准脆性类材料的等效裂纹断裂模型

基于线弹性断裂力学和叠加原理提出处理准脆性材料裂纹尖端微裂区的等效裂纹断裂模型，得到该模型在混凝土材料断裂研究中的方法和程序．该模型将线弹性断裂力学与非线性断裂力学方法融为一体，能较为准确地研究准脆性材料的断裂问题；使用该模型，可以有效、方便地探讨研究混凝土材料的断裂规律，得到初始参数与其断裂特征的联系，为改善混凝土性能、设计优良混凝土材料提供理论依据．

金属材料脆性断裂机理的实验研究

材料的脆性断裂有许多准则和模型,但对脆断机理和变化规律缺乏合理的描述,给工程应用带来不便。本文对典型脆性材料球墨铸铁、灰铸铁分别进行了拉扭双轴断裂实验和常规拉伸、扭转破坏实验;对韧性金属材料合金钢进行了单轴拉伸颈缩破坏实验。通过上述实验分析了脆性材料和韧性材料发生脆性断裂的机理特征并选择应力三维度作为应力状态参数描述危险点的应力状态,同时考察了脆性材料和韧性材料发生脆性断裂的主导因素。结果表明:韧性材料45#钢和14CrNiMoV合金钢在颈缩断面心部应力三维度值较大时发生脆性拉断,而在颈缩断面边缘处应力三维度值较小时发生剪断;脆性材料球墨铸铁在应力三维度值为0.0～0.33之间变化时均发生脆性断裂;灰铸铁在应力三维度值大于0.0时发生脆性拉断,而在应力三维度值小于0.0时发生剪断。因此可以认为,材料的细观组织结构和危险点应力状态是影响断裂机理及变化规律的主要因素。对于同种材料,随着应力三维度代数值从小向大变化材料的断裂机制由塑性剪切断裂逐渐转变为脆性断裂。本文通过对几种材料的脆性断裂危险点和断裂方向的研究给出了脆断宏观破坏条件。

准脆性材料断裂过程区中的圆饼微裂纹损伤计算

准脆性工程材料及结构在外力作用下,不仅引起内部缺陷变化和微裂纹的出现及发展,且使得其结构承载能力降低或性能劣化.在其材料失效过程中常存在裂缝与断裂损伤过程区.为研究材料细观缺陷或微裂纹与宏观破坏的规律,通过细观力学方法,对于代表性体积单元RVE中的圆饼型微裂纹的尺寸与密度变化,探讨其宏观断裂过程区力学参量与损伤之间的量化关系.借助宏观断裂过程区的黏聚裂纹模型,将损伤单元RVE嵌入到宏观裂缝端部的断裂过程区中,对其进行联接细观损伤到宏观破坏的力学多尺度研究.文中也通过实验数据,对其理论计算结果进行了算例的讨论与分析.

基于边界效应模型的玻璃纤维复合材料准脆性断裂性能分析

为解决玻璃纤维复合材料的准脆性断裂问题,基于边界效应模型,引入玻璃纤维复合材料的单层预浸料厚度作为特征复合材料单元建立解析表达式,在三点弯曲条件下测得带有浅表面刮痕试样的峰值载荷,计算得到准脆性断裂参数:抗拉强度和断裂韧性。经正态分布分析后得到断裂参数均值:抗拉强度为169.48 MPa,断裂韧性为20.34 MPa·m^(1/2),在具有95%的可靠性范围内几乎覆盖了全部试验离散点。将试样参数拟合在一起,得到断裂载荷与等效面积的线性拟合曲线,结果表明:使用正态分布法和线性拟合法得到的抗拉强度吻合度较高,二者之间的误差仅为4.95%。

考虑尺寸效应影响的准脆性材料断裂特性

为研究尺寸效应对准脆性材料抗裂性能的影响,以石膏为研究对象,对直径分别为60、100、150、200 mm的半圆弯曲(semi-circular bend,SCB)试样和中心直裂纹半圆弯曲(notched semi-circular bend,NSCB)试样进行了三点弯曲加载,分析了尺寸效应影响下准脆性材料的断裂特性演化规律,包括荷载-位移曲线、抗拉强度(σ_(t))、断裂韧度(K_(ⅠC))、断裂能(G_(f))和断裂过程区长度(r_(c))。结果表明:2种试样的荷载-位移曲线形态基本一致,表现为典型的脆性破坏;预制裂纹的存在降低了试样承载能力,相同尺寸下SCB试样的峰值荷载约为NSCB试样的5.57~6.25倍;σ_(t)随试样直径的增大逐渐降低,而K_(ⅠC)呈现相反的规律,尺寸效应对σ_(t)的影响更显著;极限裂纹张开位移随试样尺寸的增大逐渐增大,G_(f)与试样直径具有良好的线性关系;大尺寸试样具有较大的r_(c)值,且r_(c)与韧带区长度的比值随试样尺寸的增大而增大。

准脆性材料黏聚阻裂的计算与实验

工程常用材料铸铁混凝土等,在裂缝前端区域有微观及宏观缺陷的变化及能量耗散,表现为准脆性损伤断裂特点。若把该阻止裂缝扩展与张开的损伤发展区简化成虚拟裂纹,将存在裂纹黏聚分布力与变形或张开位移;讨论了与此相关的黏聚裂纹力学模型及方程解答说明。相应于黏聚张开位移有微细观测图与实验测试数据,给出黏聚裂纹模型的解析计算方法,并将理论计算与实验测试数据进行了对比。以双K断裂准则和黏聚模型为基础,给出对含裂纹结构的承载力的预估计算。理论计算比较符合实验结果。

U形切槽梁准脆性材料力学双参数测试法

提出用变化U形切槽根部圆角半径的纯弯曲梁或三点弯曲梁同时测试准脆性材料断裂韧度和抗拉强度的方法。其测试原理为:首先对U形切槽二等分线上的弹性张开应力在断裂过程区长度上积分,再除以该长度,得到平均应力;然后用非局部应力法和平均应力得到含有断裂韧度和抗拉强度的破坏准则;将材料试验机测得的几组U形切槽梁的临界载荷代入平均应力破坏准则,得到有关这两个力学参数的超定方程组,再用恰当的数值方法求解。用此力学双参数测试方法必须知道U形切槽梁相应的应力集中系数,为此分别给出纯弯曲和三点弯曲U形切槽梁在宽范围内的应力集中系数,它们扩充和改进了现有应力集中系数手册中的有关数据。利用相关文献中的U形切槽梁实验数据验证了建议的测试方法是可行的。

钨骨架/Zr基非晶复合材料准静态断裂特征研究

研究了用渗流铸造法制备的钨骨架/Zr基非晶复合材料在1.4×10-2s-1应变率条件下的力学性能与变形断裂特征。试验发现钨骨架/Zr基非晶复合材料在准静态压缩条件下具有很高的压缩强度(3300～3500MPa)和良好的塑性变形能力(50%～60%)。利用SEM研究压缩后试样的微观组织形貌,发现钨骨架与非晶相的相互嵌套改变了非晶和钨骨架二者各自的变形机理与断裂模式。非晶相阻碍了钨骨架中裂纹的扩展,钨骨架抑制了非晶相中大面积流变的发生。复合材料的断裂表现为一种混合断裂模式,其中非晶相的断裂为局部软化后的撕裂。

准脆性材料泛形裂纹扩展的数值模拟

本文采用ABAQUS应用软件对准脆性材料泛形裂纹扩展进行了数值模拟研究,其中,材料性质的非均匀性由Weibull分布表征,裂纹扩展由基于扩展有限元的粘聚裂纹模型描述,首次得到非均匀准脆性材料中断裂面的泛形构形。利用计盒维数计算给出了断面构形的泛形复杂度,计算结果与实验结果吻合较好。进一步研究发现,材料断裂面复杂度与断裂能呈正相关关系。

陶瓷磨削材料去除机理的研究进展

磨削是目前工程陶瓷的主要加工方法 ,为了开发新的高效、低成本、低损伤加工陶瓷的方法 ,需要更深入地揭示其加工机理。介绍了陶瓷磨削的材料去除机理方面的研究进展 ,就其进行了一定的讨论 ,并得出相关的结论。

陶瓷磨削的材料去除机理

磨削是目前工程陶瓷的主要加工方法 ,为了开发新的高效、低成本、低损伤加工陶瓷的方法 ,需要更深入地揭示其加工机理。本文介绍了陶瓷磨削的材料去除机理方面的研究进展 ,就其进行了一定的讨论 。

基于定长裂缝试件的脆性材料尺寸效应实验方法

由于脆性或准脆性材料内各类微缺陷的影响，材料的力学性能，如名义破坏应力， 刚度以及断裂韧性等随试件的大小而改变，具有明显的尺寸效应。通常情况下，描述材料尺寸效应的Ｂａｚａｎｔ尺寸效应律是建立在一系列相似试件的基础上通过实验方法确定的。 本文提出了一种新的用含固定长度裂缝试件测定断裂韧性和有效断裂过程区大小的实验方法和计算公式。与相似试件测定方法相比，实验结果吻合很好。根据本文提出的定长裂缝试件实验方法，在保证与相似试件相同脆性指数范围的前提下，可以用小试件进行测量。

脆性材料破坏与莫尔理论存在的问题

材料受力时应力状态不同,则断裂过程物理机理会发生改变,脆性材料受拉时发生的拉断与受压时发生的剪断,是两种不同物理机理的断裂形式,而莫尔强度理论用一个断裂条件解决这两种断裂形式的强度问题,是否合理需要讨论.结合灰铸铁HT200材料在不同受力条件下的断裂破坏试验,对此问题进行了研究,结果表明,莫尔理论对复杂应力状态下材料断裂不能合理、准确地进行强度计算.

三维连通网状SiC陶瓷/Zr基非晶复合材料室温单轴压缩断裂行为

在室温下,利用WDW-E100D万能试验机和SEM研究了三维连通网状结构SiC陶瓷/Zr基非晶复合材料的准静态单轴压缩变形和断裂行为.结果表明,复合材料的轴向压缩断裂强度达到了1 270 MPa,在压缩条件下复合材料的断裂发生在弹性变形阶段,断裂前观察不到塑性变形;试样发生纵向劈裂和剪切断裂;三维连通网状结构SiC陶瓷是主要的承载单元,断口形貌为层片状、台阶式的解理断裂;非晶合金发生粘性流动,在变形过程中形成纹脉状断口形貌,出现典型的热软化效应.

脆性材料的强度与蠕变理论探讨

脆性材料的可靠性低,易发生突发性失效,因此很难预测其持久强度和使用寿命。目前用于预测寿命的实验法(Empirical observations)和模型法(Theoretical models)均存在很大缺陷。本研究对模型法进行了改进和创新,建立了一个新的多参数耦合高温蠕变模型,能够显著降低高温蠕变的实验量、时间和费用,改进了低温缓慢裂纹扩展计算公式。可以用于快速测定脆性材料的断裂机理图,预测不同温度、应力下的持久强度和使用寿命。

基于断裂理论的竹纤维复合材料拉伸强度的尺寸效应研究

以重组竹为代表的竹纤维复合材料是具准脆性断裂特征的生物基纤维复合材料,强度值存在尺寸效应问题,影响其构件的设计理论。为研究重组竹的强度尤其是纵向拉伸强度的尺寸效应现象,进行了三点弯曲试验与直接拉伸试验测试材料的尺寸效应行为,并应用基于断裂理论的拉伸强度模型分析材料缺陷尺寸及尺寸效应的计算方法。试验结果表明,重组竹的拉伸强度存在明显的尺寸效应现象,而基于断裂理论的拉伸强度模型可计算不受尺寸效应限制的理论塑性拉伸强度,且该塑性拉伸强度考虑了材料表面的缺陷影响。因此,尺寸效应对重组竹纵向拉伸强度的影响可采用理论塑性拉伸强度与表面缺陷尺寸确定。

圆化离散单元法的改进及其在岩体断裂过程中的应用

为精确模拟岩体断裂的演化过程,将有限单元法与圆化多面体离散元法相结合,提出一种用于模拟断裂全过程的三维可变形圆化多面体离散单元法。为模拟块体的真实破坏状态,该方法将每个岩体颗粒都离散成有限单元,沿有限单元的边界嵌入无厚度节理单元,最后采用判断节理单元状态的方式来捕捉断裂过程产生的裂缝,岩体颗粒与断裂表面之间的接触相互作用通过圆化多面体离散元法求解。通过5个算例说明新方法的准确性和有效性,可用于模拟准脆性材料的断裂全过程,且能够捕捉裂缝萌生和扩展以及块体之间的碰撞和变形。

稀土永磁材料的力学性能

回顾了稀土永磁材料力学特性的研究概况 ,阐明改善稀土永磁材料力学性能的重要性和迫切性。本文着重介绍了烧结稀土永磁材料的基本力学特性及其断裂机理 ,并对稀土永磁材料塑韧性差的原因进行了探讨 ,指出今后需要努力的方向。

用U形切槽梁同时测定准脆性材料的拉伸强度和断裂韧度:理论分析

对于三点弯曲U形切槽梁二等分线上的张开应力,如果用Creager和Paris的经典近似公式计算,则其适用范围很小;而用我们修正的公式计算,其适用范围几乎函盖U形切槽二等分线上整个拉伸区。由张开应力在U形切槽二等分线断裂过程区长度上积分,然后除以该长度得到平均张开应力;当其达到临界值时就得到包含拉伸强度和断裂韧度两个材料参数的平均应力破坏准则;利用这一准则提出用三点弯曲U形切槽梁同时测定这两个材料参数的新方法。因此,只要在实验时,制作一系列切槽深度相等而根部曲率半径不同的待测准脆性材料的U形切槽梁,用三点弯曲加载并分别测得其临界荷载,在已知应力集中系数的情况下,应用平均应力破坏准则就得到一超定方程组,再用恰当的数值方法便可解出拉伸强度和断裂韧度两个未知数。

用U形切槽梁同时测定准脆性材料的拉伸强度和断裂韧度：实验分析

在U形切槽梁双参数测试法理论推导基础上,试验了21个大理岩U形切槽梁试样,用双参数法确定其拉伸强度和断裂韧度.为了保证测试结果的有效性,在断裂后的半截U形切槽梁上钻取了8个巴西圆盘试样和7个人字形切槽巴西圆盘试样,分别单独测试其拉伸强度和断裂韧度.不同方法测试结果比较表明:由U形切槽梁双参数测试法得到的拉伸强度和断裂韧度分别与用巴西圆盘试样测得的拉伸强度和用人字形切槽巴西圆盘试样测得的断裂韧度接近.用Gómez有关文献中PMMA材料的U形切槽梁实验数据进行分析,再次证实了U形切槽梁双参数测试法的有效性.