表面浅裂纹损伤后碳纤维增强树脂复合材料层合板断裂强度研究

在实际服役环境下,碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)结构表面容易出现浅划痕损伤,如何评估损伤后CFRP结构的承载性能是关注的焦点。基于边界效应模型(BEM)研究了CFRP板出现表面浅裂纹后的断裂强度,提出了一种CFRP表面定量深度浅裂纹的预制方法,较准确地制备了包含表面浅裂纹的试件;完成了三点弯曲准静态成组试验,在金相显微镜下对裂尖损伤区的断裂特征进行观测,建立了裂纹尖端损伤区量化评价方法。研究结果表明:通过标定试验确定了试验机分别施加300,450,600 N的压力载荷后,CFRP层合板试件表面可形成平均深度约为0.10,0.14,0.18 mm的浅裂纹;完成了边裂纹试件的三点弯曲断裂试验,通过裂纹扩展观测和成组试验数据的拟合分析,确定了反映裂尖损伤区分布范围的参数β和断裂参数C的最优取值,分别为β=0.27,C=0.47,实现了CFRP表面微裂纹损伤后断裂强度的评价,并且拟合分析与直接拉伸试验的抗拉强度对比偏差为4.59%,验证了BEM模型的合理性;基于BEM模型,建立了CFRP层合板断裂强度预测的解析方程,以便于实际工程应用。

热镀锌钢板锌层表面浅裂纹扩展特性研究

为了研究锌层表面浅裂纹的扩展行为,在Q420热镀锌钢板锌层表面预制浅裂纹形成预裂试件,对预裂试件分别开展单轴拉伸和循环疲劳加载试验,采用扫描电子显微镜技术记录并分析浅裂纹的扩展特征;基于扩展有限元法对锌层表面浅裂纹扩展过程进行数值模拟,探讨浅裂纹尖端区域的应力强度因子,从断裂力学角度揭示锌层表面浅裂纹的扩展机理。结果表明:在静载、疲劳荷载作用下,当镀锌钢板未超过极限强度时,锌层表面浅裂纹均不会出现明显的扩展;在拉伸作用下,表面浅裂纹附近区域应力水平非常低,仅在裂纹尖端区域产生应力集中现象,且裂纹深处尖端的应力水平明显高于表面裂纹尖端;裂纹长度中心位置处的裂纹尖端应力强度因子最大,但均小于锌层的断裂韧性,说明锌层表面浅裂纹不会在长度或深度方向上发生扩展。

影响浅裂纹试件J-COD关系的两种因素

：利用理论和试验两种分析方法，研究了材料的主要机械性能──屈服强度和硬化指数对浅裂纹三点弯曲试样的Ｊ－ＣＯＤ关系的影响．研究结果表明：随着屈服强度的增加，反映Ｊ－ＣＯＤ关系的ＣＯＤ降低系数ｍ值降低；随着硬化指数的增加而ｍ值增加．

浅裂纹转子特性的动态圣维南原理解释

针对转子系统中常见的浅裂纹转子,利用动态圣维南原理对其无法通过信号处理方式进行故障诊断的特性进行了原理解释.根据动态圣维南原理的2个条件:外载荷动态合力为0以及外载荷产生的应力波对系统的远端作用为0,分别对裂纹转子呼吸函数以及转子应力波柱坐标弹性动力学解进行了分析与证明,并给出了浅裂纹转子在各种条件下其动态行为符合动态圣维南原理的准则.研究结果表明,实际工况下的浅裂纹转子大多满足动态圣维南原理的条件,难以通过信号处理的方式提取其裂纹故障特征,需要采用其他手段对浅裂纹进行定期检测或在线监测.

疲劳浅裂纹研究中的简易测试方法

疲劳裂纹根据其扩展规律是否符合线弹性断裂力学理论而区分为疲劳深裂纹和疲劳浅裂纹.疲劳浅裂纹由于不能应用线弹性力学方法来预测其扩展速率和估算其剩余寿命,因而其扩展特性引起了人们的重视,并从七十年代中期开始进行研究。疲劳浅裂纹的长度范围一般为微米级至1～2mm。在疲劳浅裂纹扩展特性的研究中,精确测量裂纹长度和扩展量、检测裂纹的闭合效应是两个十分关健的技术问题。一般需要配备精密复杂的专用仪器来测试。本文介绍一种在PLG-100型高频疲劳试验机上用三点弯曲试样研究疲劳浅裂纹扩展特性时所采用的简易测试方法。

疲劳浅裂纹扩展数据处理及计算方法的探讨

本文针对疲劳浅裂纹扩展的特点,在分析与比较疲劳浅裂纹扩展数据的几种处理方法和计算结果的基础上,提出了“分段最佳次数多项式拟合法”的数据处理和计算方法。编制了一套相应的高级BASIC语言微机程序,并介绍了这种方法的基本原理、程序结构及功能。

平面应变三点弯曲浅裂纹试样的η因子表达式

由于工程实际中裂纹多以浅裂纹的形式存在,且浅裂纹裂纹体与深裂纹裂纹体的力学特性存在显著差别,因此,国内外有关学者已日益重视浅裂纹裂纹体的力学性能等的研究。本文由实验标定结果,推导出了16Mn钢平面应变三点弯曲浅裂纹试样的η因子表达式,并将η因子分解成弹性部分η_e和塑性部分η_p。结果表明:ηe和ηp因子是裂纹长度比a/W的函数,且与材料性能参数有关。经过结果比较表明,本文的表达式与有限元计算结果相差不大。

浅裂纹三点弯曲试件弹塑性断裂参数J和δ的研究

研究了浅裂纹三点弯曲试件断裂参数Ｊ和δ的关系，并提出了浅裂纹δ值减小因子ｍ的计算式。此外，根据实验与三维有限元计算的结果，对浅裂纹的Ｊ、δ值及ｍ值进行了分析。

浅裂纹COD减小因子m值的分析与计算

本文提出了适用于工程中浅裂纹Ｊ积分和ＣＯＤ的关系式，根据实验和三维有限元计算的结果，对ＣＯＤ值减小因子ｍ值进行了分析，为浅裂纹断裂强度设计与断裂破坏分析提供一种思路．

浅裂纹试样塑性位移与载荷关系的实验标定

本文用实验验证了对于两种中强度，低韧性的材料18MnMoNb10MnMoNbVCu，Ernst分离函数原理P＝g（a／W）H（△P／W）仍适用，并由此用实验标定了两种材料的浅裂纹试样的g（a／W）表达式，在此基础上，得到了浅裂纹试样塑性位移与载荷的函数关系式。

关于汽车助力器材料浅裂纹应力强度因子实验的研究

在进行高强度钢浅裂纹应力强度因子的试验时,预制疲劳裂纹的质量比较重要,本文分析了影响疲劳裂纹质量的因素,并介绍了提高疲劳裂纹预制质量和试验精度的方法。

浅裂纹COD减小因子m值的分析与计算

提出了适用于工程中浅裂纹J积分和COD的关系式，根据实验和三维有限元计算的结果，对COD值减小因子m值和塑性应变能进行了分析，为浅裂纹断裂强度设计与断裂破坏分析提供一种思路。

浅裂纹滑移线场的分析与计算

本文通过简化的三点弯曲试件滑移线场的理论分析建立了塑性转动因子γ_P、静水应力σ_H、加载处ω角、裂尖处β角四个参数的函数关系式,并讨论了浅裂纹中ω、β对σ_H和γ_P的影响。最后应用三维弹塑性有限元计算了裂尖处的σ_0,β以及加载处ω角等与塑性区的关系。

脆性材料浅裂纹断裂韧度的有限元研究

脆性材料的浅裂纹问题是工程界普遍关注的问题,许多文献的试验表明:脆性材料浅裂纹的断裂韧度低于深裂纹时的断裂韧度,本文通过理论分析和有限元计算,对这一问题进行了讨论。

轮辋浅层裂纹伤损容限分析

将"含与表面切线平行的圆片裂纹的半无限体表面承受滚压(含滑动)赫兹接触"问题应用于轮辋浅层埋藏型裂纹的损伤容限研究,提出了一种基于解析解的轮辋浅层裂纹应力强度因子计算方法。为解决既有应力强度因子塑性修正方法不适用于裂纹扩展寿命估算的问题,以降低应力强度因子为修正目标,提出一种新的塑性修正公式。在实测国产动车组D1车轮轮辋断裂力学性能指标基础上,综合应变能密度因子理论和上述应力强度因子计算方法、塑性修正公式开展了轮辋浅层裂纹起裂临界尺寸及伤损容限研究,通过类比分析了踏面类型、辐板形状对动车组车轮轮辋浅层裂纹扩展条件及伤损容限的影响规律。仿真结果表明:轮辋浅表裂纹扩展时以Ⅱ型裂纹扩展为主,基本上属于剪切应力作用的滑开型裂纹;在动车组轴重范围内,直径不大于1mm的圆形面片裂纹对应的应力强度因子小于裂纹扩展门槛值,因此裂纹不会扩展,该研究成果可为探伤标准制定提供理论依据。

海油平台导管架裂纹的超声精细化检测技术

使用先进超声检测设备,选择动态包络逐帧分析端点最高波法,对海油平台导管架定期检修中磁粉检测检出的裂纹进行测量,并针对深度为2.0~3.2 mm的浅裂纹进行测深。结果表明,该技术可以比较全面精确地对裂纹延展深度做出评估;完整记录采集数据,且操作简便易实施,也可以用于更多条件下的埋深较浅缺陷的较高精度测深。

裂纹深度和形状对构件断裂韧度的影响

在弯曲疲劳试验机上对几组包含有不同 a/ w值的贯穿裂纹和不同 a、c值的半椭圆裂纹的构件进行弯曲疲劳实验。结果表明 ,对于 60 Si2 Mn A钢来说 ,无论是表面裂纹还是贯穿裂纹 ,在浅裂纹情况下 ,其断裂韧度值比深裂纹高出 2 5%左右。当 a/ w值大于 0 .1时 ,无论 a/ w如何变化 ,KIC值基本保持不变。裂纹形状对断裂韧度的影响也不明显。

牙钳表面裂纹分析

采用外观和金相检验等方法对牙钳表面裂纹进行了分析。结果表明,该批牙钳的坯料在非控温的油炉中加热时间过长且加热温度又过高,在坯料表面出现了严重过烧及在其内部出现了严重过热。当锻件退火后进行鳃孔扩口和柄部弧形弯曲时,过热和过烧的缺陷引起表面浅层裂纹和龟裂。

接触载荷下多层结构中央裂纹K_Ⅰ的数值研究

采用有限元方法研究了脆性涂层/粘结层/基体系统在接触载荷下所产生的浅层下表面横向中央裂纹系统的应力强度因子.这一裂纹系统起源于脆性涂层的下表面,在一定条件下横向扩展至顶部接触表面,导致结构的最终失效.首先设计了有限单元网格,并以Newman-Raju经验方程解为参考基准,验证了裂纹前缘网格设计的有效性;接着阐述了一些技术细节,并将所设计的裂纹前缘网格应用于一个典型的三明治结构模型,通过改变模型的几何与物性参数,进行了数值研究.研究发现,数值模拟的结果与实验观察到的现象是相符合的.