A New Method for Determining J_(IC) of High StrengthHigh Fracture Toughness Steels by SingleThree Point Bend Specimen

A single three point bend specimen compliance method for determining JIC of high strength high fracture toughness steels is presented and a formula for calculatinff J-integral is proposed as follows.It is simple and valid for high strength high fracture toughness steels. The values of JIC and KIC measured by this method are in good agreement with those measured by standard test method.

疲劳加载历史对型钢再生混凝土黏结性能的影响

型钢再生混凝土结构既可以实现废弃骨料的再生利用,又具有较高的刚度、承载力及良好的抗震性能,是一种兼顾节能环保与结构性能的新型组合结构。为了研究疲劳加载历史对型钢再生混凝土黏结性能的影响,文章设计了梁式试件,并研制了一种带有球铰的梁式加载装置,先对试件进行了以加载频率和应力水平为关键参数的200万次疲劳加载,而后进行静力加载。试验结果表明:试件最终破坏模式为静力荷载作用下的黏结滑移破坏,证明文章的试件设计和加载方案的有效性。经历疲劳加载后,试件的破坏过程与原静力试验相似;型钢应变和滑移沿锚固长度方向上的分布规律与原静力试验相同,均在荷载上升段呈负指数分布,在荷载下降段呈线性分布;一定范围内,增大应力水平和加载速率,试件剩余承载力降低。

钢管混凝土键连接框架梁和剪力墙的受剪性能

目的 研究钢管混凝土键连接框架梁和剪力墙的受剪性能,为工程应用提供设计依据。方法 应用有限元分析软件ABAQUS对比钢管混凝土键连接与现浇连接梁墙的结构受剪性能,分析前者受剪机理及不同因素对受剪性能的影响。结果 钢管混凝土键连接梁墙的结构承载力和延性系数较现浇结构分别提高约10%和34%;钢材强度从Q235到Q390,初始刚度增加8.44%;截面高度从100 mm到120 mm,延性系数提高17.73%;截面厚度每增加2 mm,承载力提高约15%;截面长度和混凝土强度等级对承载力、初始刚度和延性系数的影响均小于15%,纵向距离对其受剪性能几乎无影响。结论 采用钢管混凝土键连接梁墙的结构总体受剪性能优于现浇结构;钢材强度和截面厚度分别是影响初始刚度和承载力的主要因素。

SUPER304/T92异种钢焊接件热老化的涡流检测

异种钢焊接接头是超(超)临界发电机组管道的薄弱环节,在高温高压作用下易出现力学性能退化甚至失效现象。涡流检测是金属材料检测的一种重要方法,采用涡流法对SUPER304/T92异种钢焊接件的热老化进行检测。首先,研制涡流传感器并搭建了涡流扫查试验平台;其次,开展涡流扫频试验,分析不同激励频率对焊接试件涡流检测能力的影响,优选三种励磁频率下的涡流检测信号,并结合试件的金相显微组织进行分析;最后,研究SUPER304、焊缝和T92三种不同区域的涡流信号随热老化时间的变化关系,并与试件表面硬度进行相关性分析。试验结果为异种钢焊接件的热老化评估提供了一种有效的无损检测方法。

钢渣对混凝土安定性的影响及评价

以钢渣生产的钢渣粉、钢渣砂和钢渣石为研究对象,依据YB/T 4228-2010《混凝土多孔砖和路面砖用钢渣》测试钢渣砂、钢渣石,以及钢渣粉、钢渣砂和钢渣石复合对混凝土安定性的影响,研究钢渣用于混凝土的压蒸膨胀率及其试件状态,结果表明,当混凝土配合比中钢渣粉替代矿粉率、钢渣砂替代中砂率、钢渣石替代碎石率之和为75%~95%,且钢渣砂替代中砂率高于钢渣石替代碎石率时,钢渣替代矿粉、中砂和碎石的混凝土压蒸安定性良好。单条试件安定性评价标准为:当出现断裂时,试件不合格;当大损伤数≥2处时,试件不合格;3条试件安定性评价标准为:当压蒸平均膨胀率实测值>0.15%,混凝土安定性不合格;当压蒸平均膨胀率实测值≤0.15%且有单条试件不合格时,混凝土安定性不合格。

预应力钢带加固震后受损框架的抗震性能试验研究

首先以1∶2的缩尺比例设计并制作了一榀单跨三层的钢筋混凝土框架试件CF。对试件CF进行拟静力加载,以模拟水平地震作用。待加载结束后,先对试件CF中受损处混凝土进行修复,再采用预应力钢带在其梁端、柱端以及节点处进行加固,形成震后加固试件SCF,最后对试件SCF再次进行拟静力加载。通过观察两个试件的裂缝发展,对比分析2个试件的滞回曲线、骨架曲线、承载力、刚度及耗能性能,研究了预应力钢带对震后框架结构的加固效果。结果表明:与试件CF相比,震后加固试件SCF的承载力并没有明显下降,承载力退化和刚度退化均有所减慢。试件SCF、CF在极限点的最大层间位移角分别是1/23、1/41,说明采用钢带加固可以提高结构的延性和变形能力。试件SCF在3个特征点(屈服点、峰值点、极限点)处的累积耗能量分别达到试件CF相应累积耗能量的7.1、3.1、2.5倍,体现了良好的耗能能力。

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。

脉冲应力冲击下30CrMnMo钢的绝热剪切失效行为

为研究30CrMnMo钢在脉冲应力冲击载荷下的绝热剪切失效及演化特性,利用分离式霍普金森压杆对一种轴对称帽型试件进行冲击剪切实验,并运用LS-DYNA动力学有限元软件对不同入射脉冲应力载荷下的剪切失效演化及剪切区温度分布进行数值模拟。结果表明,帽型试件的绝热剪切失效与脉冲应力比冲量相关,对于30CrMnMo钢帽型试件,其绝热剪切失效对应的脉冲应力比冲量近似为常量。数值模拟中,当网格尺寸小于剪切带宽度时,能够有效模拟剪切带内的局部温升热点特性。绝热剪切演化表现为失稳由帽型试件剪切区拐角处启动并同时向中心传播,剪切带内外材料主要经历均匀剪切变形和失稳快速扩展2个阶段。

3D打印混凝土弯曲疲劳性能研究

为研究3D打印混凝土弯曲疲劳性能,通过216根3D打印试件弯曲疲劳试验,分析不同钢纤维体积率ρ_(f)和纤维长度l_f对构件弯拉强度和弯曲疲劳性能的影响规律,基于双参数Weibull分布理论推导不同失效概率下的疲劳寿命计算公式,提出不同失效概率下的疲劳方程lg S=lg a-b lg N,并进一步分析钢纤维ρ_(f)l_(f)/d_(f)对构件疲劳性能的影响规律。研究结果表明:3D打印混凝土构件疲劳破坏实际是钢纤维发挥阻裂作用的过程,在裂缝产生、扩展、收缩、再扩展、再收缩直至破坏的过程中,裂缝的宽度、长度和深度一直在发生变化,从宏观角度是材料强度和弹性模量不断下降的过程,而微观角度是材料内部组织结构不断劣化的过程。3D打印构件中掺入的钢纤维能够有效阻止横向裂缝的产生和扩展,显著提升混凝土构件的抗弯拉强度、阻裂能力和耐疲劳性能,使其破坏形式由突然脆性破坏过渡为具有韧性的塑性破坏。钢纤维ρ_(f)l_(f)/d_(f)是影响构件抗弯拉疲劳性能的重要因素,在相同的应力比S=0.65作用下,钢纤维ρ_(f)l_(f)/d_(f)由0增至0.60时,构件疲劳次数N提高了252%;相同的疲劳次数N=10^(6)作用下,钢纤维ρ_(f)l_(f)/d_(f)由0增至0.60时,应力比提高了9.15%。3D打印混凝土试件中,钢纤维体积率ρ_(f)比钢纤维长度l_f对疲劳性能的影响程度更明显。研究结果为进一步推动3D打印技术在道路、桥梁等基础设施领域的应用,促进交通行业智能化、工业化发展具有重要意义。

混凝土脱空修复对角钢连接件力学性能影响

为探索钢壳混凝土角钢连接件根部混凝土脱空对连接件抗剪性能的不利影响,提出合理的脱空修复方法,基于深中通道沉管隧道角钢连接件的局部构造,以脱空形状、脱空修复和混凝土强度为变化参数,设计8组足尺推出试件,并开展抗剪性能试验和有限元模拟分析。分析显示:1)普通混凝土试件先在角钢内部发生混凝土压溃破坏,试件破坏模式受脱空形式及脱空修复影响不明显;2)脱空对角钢连接件的抗剪承载力和抗剪刚度均有削弱影响,三棱柱整体脱空时角钢连接件的抗剪承载力和抗剪刚度可折减32.8%和76.9%;3)脱空修复对角钢连接件的抗剪承载力和抗剪刚度有提升作用,但由于修复料与脱空界面间难以协同受力,性能提升效果并不显著;4)考虑脱空处未修复,用超高性能混凝土替换普通混凝土时,推出试件的抗剪承载力较未脱空时提高77%,抗剪刚度较脱空时折减8.9%;5)超高性能混凝土的优良力学性能使角钢连接件的抗剪承载力得到明显提高,但由于脱空导致角钢连接件出现较大变形,因此无法有效提升脱空时的抗剪刚度;6)提高修复料力学性能对改善三棱柱脱空修复后的承载性能影响不明显。

MEASUREMENT OF K_(IC)OF MEDIAN OR LOW STRENGTH STEEL USING ROUND BARS WITH CIRCUMFERENCIAL CRACK

The size effect of tension round bars with circumferential crack was described and used to measure the plane-strain fracture toughness K_(1c) of median or low strength steel.The size of cylindrical specimen required for K_(1c) measurement is much smaller than that of standard specimen.The J-integral values of the cylindrical sqecimens were calculated to characterize the size effect.The finite element calculution and fracture morphology analysis have been conducted to eyplain the fact that smaller cylindrical specimen could be used to measure K_(1c) of median or low strength steel.

Cyclic Elasto-Plastic Fracture Diagram and Some Parameters of Cyclic Crack Growth Resistance for the Plastic Steels

Method of calculation and experimental estimation of crack growth resistance under cyclic elastoplastic deformation is proposed. This method is based on measuring of local plastic strain near the crack tip and plotting the cyclic elasto-plastic fracture diagram for a specimen with a crack. Analysis of two types of the cyclic elasto-plastic fracture diagrams and their parameters is made. Ex-perimental D-diagrams of cyclic elasto-plastic fracture for the plastic carbon steel are given.

不同腔体构造方钢管高强再生混凝土轴压性能

为研究底层钢管混凝土柱柱底区段受基础强约束的影响,进行了4个方钢管高强普通混凝土和4个方钢管高强再生混凝土墩状试件的轴压试验。钢管腔体构造分为空腔体、内置钢筋笼和栓钉、内置竖向肋板、内置分腔钢板;混凝土分为C60普通混凝土、RC60再生粗骨料混凝土。研究了各试件的破坏过程、荷载-位移曲线、承载力、延性、耗能能力和应变。试验表明:腔体内置钢筋笼、焊接栓钉、内置竖向肋板、内置分腔钢板对提高试件承载力和延性均有显著作用;相同腔体构造的方钢管高强普通混凝土试件和方钢管高强再生混凝土试件轴压性能接近。考虑基础对钢管混凝土柱柱底区段强约束的钢管混凝土墩状试件受压承载力大于相同构造的钢管混凝土柱受压承载力,提出了承载力影响系数,墩状试件承载力为柱状试件承载力乘以承载力影响系数。对试件轴压性能进行了有限元模拟,有限元模拟结果与试验符合较好。

往复荷载下锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的试验研究

针对钢筋混凝土结构在服役过程中钢筋锈蚀以及承受往复荷载工况下引起的钢筋混凝土材料耐久性能劣化会对钢筋混凝土间的粘结性能产生影响,设计并制作了48根粘结区带裂缝的钢筋混凝土梁式试件,以研究在承受不同往复荷载工况(往复荷载幅度分别为极限荷载的0%、10%、20%及30%)、四种钢筋锈蚀率(0%、3%、5%及7%)以及往复荷载与钢筋锈蚀耦合工况下钢筋与混凝土粘结性能的变化情况。结果表明:钢筋锈蚀会影响试件破坏状态;施加往复荷载过程中残余滑移的增长主要发生在前六个循环,且残余滑移随着钢筋锈蚀率以及往复荷载幅度的增加而增大;耦合工况会进一步促进粘结性能的劣化,且粘结强度损失率随着钢筋锈蚀率和往复荷载幅度的增加而增大。该研究可为对应工况下钢筋混凝土构件的现状评估提供理论参考依据。

样品尺寸变化对T91钢蠕变力学行为的影响

T91钢是第4代反应堆的候选结构材料之一,中子辐照后的高温蠕变性能是评价其服役性能的关键指标。为充分利用辐照空间、减小辐照参数梯度和降低样品放射性,针对力学性能的研究需要使用小尺寸样品,但小样品试验数据可能与标准样品不同,导致无法准确评价材料性能。为研究样品尺寸变化对T91钢蠕变力学行为的影响,本文对T91钢小片状试样和标准棒状试样在温度675~725℃、蠕变应力80~120 MPa下的蠕变行为和断裂机理进行了对比研究。结果表明,不同尺寸样品均发生了减速蠕变、稳态蠕变和加速蠕变3个变形阶段,且断裂时间均随蠕变温度和应力的增大而减小,但小片状试样的蠕变断裂时间更长、稳态蠕变速率更小;所有试样均发生了微孔聚集型韧性断裂,但小片状试样断口的韧窝尺寸相对更小且受到剪切应力;试样尺寸变化不影响T91钢蠕变变形机制,造成差异的原因是试样应力状态差异;蠕变过程中不同的微观结构演化是蠕变试样尺寸效应随蠕变温度、应力变化规律复杂的重要原因。

型钢再生混凝土梁受弯性能足尺试验

钢-再生混凝土组合梁的受力性能足尺试验研究工作目前尚少。为此,进行了6个型钢再生混凝土梁足尺试件受弯性能试验,各试件尺寸、配筋、内置型钢一致,梁长3300mm、净跨3000mm,梁截面高300mm、宽200mm,梁截面内置H型钢的型号为HN200×100×5.5×8。各试件均采用再生粗骨料混凝土,再生粗骨料取代率分为0%、50%、100%,混凝土设计强度等级分为C30、C60。采用三分点加载的方式,试验分析了各试件的承载力、变形及耗能能力,以及设计参数对试件抗弯性能的影响。结果表明:在加载过程中梁内型钢与再生混凝土共同工作性能良好;合理采用再生粗骨料取代率情况下,型钢再生混凝土梁受弯性能和破坏形态与型钢普通混凝土梁接近;提高再生混凝土强度可以显著提高型钢再生混凝土梁的承载力、变形能力和耗能能力。

1Cr11Ni2W2MoV钢疲劳裂纹闭合与试样类型的相关性

压力容器材料的疲劳裂纹扩展门槛值在预测服役寿命方面具有重要意义,而门槛值的准确测定常受到裂纹闭合的影响。为了验证采用角裂纹(CC)试样测定疲劳裂纹扩展门槛值时是否受裂纹闭合影响,采用1Cr11Ni2W2MoV钢加工了角裂纹试样和紧凑拉伸(C(T))试样,在室温下开展了疲劳裂纹扩展门槛值试验,并测定了门槛值对应的载荷-裂纹张开位移曲线。通过扫描电子显微镜对断口形貌中由裂纹闭合产生的磨损痕迹进行了观察。结合试验结果分析了两种试样类型的裂纹闭合程度及成因。通过CC试样测定的门槛值与C(T)试样相近或更小。在所测试4个CC试样中,仅有一个出现了足以影响裂纹扩展驱动力的裂纹闭合现象,而在所有测试的C(T)试样中均观察到了裂纹闭合。CC试样可用于疲劳裂纹扩展门槛值试验,并在当前试验条件下获得了接近理想门槛值的结果。

服役后API 5L X56钢腐蚀疲劳裂纹扩展速率试验研究

为研究服役后X56双层海底管道钢的疲劳裂纹扩展速率,对外层管上截取的标准紧凑拉伸试样分别在空气和海水环境下进行不同最大疲劳载荷(P max=9 kN,10 kN,12 kN)的疲劳裂纹扩展试验。与空气环境中CT试样的疲劳裂纹扩展速率相比,裂纹生长至15.38 mm时,9、10、12 kN载荷下海水环境中CT试样的疲劳裂纹扩展速率分别提高了1.82倍、1.54倍、1.43倍;随着裂纹扩展长度增大,外界载荷起主导作用,海水腐蚀的影响越来越小。综合分析最大疲劳载荷对疲劳裂纹扩展的影响,结果发现相同裂纹长度的前提下,疲劳载荷增加,应力强度因子幅值(ΔK)和疲劳裂纹扩展速率(d a/d N)增加,海水腐蚀影响逐渐减小。疲劳裂纹扩展试验中所施加的最大疲劳载荷对CT试样的疲劳寿命具有较大影响,对Paris常数的影响较小。扫描电镜下CT试样的疲劳断口均为穿晶型断裂。海水环境中CT试样的疲劳断口表现出更多的二次裂纹和更高的撕裂脊。随着最大疲劳载荷增加,解理断裂形成的解理台阶晶面面积和高度差逐渐增大,疲劳断口越粗糙,解理特征越明显。

考虑几何尺寸影响的RPV钢韧脆转变实验研究

反应堆压力容器(reactor pressure vessel,RPV)是核电站的一道重要的安全屏障,而RPV钢在韧脆转变区内的断裂韧性变化是核电站安全评估中的重要考虑因素.在对RPV钢韧脆转变区内的断裂韧性变化规律进行研究时,ASTM标准等国际标准通常推荐以主曲线法进行研究.采用不同尺寸的单边缺口弯曲(single edgenotched bending,SEB)试样及紧凑拉伸(compact tension,CT)试样完成了SA-508钢在常温至−100°C的温度范围内的断裂韧性试验,基于主曲线法研究了SA-508钢在韧脆转变区内的断裂韧性变化规律,同时对主曲线法得到的基于不同尺寸断裂试样结果的韧脆转变温度预测精度进行了对比,并通过断口微观形貌分析研究了断裂试样的破坏特征.研究表明,试样构形和几何尺寸对RPV钢的韧脆转变行为有显著影响.主曲线法用于标准厚度试样的韧脆转变温度预测具有良好的精度,但其预测的小尺寸试样的韧脆转变温度与实际韧脆转变温度区间相差较大.随着温度的降低,大、小尺寸试样的启裂点位置均不断靠近裂纹尖端且与试样断裂韧性呈非线性关系.

小尺寸低碳钢试件吕德斯效应的三维数字图像相关测量

吕德斯效应是多种金属和合金材料由于屈服阶段的不均匀变形而在材料表面产生条带状褶皱的现象,它会使冲压件表面质量降低.为了防止它的出现,对吕德斯效应进行研究变得非常重要.采用小视场(15 mm×15 mm)下三维数字图像相关方法对小尺寸低碳钢试件在单轴拉伸载荷作用下的变形场进行测量,实际观测了小尺寸试件的吕德斯效应,结合理论模型解释了其形成机理,并分析了吕德斯带传播过程中应变及应变率的变化规律.实验研究表明,运用三维数字图像相关方法测量试件表面变形场,实现了对小尺寸低碳钢试件的吕德斯带演化过程以及颈缩、断裂等细观力学行为的观测,该方法是研究材料变形细观机理的一种有效测量手段.