不同水压力下混凝土水力劈裂扩展阻力分析

基于水力裂缝扩展准则,建立混凝土三点弯曲梁水力劈裂断裂过程反演分析模型,进而获得混凝土水力裂缝扩展阻力计算方法。利用混凝土三点弯曲梁水力劈裂测试方法,开展了15组初始水压力为0~0.5 MPa的混凝土水力劈裂试验,反演分析了各组试验的水力劈裂扩展过程,进而计算得不同水压力下裂缝的扩展阻力。研究结果表明:提出的计算模型可以准确反演水力裂缝的扩展过程,计算得混凝土梁P-CMOD曲线与实测曲线的误差小于10%;不同水压力下混凝土水力裂缝的扩展阻力变化规律基本相近,当水压力由0 MPa增加至0.3 MPa,裂缝扩展阻力降低明显,当水压力由0.3 MPa增加至0.5 MPa,裂缝扩展阻力的变化较小。这表明环境水压力会降低混凝土水力劈裂的抗裂性能,但是在低水压力条件下该效应的影响有限。

全层TiAl合金裂纹扩展阻力的研究

本文通过对直缺口两个层团厚度拉伸试样的扫描电镜原位拉伸实验、相应的断裂表面观察以及有限元计算研究了全层铸状TiAl基合金组织的裂纹扩展机理。研究表明:为了扩展主裂纹,外加载荷需要增加。外加载荷的增加一方面归功于试样表面观察到的主裂纹并没有穿透整个试样厚度,另一方面因为应力场由缺口控制,只有随着外加载荷的增加,扩展的裂纹尖端才保持一定的应力。当两个层团的位向使裂纹从沿层扩展过渡到穿层扩展时,裂纹扩展阻力才提高。

Na,K杂质及微量Ce对8090合金裂纹扩展阻力的影响

研究了含0.05%Ce及不同Na,K杂质含量的8090合金薄板裂纹扩展阻力,探讨了合金断裂韧性及裂纹起始扩展阻力随(Na+K)含量变化的规律和微量Ce的作用,结果指出:随(Na+K)含量增加,合金裂纹扩展阻力下降;若(Na+K)含量处于一定范围内时,合金中加入0.05%Ce会改善其断裂韧性及裂纹起始扩展抗力;当(Na+K)含量过高,Ce的这种有益作用便被掩盖,Na,K对合金韧性造成危害的原因之一是可以促使T_1等相沿晶界或亚晶界析出,并促使再结晶晶粒异常长大。

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.

高温后混凝土断裂全过程的裂缝扩展阻力曲线

采用楔入劈拉法试验,设置20～600℃共10组温度,试件尺寸统一采用230mm×200mm×200mm,初始缝高比为0.4.根据试验得到的荷载-开口位移曲线(P-CMOD)求得应力强度因子曲线(K曲线).基于虚拟裂缝黏聚应力,对高温后混凝土断裂全过程的裂缝扩展阻力曲线进行求解.将混凝土断裂全过程划分为4个部分,裂缝黏聚应力呈Petersson双线性软化曲线分布.计算表明,在某一特定温度下,裂缝扩展阻力曲线随裂缝扩展长度的增加而增长;阻力曲线随温度的上升呈下降趋势.对应力强度因子曲线与裂缝扩展阻力曲线进行裂缝扩展的稳定性分析.结果表明,当裂缝扩展阻力曲线位于应力强度因子曲线上方时,裂缝稳定发展;反之,裂缝将失稳发展.该判据可以等同于双K断裂准则,起裂韧度、失稳韧度是裂缝扩展阻力曲线上的2个关键点.

混凝土裂缝扩展阻力曲线

近年来徐世和H .W .Reinhardt提出的基于粘聚力的裂缝扩展阻力曲线 (KR 阻力曲线 ) ,揭示了准脆性材料裂缝扩展过程中粘聚力与裂缝扩展阻力之间的关系 ,反映断裂过程区软化特性的混凝土软化本构关系与KR 阻力曲线的解析解密切相关 为了获得较为精确的KR 阻力曲线 ,首先应确定合理的软化本构关系 结合混凝土三点弯曲切口梁试验 ,就软化本构关系、试件尺寸、材料强度对KR

FeMoSiB纳米晶薄带的裂纹扩展阻力和结构的关系

通过对不同晶粒尺寸的ＦｅＭｏＳｉＢ纳米晶的断裂韧性的测量和断裂行为的分析，研究了纳米晶结构和裂纹扩展阻力之间的关系．ＦｅＭｏＳｉＢ纳米晶的断裂模式是沿晶断裂，造成了很小的裂纹扩展阻力．裂纹扩展阻力随晶粒尺寸增加而增加，其中的韧化机制是裂纹扩展过程中晶粒团的桥接和拔出摩擦作用．根据纳米晶的结构特点认为裂纹扩展阻力将会达到一个极大值，然后由于内应力的作用而下降．而裂纹扩展阻力随晶粒尺寸的变化与塑性变形基本没有关系．

裂纹起始扩展阻力J_i与基本力学性能的关系

韧性裂纹开始扩展的J积分值对于韧性断裂的工程构件是一个重要的材料性能指标。统计了三个钢种两种焊缝 2 0 0多个J积分值。发现当裂纹生长量Δa <0 .6mm时 ,Δa与J积分值存在线性关系 ,可以用J =J0 +K(Δa)表示 ,式中K =di dΔa(Δa =a0 +da) ,a0 是J—Δa曲线与钝化线的交点。当da =0时的J值以Ji 表示 ,它表示了韧性裂纹开始扩展时的J积分值。实验证明 ,只有Ji 与静拉伸发生颈缩时的颈缩比功有良好的线性相关性 ,从而由Ji 换算得KⅠC也应与颈缩比功线性相关 (相关系数 >99% ) ,而与静力韧度无关。而韧性裂纹开始扩展以后 ,各个扩展量下的JR 值与静力韧度、颈缩比功无任何相关性。从J积分的条件、裂纹尖端的特征、断裂的微观机理对试验结果进行了分析。从工程应用角度出发 ,说明Ji 与屈服强度与强度极限之比 (称屈强比 )无关 ,低屈强比不是保证缺陷 (或微裂纹 )抵抗其扩展的有效方法 ,有效的方法是提高强度的同时 ,不降低均匀塑性变形能力Ψb,这可以通过提高冶金质量如细化晶粒来实现。

早龄期复合胶凝材料的裂纹扩展阻力分析

研究了不同组成的复合胶凝材料硬化浆体(硅酸盐水泥,硅酸盐水泥+粉煤灰,硅酸盐水泥+矿渣,硅酸盐水泥+硅灰,硅酸盐水泥+硅灰+粉煤灰)早龄期时裂纹扩展阻力的发展,探讨了粉煤灰掺量对裂纹扩展阻力的影响。结果表明:早龄期时,在相同水胶比条件下,掺加硅灰使胶凝材料体系裂纹扩展阻力明显降低,在低水胶比条件下,掺加一定量的粉煤灰能够明显增加体系的裂纹扩展阻力,掺加20%的粉煤灰能使胶凝材料具有较高的裂纹扩展阻力。

ZrO_2(3Y)/Fe_3Al复合材料的裂纹扩展阻力曲线与增韧机制

通过压痕小裂纹法测量了ZrO2(3Y)/Fe3Al复合材料的R曲线,并利用显微Raman光谱和XRD测试了ZrO2(3Y)/Fe3Al复合材料的相变高度(h)和可相变体积分数((?)f),定量探讨了ZrO2(3Y)/Fe3Al复合材料中相变增韧和桥联增韧2种机制对增韧的贡献。结果表明:Fe3Al的加入使相变高度h和可相变体积分数(?)f明显提高,当Fe3Al含量为30％(体积分数,下同)时,h由单相ZrO2(3Y)的12μm提高至21μm;(?)f由单相ZrO2(3Y)的19％提高至30％,h和(?)f的增大使相变增韧效应增高。Fe3Al的桥联效应及相变增韧效应使ZrO2(3Y)/Fe3Al复合材料具有较单相ZrO2(3Y)更明显的R阻力行为。

结构钢材基于CTOD的裂纹扩展阻力曲线的低温试验研究

裂纹尖端张开位移(CTOD)是材料断裂分析的重要判据指标。在钢材韧性较好的时候,随着裂纹的扩展,构件的承载力也会有所提高,说明随着裂纹扩展,裂纹尖端的断裂韧度有所升高。裂尖断裂韧度与裂纹扩展量的关系曲线称为裂纹扩展阻力曲线。裂纹扩展阻力曲线反映了构件断裂过程与构件的断裂模式、承载力的有关系。本文根据结构钢材低温断裂试验的结果,分析了常用结构钢材的低温条件下基于CTOD指标的裂纹扩展阻力曲线,试验结果可为钢结构断裂设计提供依据。

铈对含铁、硅杂质的2090合金裂纹扩展阻力的影响

前言 为改善Al-Li合金塑、韧性差的致命弱点,采取的主要方法之一是使用高纯度原材料如99.99％以上的纯铝、纯锂制备合金,致使合金成本提高,不利于大批量生产。这是一种不得已而采用的消极办法。 已有研究表明,在Al-Li合金中添加稀土元素,可以具有有益的合金化作用,能在一定程度上减轻合金中杂质元素的危害。这样的结果令人鼓舞,为降低制备合金过程中对原材料纯度及熔铸控制条件的苛刻要求提供了一种值得注意的途径,有必要对稀土元素在一般纯度的铝锂合金中的作用规律、尤其是对有关断裂特性的影响,做深入研究。 本文通过在含一定量Fe、Si杂质2090合金中添加不同量Ce的方法,研究了稀土元素对合金薄板裂纹扩展阻力及平面应力断裂韧性的作用,分析了Ce对合金组织中沉淀相形态的影响。 一。

Ⅰ型断裂尺寸效应及裂纹扩展阻力曲线的有限元分析

针对三点弯曲法在测定混凝土等材料断裂能时存在不同程度的尺寸效应现象,基于有限元软件ABAQUS,建立5种不同尺寸、几何相似的混凝土梁,采用线性内聚力模型模拟裂纹尖端微小内聚力区域的力学特性,分析单边带预制裂缝的三点弯曲梁的Ⅰ型断裂开裂过程,针对其尺寸效应和裂纹扩展阻力曲线开展研究。结果表明,随着试件尺寸的增大,试件断裂过程区的相对长度和名义强度减小,应力强度因子和峰值荷载及对应挠度值增大;小尺寸结构破坏模式的延性特性较显著,而大尺寸结构表现出更加显著的脆性特性;尺寸效应定律的线性形式能较好地反映名义强度和试件尺寸之间的关系;通过材料的裂纹扩展阻力曲线获得裂纹失稳扩展临界点所对应的宏观断裂能,其值与输入的数值模拟参数基本一致,采用裂纹扩展阻力曲线获取材料断裂能是可行的。

不同养护时间下蒸养混凝土裂缝扩展阻力研究

采用三点弯曲梁试验,基于虚拟裂缝模型和试验测得的P-CMOD曲线,计算得到了不同蒸养时间下混凝土试件的裂缝扩展阻力曲线和应力强度因子曲线,分析了养护时间对蒸养混凝土早期裂缝扩展阻力的影响。结果表明:随着养护时间的增加,KR阻力曲线与材料的力学性能均呈先升高后降低的趋势;试件的稳定性分析与双K断裂准则在原理上是相同的,起裂韧度和失稳断裂韧度是KR(Δa)阻力曲线上的两个关键点;断裂过程区(FPZ)长度对K;阻力曲线有重要影响,养护时间从4~16 h,FPZ长度从49 mm降至45 mm,养护时间超过16 h后,FPZ长度变化不大。

冲击作用下核用Q390D钢的裂纹扩展阻力曲线研究

为确定典型的压力容器钢材Q390D的裂纹扩展阻力曲线,对含预制裂纹的核用Q390D钢试样进行夏比冲击试验,得到了试样的载荷–位移曲线和冲击吸收功曲线。通过柔度变化率法计算试样的起裂时间,并分别采用准静态法、经验的Schindler法和归一化方法分析得到Q390D钢在冲击载荷下的动态裂纹扩展阻力曲线(J-R曲线)。归一化方法在计算过程中考虑到裂纹扩展的修正,其J-R曲线的预测精度与实际误差较小,但计算过程较为繁琐,效率较低。对比分析表明,与归一化方法相比,准静态法由于未考虑动态效应,J-R曲线的精度较低;Schindler法的相对误差较小,得到的J-R曲线偏于保守,且便于求解,适用于工程应用。

球墨铸铁显微组织对裂纹扩展阻力的影响

在裂纹第一阶段区域的附近进行了裂纹扩展试验，试验在三种不同基体组织的球墨铸铁上进行，基体组织分别为铁素体、牛眼状铁素体和珠光体，抗拉强度分别为380，500和700MPa。铁素体基体球墨铸铁的裂纹扩展速度da／dN随着应力场强度因子△K的下降而连续下降；另一方面，牛眼状铁素体和珠光体基体的球墨铸铁在裂纹扩展速度da／dN-△K图上呈现出不连续下降。将试验结果与根据断裂力学计算出局部裂纹尖端的△K计算结果进行了比较。在从da／dN-△K图上在不连续下降的下段△K的计算结果与假定裂纹尖端拉一压区域有一颗石墨球用断裂力学计算出的结果相当吻合。但是，如果假定在周期性的应力集中区域含有多个始末颗粒，铁素体基体球墨铸铁的计算值小于△Km。可以相信球墨铸铁的疲劳断裂机理受到石墨颗粒间距，裂纹尖端塑性区域和石墨颗粒周围的应力集中的显著影响。

基于裂纹扩展阻力曲线的钢结构构件断裂行为评估模型

为准确预测钢结构构件的断裂破坏,提出了基于裂纹扩展阻力曲线的评估方法。基于前期开展的低温下结构钢材的裂纹尖端张开位移(CTOD)试验结果,采用试验数据回归和理论分析方法,对裂纹扩展阻力曲线的参数进行标定,并分析裂纹扩展阻力曲线形式与含裂纹钢构件断裂模式的关系。结果表明:当构件初始裂纹长度大于临界值且钢材裂纹扩展阻力曲线呈上凸形时,构件发生韧性断裂;当构件初始裂纹长度小于临界值且阻力曲线呈上凸形时,或当阻力曲线呈水平直线时,构件发生脆性断裂。本文理论模型计算的最大载荷点裂纹扩展量与试验实测值吻合较好,验证了理论分析的准确性,可应用于钢结构构件的防断设计。

准静态和动态加载对裂纹扩展阻力曲线的影响及其关系的研究

对典型压力容器用钢Q345R预制裂纹夏比冲击试样进行示波冲击试验,得到了Q345R钢的载荷-位移曲线,并根据试验数据,利用J积分增量方程和Schindler方法分别计算得到Q345R钢在冲击加载下的动态裂纹扩展阻力曲线(J-R曲线)。然后将动态J-R曲线和准静态加载条件下试验得到的J-R曲线进行对比发现,动态加载条件下的J-R曲线高于准静态加载时得到的结果。最后,建立了动态和准静态加载下J-R曲线之间的关系式,对工程应用具有重要的参考意义。

氮化硼纳米管增强氮化硅复合材料的裂纹扩展阻力行为

用氮化硼纳米管(BNNT)增强氮化硅(Si3N4)陶瓷制备了BNNT/Si3N4复合材料,利用三点弯曲强度及单边切口梁(SENB)法测定了BNNT/Si3N4复合材料的弯曲强度和断裂韧性。通过SEM观察了BNNT/Si3N4复合材料微观形貌。基于BNNT增强Si3N4陶瓷复合材料的裂纹扩展阻力计算公式,构建了BNNT对Si3N4陶瓷裂纹屏蔽区的裂纹扩展阻力的数学模型。用该模型的计算结果与Si3N4陶瓷的裂纹扩展阻力进行了对比。结果表明:BNNT/Si3N4复合材料的弯曲强度和断裂韧性明显高于Si3N4陶瓷,说明BNNT对Si3N4陶瓷的裂纹扩展有阻力作用,摩擦拔出是Si3N4陶瓷抗裂纹扩展能力提高的主要原因;BNNT对Si3N4陶瓷有明显的升值阻力曲线行为。通过有限元模拟裂纹尖端应力分布,发现BNNT使Si3N4陶瓷裂纹尖端的最大应力转移到纳米管上,而且BNNT降低了Si3N4陶瓷裂纹尖端的应力,对Si3N4陶瓷尖端的裂纹有屏蔽作用,从而提高了Si3N4陶瓷的裂纹扩展阻力。

硅橡胶复合膜渗透蒸发串联阻力扩展模型研究

介绍了国内外硅橡胶复合膜渗透蒸发脱除微量有机物的传质研究现状;提出了硅橡胶复合膜渗透蒸发串联传质阻力扩展模型;分析了渗透蒸发过程各部分传质阻力的影响因素,包括液相边界层、膜的致密皮层、膜的多孔支撑层;得到了便于工程设计的计算方法。结果表明,该模型对进一步的应用研究以及渗透蒸发过程的优化具有指导意义。