THE ANALYSES OF THE THREE-DIMENSIONAL STRESS STRUCTURE NEAR THE CRACK TIP OF MODE I CT SPECIMENS IN ELASTICPLASTIC STATE(Ⅰ)--THE ANALYSES OF CONSTRAINT PARAMETERS AND FRACTURE PARAMETERS

In the present paper,three dimensional analyses of some general constraint parameters and fracture parameters near the crack tip of Mode I CT specimens in two different thicknesses are carried out by employing ADINA program.The results reveal that the constraints along the thickness direction are obviously separated into two parts:the keeping similar high constraint field(Z_(1))and rapid reducing constraints one(Z_(2)).The two fields are experimentally confiremed to correspond to the smooth region and the shear lip on the fracture face respectively.So the three dimensional stress structure of Mode I specimens can be derived through discussing the two fields respectively.The distribution of the Crack Tip Opening Displacement(CTOD)along the thickness direction and the three dimensional distribution of the void growth ratio(V_(g))near the crack tip are also obtained.The two fracture parameters are in similar trends along the thickness direction,and both of them can reflect the effect of thickness and that of the loading level to a certain degree.

小尺寸CT试样断裂行为的GTN细观损伤模型研究

基于国产A508-Ⅲ钢的单轴拉伸测试,构建了Ramberg-Osgood力学本构模型和GTN(Gurson-Tvergaard-Needleman)细观损伤模型,并对模型参数进行了标定,开展了不同温度下小尺寸CT(1/6CT)试样的断裂韧性测试,采用规则化方法计算得到裂纹扩展阻力曲线(J-R曲线),分析了测试温度对材料断裂性能的影响。结果表明,随着温度从-100℃度降低至-130℃,断口韧窝区的宽度由43μm缩减至10μm,平均韧窝尺寸从0.3μm缩小至0.05μm,材料的塑性变形能力随着温度的降低而脆化。基于构建的力学本构模型和GTN细观损伤模型,采用有限元法分析了1/6CT试样从裂纹萌生、扩展至失效断裂的过程。结果表明,J-R曲线随着温度的下降而降低,断裂韧性(J_(IC)值)和裂纹扩展量(Δa)的降幅分别为43%和3%,相对误差不超过5%。这表明,基于GTN细观损伤模型的数值方法是研究小尺寸CT试样断裂行为的一种简便、有效的方法。

42CrMo钢CT试件应力强度因子的计算方法研究

以风电变桨轴承用42CrMo钢为研究对象,利用Abaqus并采用退化的奇异单元建立了初始裂纹三维有限元CT试件模型,同时进行了裂纹前缘的应力强度因子数值计算。在远离裂纹前缘部分采用六面体网格划分。采用围线积分的方法提取裂纹前缘应力强度因子分布情况,并将数值计算结果与理论计算结果进行对比分析,得到了裂纹前缘应力强度因子分布规律以及在不同载荷和裂纹长度的条件下裂纹前缘应力强度因子的变化规律。

氧化损伤对航空发动机涡轮叶片裂纹扩展影响

氧化损伤以及裂纹在涡轮叶片服役过程中不可避免,对裂纹行为的预测及其受氧化损伤的影响对于服役安全和寿命管理具有重要意义。针对航空发动机高压涡轮叶片长期处于高温环境下产生的氧化损伤以及裂纹问题,通过对紧凑拉伸(CT)试样在850℃条件下进行疲劳裂纹扩展试验,得到正常试样和氧化损伤后试样的疲劳裂纹扩展速率;运用Paris模型考虑了存在氧化损伤时裂纹扩展的情况,对比氧化损伤对疲劳裂纹扩展速率的影响。本文以某航空发动机高压涡轮叶片为例,聚焦于氧化损伤对裂纹扩展阶段的影响,利用ANSYS和Franc3D软件分析并对比涡轮叶片在有无氧化损伤条件下的裂纹扩展寿命。结果表明,叶片前缘裂纹受氧化损伤影响下,其循环寿命平均降低到无氧化损伤情况下的44.02%,叶片后缘裂纹循环寿命平均降低到无氧化损伤情况下的50.22%。对实际服役环境工作条件下的涡轮叶片寿命评估提供基础参考,以及在其他实际工程中正确评价材料、预测工程热端零部件的使用寿命和设计强度均有重要的现实意义。

镍基单晶合金CT试样裂纹尖端应力结构及晶体滑移特性

针对3种不同晶体取向([001],[011],[111])的镍基单晶合金DD3紧凑拉伸(CT)试样,利用考虑有限变形和晶格转动效应的率相关晶体滑移有限元程序对其裂纹尖端三维应力场进行了弹塑性模拟计算分析,深入考察了裂尖等效应力和滑移系分切应力分布以及滑移系激活规律,并对裂纹扩展路径进行了理论预测和试验研究。结果表明,裂纹尖端应力结构有较大的变化,呈现复杂的变化规律,对此试样的晶体取向有较大的影响;裂纹尖端自由表面形成具有特定矢量方向的滑移带,裂纹启裂和扩张途径与该滑移带有关,晶体学结构分析表明其特征敏感于晶体取向。裂纹尖端的等效应力、最大分切应力沿厚度方向分布均为在试样心部较为均匀,而在外表面处则下降较快,有限元计算和实验测定结果证实这两部分分别与试样断口上的纤维区和剪切唇区相对应。

铸造E级钢CT试样疲劳裂纹扩展试验与仿真分析

为准确获取铸造E级钢材料的断裂力学参数,并研究该材料的裂纹扩展规律和影响因素,开展了铸造E级钢CT试样的疲劳裂纹扩展试验,并将材料的裂纹扩展速率采用Paris公式进行表征;以CT试样裂纹扩展计算模型为例,采用M积分数值方法计算了5组试样疲劳裂纹扩展长度与载荷循环周期结果,仿真与试验相对误差在10%以内,具有较好的一致性。通过进一步对比分析试验与仿真的误差原因,载荷幅值为主要误差要素,初始裂纹位置、扩展速率参数、裂纹长度参量影响较小,从而为复杂结构三维疲劳裂纹扩展规律的预测提供参考。

CT试样焊缝界面裂纹蠕变断裂参量估算的数值模拟研究

针对双材料紧凑拉伸试样,提出了加权平均C的概念,即双材料CT(Compact Tension)试样的C总是可以通过对由其母材和焊材组成的均质CT试样C的加权平均计算而得到,进而基于美国ASTM标准E1457,提出了一个双材料CT试样C的估算式,以用于简单估算特定材料CT试样的C值。采用ABAQU S软件,通过有限元法模拟分析裂纹处于焊缝界面的双材料CT试样和分别由其母材和焊材组成的均质CT试样的蠕变断裂性能,验证了加权平均C概念的正确性,同时也验证了上述估算双材料CT试样C方法的可行性。

45CrNiMoVA高强度合金钢氢致断裂有限元模拟与试验研究分析

运用ABAQUS有限元软件建立二维CT试样氢扩散和内聚力分析耦合模型,基于氢脆机制理论,采用梯形内聚力本构模型,通过临界氢在裂纹尖端引起氢附着率的变化和与之相关内聚力强度之间的降解耦合关系,模拟了45CrNiMoVA高强度钢CT试样氢致裂纹萌生和断裂。结果显示:金属中的氢原子在静水应力梯度的驱动下富集在高静水应力区域。随扩散时间的增加,氢原子在裂纹尖端富集降低了材料的断裂能从而降低了内聚力强度,使内聚力单元在较低的应力下发生失效,引起材料氢致损伤断裂。模拟得到充氢试样的载荷-位移曲线与实验曲线的大体相同,这说明该模型可在不需要大量试验的条件下对高强度钢氢致断裂进行数值模拟,模拟结果可为该类钢材氢脆断裂失效分析提供借鉴。

基于三维CT试样的X65钢裂纹扩展规律研究

海底管道是运输石油、天然气等战略资源最为安全和经济的方式,X65钢作为管道钢的主要制造材料,其稳定性和安全性备受关注。针对X65钢的疲劳裂纹扩展问题,建立三维紧凑拉伸(CT)试样的有限元模型,分别用扩展有限元法(XFEM)和专业裂纹扩展仿真软件模拟裂纹准静态和动态扩展过程,通过疲劳试验对模拟结果进行验证。结果表明:基于裂纹动态扩展的数值模拟结果更接近实际情况,通过疲劳试验测得的K值与裂纹动态扩展模拟值相差小于3%,而与XFEM和解析公式值在裂纹扩展后期相差6.8%。针对现行规范解析公式基于平面假设问题,提出一种适用于三维应力状态的标准CT试样裂尖应力强度因子计算改进公式,得到基于Paris公式的裂纹扩展速率线性拟合参数lgC=-8.222 3,m=2.966 4。

试件尺寸对X-CT测试效果影响规律研究

针对具体X-CT设备,研究了试件尺寸(放大倍率)对测试效果的影响规律。研究结果表明:当样品直径过大时,其空间分辨率和缺陷辨别能力将严重变差,直接带来二维切片质量和孔洞检测能力的下降。所检试件尺寸的增大,将以测试质量的下降为代价,因此,本设备所测试块尺寸建议不超出50 mm。

CT尸体标本扫描在解剖实验教学中的应用效果

通过应用X线计算机断层摄影(computed tomography,CT)扫描尸体标本构建新型解剖学实验教学模式,既可增加学生通过传统的解剖教学方法获得解剖知识,同时还能加强学生对基础解剖知识与临床CT影像知识的联系,提高学生的学习兴趣和将来进行临床实践操作的信心。该教学模式具有向基础或临床实验教学推广的价值。

基于X-CT技术的沥青混合料三维数值化试样重建

为了对沥青混合料内部结构进行三维重构,采用德国Compact-225型工业X-CT扫描混合料试件,实现试件的三维可视化,计算出集料、砂胶、空隙的体积组成。采用自行编写的程序,实现了由三维可视化模型向三维数值化模型的转化。提出了边界空隙率的概念,通过设置一定的边界空隙率,使模型的边界空隙分布符合实际试样的空隙分布。建立了基于实际试样真实内部微细观分布的数值化试样,弥补了传统的数值方法采用统计学原理或采用对试件损伤研磨建立三维细观模型的不足,为数值化测试奠定了重要基础。

扩张Kalman滤波法在超声波CT反演计算中的应用

利用扩张Kalman滤波法求解超声波CT反演计算中的大型稀疏方程组.通过模拟计算说明了扩张Kalman滤波法在模拟模型介质中超声波传播速度强弱变化情况下的稳定性.并运用该法对混凝土试件中的缺陷进行了反演计算,其结果与试件中预设的缺陷部位基本相符.

离体猪肺动脉性纹理和静脉性纹理CT研究

目的 评估CT能否区分正常离体猪肺动脉性纹理和静脉性纹理。方法 对正常成年新鲜猪肺共 3 0只(左肺 14只 ;右肺 16只。运用螺旋CT进行扫描 ,并应用三维重建MIP等技术对其动静脉性纹理分析 ,应用标本动静脉分别解剖 ,血管铸形标本制作等进行证实。结果 离体猪肺皆分左、舌、右三肺 ;左肺 :上、中、下叶均有占85 .7% ,仅有上、下叶占 14.3 % ;右肺 :上、中、下均有占 93 .75 % ,仅有上、下叶占 8.3 %。通过薄层SpiralCT扫描及MIP技术重建 ,可较好地进行分段及亚段 ;应用经Kassab等人改良的Strahler氏分级系统来评价猪肺动静脉的分级、直径大小 ,发现在CT上能分辨 6～ 7级 ,但只能测量至 4～ 5级 ;段级以上和亚段级以下至 6～ 7级动静脉走行位置和发出角度有差异。结论 螺旋CT可较好辨识至 6～ 7级离体猪肺的动脉和静脉 。

改进Hopkinson拉杆加载CT试样断裂数值模拟

为研究紧凑拉伸(CT)试样的动态断裂性能,将分离式Hopkinson拉杆进行了改进,在入射杆与透射杆的加载端设计了一种夹持装置,实现了CT试样的动态断裂测试.采用ANSYS/LS-DYNA数值分析程序,对拉伸应力波加载下,基于改进后Hopkinson拉杆系统的CT试样动态断裂测试过程进行了数值模拟研究,得出CT试样的动态断裂响应,计算了表征其动态断裂韧性的相关参量.结果表明,试样中应力分布由非对称状态经约80μs达到对称分布状态,此后试样应力分布云图对称,两端加载点载荷相等,试样达到应力平衡状态,满足了Hopkinson杆断裂韧性测试要求,并讨论了夹头截面突变与销钉直径对应力波传播和试样应力平衡的影响,为后续Hopkinson拉杆装置继续改进与CT试样动态断裂测试提供了依据.

渗透环境下化学腐蚀裂隙岩石破坏过程的CT试验研究

通过CT扫描试验研究渗透及无渗透环境下受化学腐蚀及未受化学腐蚀预制裂隙砂岩的三轴压缩破坏过程,分析试件破坏过程中各层面的CT数变化规律,并对渗透环境下不同试验阶段试验参数的变化规律以及渗透环境对砂岩强度的影响进行分析。试验结果表明,在微裂隙扩展与主裂隙贯通的过程中,对于无渗透环境,由于微裂隙发育导致裂尖处有所密合,之后随着试件的破裂CT数逐步减小;而对于渗透环境,由于孔隙水压力作用,在此过程中裂尖处无密合现象,而是继续开裂,CT数继续减小直至破坏。试件破坏后,无渗透环境下试件破坏时产生的裂隙较单一,而渗透环境下由于渗透作用和孔隙水压力作用,试件破坏时产生的裂隙相对来说较复杂,说明渗透环境对试件的破坏损伤作用较大。在试件变形从应力–应变曲线的线性阶段开始到裂尖破裂阶段,渗透环境的影响对应力以及变形所经历的时间大小起主要决定作用;在试件变形从裂尖破裂到裂隙贯通阶段,应力以及变形所经历的时间受化学腐蚀程度和渗透环境共同影响。渗透环境对砂岩强度的影响非常明显,无渗透环境下试件的强度远大于渗透环境下试件的强度,如试件经浓度为0.01 mol/L,pH值为2的NaCl溶液腐蚀后,其强度只有无渗透环境下的16.6%。

基于直通型CT试样测试方法的断裂韧度研究

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量纲一载荷分离法,从而完善用于断裂韧度测试的载荷分离理论,且根据弹塑性有限元精细计算结果以及直通型CT变形几何关系,提出裂纹嘴张开位移与加载线位移的转换公式。采用不同初始裂纹长度CT钝裂纹试样对公式的有效性和精确性进行试验验证,进而实现对1Cr12Mo、30Cr2Ni4Mo V以及P91管材10Cr9Mo1VNb N三种合金直通型CT试样的JR阻力曲线测定,结果表明,试验值与公式计算值的最大相对误差均在5%以内。

周围型胆管细胞癌的CT动态增强扫描与病理对照分析

目的:探讨周围型胆管细胞癌CT动态增强扫描征象的诊断价值及其病理基础。方法:20例经手术证实的肝内周围型胆管细胞癌术前均做了CT平扫,其中18例做了CT动态增强扫描,20例均做病理检查。进行术前CT与病理标本对应切面的对照研究,观察不同CT征象的病理改变。结果:发现病灶内的延迟强化区CT表现具有一定特异性,病理为大量纤维组织伴少量散在腺癌组织,部分病灶延迟强化区内的无强化区为凝固性坏死或同时含有大量黏液的存活癌组织。结论:周围型胆管细胞癌的CT动态增强扫描征象对其诊断及在与肝细胞型肝癌等多种常见肝肿瘤的鉴别中有重要意义。

CT检测技术在土样初始损伤研究中的应用

对用短时压实法制成的两种粉质粘土试样进行CT扫描,获得了两种试样中土颗粒和水的标称质量吸收系数.通过CT扫描结果,对试样的初始损伤进行评价.整体来看,试样的CT数方差不大,密度分布比较均匀,比分层击实法制成的试样的均匀性好,且粘粒含量高,用短时击实法较容易获得初始损伤较小的试样.对密度分布进行具体分析发现:轴向看,试样两端密度大,中间密度小;径向看,周边密度大,中心密度小;径向的总体均匀性比轴向的好.

CT试样焊缝中心裂纹蠕变断裂参量C＊的工程估算

针对常见的化工设备及化工管道焊接结构,利用ABAQUS软件对典型的双材料焊缝中心裂纹紧凑拉伸(CT)试样的蠕变断裂,进行了大量有限元分析计算,并通过工程实例进一步验证了胡兆吉提出的蠕变断裂参量C*工程估算方法的适用性。