAQUS对不同长宽比条件下单边切槽梁(SENB)试样I型应力强度因子进行了数值模拟,探讨了支点摩擦作用对试样无量纲应力强度因子Y_(Ⅰ)及无量纲T应力T^(*)的影响规律。结果表明,试件长宽比增大会导致Y_(Ⅰ)和T^(*)的值逐渐增大,摩擦系数增大会导致Y_(Ⅰ)减小;长宽比较小的试样经支点摩擦作用后,T^(*)会减小并使断裂轨迹更加稳定。通过压实黏土I型断裂试验,对比了考虑和不考虑支点摩擦效应的试验结果,验证了数值模拟的准确性。

PZT陶瓷本构行为与断裂性能的相关性研究

铁电陶瓷的力学性能直接决定了其加工性能和铁电器件的可靠性。目前,无论是实验还是理论报道的压电陶瓷材料的断裂韧性都与30年前的报道接近,限制了压电器件在高可靠性要求的情况下的应用。本研究试图揭示可用于优化铁电陶瓷断裂性能的参数。利用单轴压缩方法、裂纹尖端张开位移(Crack-tip opening displacement,COD)技术和单边V型缺口梁(Single-side V-notch beam,SEVNB)技术分别测定三种典型PZT陶瓷的应力-应变曲线、本征断裂韧性和长裂纹断裂韧性。结果表明,本征断裂韧性与材料的杨氏模量正相关,说明提高铁电体的杨氏模量是提高其本征韧性的有效途径。长裂纹断裂韧性与本征韧性和非本征铁弹性畴变/相变增韧有关,说明优化铁电陶瓷的铁弹翻转行为可以改善其非本征效应。软掺杂PZT相较于硬掺杂PZT具有较低的矫顽应力和较高的残余应变,呈现较强的铁弹性翻转和较高的屏蔽韧性;在不同PZT材料中观察到的断裂模式也被认为与材料不同的铁弹性翻转行为有关,软PZT陶瓷呈现沿晶断裂,铁弹性翻转较弱的硬PZT呈现穿晶断裂。综上所述,优化铁电材料的杨氏模量和铁弹翻转行为有望提升其断裂韧性。

MoSi_2复合材料断裂韧性的测量及评价

对压痕法和单边切口梁法所测MoSi2 基复合材料的断裂韧性作了研究和分析 ,提出了压痕法测量MoSi2 基复合材料断裂韧性的计算修正式。结果表明 :单边切口梁法的测量结果随试样切口宽度的增加而增大 ,压痕法测量的结果随计算式和试验载荷的不同而异。

激光预制裂纹槽的断裂分析

进行了单边激光加工裂纹槽试样轴向拉伸试验。试样取自用高碳微合金非调质钢(C70S6)锻造的连杆。分析了激光预制裂纹槽对材料断裂的影响,并与线切割和拉削加工裂纹槽拉伸断裂试样进行了断口分析和断裂载荷的对比。结果表明:采用激光预制裂纹槽试样的断口具有最小的裂尖塑性变形区域,与有相同裂纹槽深度的线切割和拉削加工裂纹槽试样相比,其拉伸断裂载荷分别小20%和30%左右。在试验结果基础上确定了激光加工裂纹槽的等效临界应力强度因子为25.51 MPa.m1/2。本文结果可用于激光预制裂纹槽的连杆裂解载荷参数计算。

基于SENT试样获取材料断裂韧度的载荷分离法研究

单边裂纹拉伸(Single edged notched tension,SENT)试样因其低约束特性逐渐被用于管道材料的断裂韧度评定。根据有限元法,提出SENT试样的应力强度因子表达式,J积分计算中的增量塑性功算式以及塑性因子算式,并与文献中公式进行对比证实公式的精确性和有效性。依据ASTM用于CT试样获取断裂韧度载荷分离理论规则化方法提出适用于SENT试样的量纲一载荷分离法,并通过有限元计算证实SENT试样载荷分离的成立性。由量纲一载荷分离理论中的规则化方法完成了汽轮机低压转子材料30Cr2Ni4MoV、电站用P92管道钢以及5083-H112铝合金SENT试样断裂韧度值以及J阻力曲线测定,获得了各材料合理的J阻力曲线及条件断裂韧度JQ值。

单边切口梁法测试针刺C/C复合材料断裂韧性

采用不同切口深度和跨距的单边切口梁(SENB)法研究了针刺C/C复合材料断裂韧性,利用ABAQUS软件模拟计算材料预置裂纹尖端形成的应力大小,并观察了断口形貌。实验与模拟结果表明,SENB法测试针刺C/C复合材料断裂韧性,选取切口深度1.00 mm、跨距16 mm时,试验稳定性较好,该条件下材料断裂韧性为5.363 MPa·m1/2,离散系数仅为4.2%;受力时,裂纹源于试样预置裂纹的附近区域的孔隙、裂纹等缺陷;纤维的脱粘、桥接、断裂作用增加了扩展路径,吸收了断裂能。

MoSi_2复合材料断裂韧性的测量及评价

对压痕法和单边切口梁法测量MoSi_2基复合材料的断裂韧性进行了研究和分析,提出了压痕法测量MoSi_2基复合材料断裂韧性的计算修正式K_(1C)=0.0336(l/a)^(1/2)(EΦ/H)^(2/5) Ha^(1/2)/Φ.结果表明;单边切口梁法的测量结果随试样切口宽度的增加而增大,压痕法测量的结果随计算式和试验载荷的不同而不同.使用上述修正式将缩小压痕法与SENB法的测量偏差.

两种不同模式下的沥青混合料断裂过程研究

为了深入研究沥青混合料在Ⅰ型和Ⅰ-Ⅱ复合型模式下的断裂特性与机理，采用了扩展有限元方法对单边切口梁的断裂过程进行了数值模拟和分析．通过与试验数据的对比发现，扩展有限元方法可以有效地计算不同模式下裂缝扩展的路径以及断裂过程中的力学响应．进一步分析表明：小梁的断裂过程可以分为4个阶段；当加载点的荷载达到峰值时，小梁已经处于损伤累积阶段，荷载开始下降后，裂缝才逐渐形成；断裂过程可以理解为损伤带内拉应力下降、未损伤带内拉应力上升或者上升后再下降的过程，且损伤带长度不断增加；Ⅰ-Ⅱ复合型断裂的临界偏移系数为0．45～0．51，与试验结果基本一致；当偏移系数为0．45时，跨中局部区域在加载过程中出现了“卸载”现象，导致损伤不再增加，抑制了次裂纹的产生．

基于拘束的X80钢裂纹扩展阻力曲线构建

对于管道中的裂纹,由于其裂纹尖端拘束水平低,使用单边缺口弯曲试样、紧凑拉伸试样所测得的裂纹扩展阻力曲线对管道进行断裂评估,得到的结果趋于保守.文中采用裂纹深度不同的单边缺口拉伸试样,探讨了裂纹深度对裂纹扩展阻力曲线的影响.采用有限元分析,计算了裂纹深度不同的单边缺口试样的裂纹尖端拘束水平.最后,基于裂纹尖端的拘束水平,所构建的裂纹扩展阻力曲线能更加准确地表征管道中裂纹的扩展阻力曲线.

基于单边缺口拉伸试样的环缝接头阻力曲线确定方法对比

近些年单边缺口拉伸(SENT)试样被用于管道基于应变的设计与评估,并且相关机构发展了一些断裂韧性的测试标准,包括DNVGL-RP-F108,CANMET,BMT,USP以及英国国家标准BS 8571等.但相关测试标准之间在测试原理、测试方法以及断裂韧性计算方法上还存在较大差异,有必要对它们之间的区别进行进一步的研究.文中以API X80管线钢环缝接头为研究对象,对夹持式单边缺口拉伸(SENT)试样的裂纹尖端张开位移(δ)和J积分阻力曲线不同确定方法进行了对比.结果表明,通过拟合计算J-R曲线、δ-R曲线以及初始断裂韧性值J_(0.2)和δ_(0.2),给出了SENT试样断裂韧性阻力曲线计算的推荐公式.

低约束试件断裂韧性测试方法研究进展

低约束试件断裂韧性测试对油气管道安全运营具有重要意义。本文回顾了低约束试件断裂韧性测试方法及发展过程,介绍了裂纹尖端张开位移(crack tip opening displacement,CTOD)和J积分等常用断裂韧性表征参数,并对断裂韧性测试中应力强度因子、J积分塑性因子、J积分与CTOD转换因子、裂纹尺寸测量方法、数字图像相关方法等关键问题进行对比分析,总结需要深入研究的问题,为低约束试件断裂韧性测试发展提供一定依据。

A533B-1钢韧脆转变区断裂韧度预测的约束评估法

分析A533B-1压力容器钢韧脆转变温度区的断裂韧度、温度以及裂纹尖端约束效应之间的关系。根据实验数据,给出从浅裂纹到深裂纹,不同裂纹长度时单边裂纹弯曲试件(single edge notched bend specimens)的主曲线(master curve)。用有限元分析相应试件裂纹尖端区域的应力场,采用J—A2双参数方法对裂纹尖端的三轴约束水平进行评估,并给出约束参数A2与主曲线参考温度T0之间的关系。由此,建立A533B-1钢断裂韧度KJC与温度T和约束参数A2之间的关系。为利用实验室数据对工程中不同裂纹构件的断裂评估提供一种经济、可行的方法。

Al_2O_3——TiC复合陶瓷断裂韧性K_(1c)测试方法的对比研究

以单边切口梁三点弯曲法、直接压痕法和桥式预裂纹三点弯曲法对Al_2O_3——TiC复合陶瓷刀具材料进行了断裂韧性K_(1c)值的测试,结果表明,对这种微米级颗粒尺寸的陶瓷材料,切口梁法的结果与桥式预裂纹法接近,基本反映了真实K_(1c)值,切口的钝化作用不明显;压痕法的结果比其它两方法偏低。本文从显微结构和断裂特性上对产生差异的原因和三种方法的适用性作了分析和评价。

结构陶瓷断裂韧性的测试技术及其研究进展

本文简要介绍了近年我国结构陶瓷材料常采用的几种断裂韧性测试技术的基本原理、优缺点及研究现状。

新的断裂韧性强度测试方法——桥式压痕法研究

采用一种新的桥式压痕法对两种陶瓷材料的断裂韧性强度进行了测试,并予以评价,实验结果表明,桥式压痕法(日本式裂纹)不仅适用于硬金属材料的断裂韧性强度测量,同时也适用于氮化硅等脆性材料,与其它测量方法相比,桥式压痕法所测取的K_(10)值是可信的。

混凝土Ⅱ型断裂破坏试验及其断裂韧度的确定

为了解混凝土Ⅱ型断裂破坏过程中应力应变变化规律并确定混凝土剪切断裂韧度,制备了4组32件单边切口半边对称加载试件,利用特殊的加载方式在5 000kN压力机上对试件做了混凝土Ⅱ型断裂破坏试验,并描述了各个试件破坏时的变化情况。试验结果表明,混凝土Ⅱ型断裂破坏外加荷载—时间关系曲线、外加荷载—应变关系曲线、荷载—裂缝尖端滑移位移曲线、应变—时间关系曲线各有特点,所得单边切口半边对称加载试件能够实现混凝土的剪切断裂,且断裂韧度与初始缝长大小无关。

利用生物废油改性沥青及其低温路用性能研究

为提高沥青的低温性能且降低改性沥青的成本,采用经济环保的生物废油改性沥青技术。同时采用弯曲梁流变(BBR)试验和单边缺口梁(SENB)试验试验评估了油对沥青低温性能的影响。结果表明,当添加生物基和精炼废油后,沥青劲度降低,m值提高,沥青的断裂能增加,表明生物基和精炼废油提高了沥青的低温性能。此外,沥青混合料的约束试件温度应力试验(TSRST)结果表明,与基质沥青混合料相比,油改性沥青混合料的冻断温度更低,这进一步验证了所选用的油可以提高沥青低温性能。

镍基高温合金DZ125的单边缺口蠕变行为

为了研究非对称结构特征导致复杂应力状态下的蠕变持久问题,本文通过DZ125合金单边缺口平板试件的蠕变试验,揭示了非对称结构特征作用下持久性能的弱化效应;通过分析缺口试件的裂纹起裂机理,发现缺口根部区域蠕变裂纹萌生是缺口根部应力集中和枝晶间组织缺陷共同作用的结果;基于耦合KR蠕变损伤的黏塑性本构理论,分析了蠕变松弛后缺口根部截面截然不同的应力分布特征;结合观测到的试件裂纹萌生和断口形貌规律,证实了单边缺口带来的附加弯矩加剧了缺口根部附近区域塑性变形的累积过程,缺口平分面上的压应力区域与断口瞬断特征能较好地关联。

C/C层合板单边切口梁实验DEM模拟及实验研究

采用离散元法(Discrete element method,DEM)建立C/C复合板材离散元模型,并对其进行校准。利用DEM的独特优势,能够再现C/C层合板单边切口梁实验中微裂纹生成及扩展现象。DEM模拟与实验结果吻合,验证了此C/C离散元模型的有效性,形象地再现了C/C损伤过程,同时表明了用DEM研究更为复杂的复合材料的优势。

虚拟裂纹闭合法计算陶瓷材料断裂韧性的有效性研究

基于有限元Abaqus软件,采用虚拟裂纹闭合法的基本原理对ISO15732-2003所提SEPB法测试陶瓷材料断裂韧性进行有限元数值计算.以Si3N4、ZrO_2、Al_2O_3、ZTA、SiC五种陶瓷材料SEPB法标准实验为例,分别将虚拟裂纹闭合法计算所得断裂韧性值与标准实验测试值进行对比.结果表明:Si3N4、ZrO_2、Al_2O_3、ZTA、SiC五种陶瓷材料断裂韧性的数值计算值与实验测试值较为一致,其偏差仅分别为1.77%、1.76%、1.82%、1.55%和1.82%.进一步验证了虚拟裂纹闭合法计算断裂韧性值的有效性,同时为该方法的工程应用提供一定的理论基础.