【摘 要】
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论文建立了平面问题和基于连续体壳的扩展有限元格式和计算程序,应用于平面各类间断问题和壳体复杂形状裂纹扩展的计算,计算结果与实验数据、解析或传统有限元的计算结果进行了比较,证明了算法和程序的有效性.揭示了材料不均匀性、载荷非对称性和初始裂纹长度对亚界面裂纹I型扩展平衡状态的影响,给出了在双材料中亚界面裂纹实现I型扩展的含几何和材料变量的经验公式,可以指导实验;实现了曲面上任意形状裂纹扩展的计算功能,
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论文建立了平面问题和基于连续体壳的扩展有限元格式和计算程序,应用于平面各类间断问题和壳体复杂形状裂纹扩展的计算,计算结果与实验数据、解析或传统有限元的计算结果进行了比较,证明了算法和程序的有效性.揭示了材料不均匀性、载荷非对称性和初始裂纹长度对亚界面裂纹I型扩展平衡状态的影响,给出了在双材料中亚界面裂纹实现I型扩展的含几何和材料变量的经验公式,可以指导实验;实现了曲面上任意形状裂纹扩展的计算功能,为中厚壳断裂问题计算提供了更精确的方法.所构造的裂纹穿过单元和裂尖位于单元内的形函数都是在三维实体单元上进行,其优点是可以考虑裂纹面不垂直于壳中面的情况.首次将三维应力强度因子公式引入到壳体扩展有限元之中,建立了壳体断裂的最大能量释放率准则,应用于三维板壳和管道断裂的计算,显示了该程序捕捉任意形状裂纹的能力.
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本文对止裂条带增强含裂纹金属薄壁结构的断裂韧度进行了数值分析.止裂条带通过胶黏剂单侧粘接在金属薄板裂纹的前端;分析时止裂条带与金属薄板之间的胶接面采用界面元,金属薄板裂纹的起裂与扩展采用裂纹尖端张开角断裂准则.分析结果表明,与未增强结构相比,由于增强条带的桥接作用将金属薄板中的部分载荷转移到条带上,显著提高了结构的断裂韧度.进一步分析表明止裂条带的宽度、止裂条带的刚度和胶黏剂的强度是影响结构断裂韧
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应力波因子技术是近几年发展起来的评估材料缺陷和损伤的新技术.其基本原理是采用压电传感器等手段在材料表面激发询问脉冲应力波,与此同时利用压电传感器在材料同一表面的其他一个或多个地方接受应力波信号,在此基础上通过信号分析确定反映材料对应力波传播效率的应力波因子,从而来表征材料的机械力学性能或缺陷损伤状态的变化.本文以PZT压电传感器为技术手段,对基于应力波因子的铝板损伤监测进行了理论和实验研究,对模拟
采用传统固相反应法制备了原子比Zr/Ti≈52/48,掺杂少量镧和铌的锆钛酸铅(PLZT)铁电陶瓷材料,X射线衍射谱表明,得到的陶瓷粉末样品为纯钙钛矿相.对PLZT铁电陶瓷材料进行不同温度下的原位Raman谱观测,得到了各Raman特征谱的波数和峰强随温度的变化规律.结果表明,从-200℃升温至600℃过程中,准同型相界附近的PLZT铁电陶瓷分别发生了两种相变:在0℃发生了三方相到四方相的转变,而
碳纤维/环氧树脂基复合材料具有比强度高、比模量高、成型工艺简单等优点,被广泛大量地应用于航空、建筑以及机械制造等领域,碳纤维/环氧复合材料在这些领域的广泛应用使其面临诸多复杂环境,如高温环境、超高速撞击的高压环境,热?力耦合环境等.因此,国、内外许多学者就在这些诸多复杂环境下,材料的失效机理和破坏特性开展了大量的研究.本文采用高温炉和激光作为碳纤维/环氧复合材料稳态和瞬态的热加载源,通过材料实验机
在通常的材料疲劳试验中,由于试件的尺寸一般较小,裂纹的萌生与发展过程相对来说易于通过肉眼观察.但对于大型结构件,如桥梁与建筑结构的疲劳试验,尤其是需要经历数天甚至数月的试验才能得出结果的试验来说,获取最先出现疲劳裂纹的方位、具体开裂点、裂纹萌生时所对应的疲劳次数、裂纹疲劳损伤发展等具体过程和数据,并非易事.
通过观察多晶铜的拉压疲劳和扭转疲劳裂纹的萌生、扩展以及断口形貌,研究了不同受力方式下的循环应力应变响应、疲劳损伤行为及其微观位错组态分布.研究结果表明,在两种受力方式下,裂纹的萌生和早期扩展均由最大切应力所控制;而正应力主要影响疲劳裂纹扩展从StageⅠ向StageⅡ的转变.结合疲劳条纹的形成机制以及应力状态分析可知,与扭转疲劳相比,在拉压疲劳中裂纹扩展路径更容易从StageⅠ转变为StageⅡ.
实验采用四个平行晶界铜双晶样品,一个为孪晶界,三个为取向差约为42o的大角晶界,通过应力逐级加载循环变形实验,研究了其疲劳损伤开裂行为.晶粒取向不同,晶界与孪晶界附近开动不同的滑移系,带给晶界剪切或撞击型的损伤并产生不同的位错组态.疲劳过程中缺陷的累积使得材料的各种界面能量升高,当能量升高到足以克服新形成的裂纹的表面能,则疲劳裂纹萌生.
针对焊接接头热影响区强度性能的认识盲区,将初始裂纹置于热影响区的完全淬火-回火区、不完全淬火-回火区和回火区,基于扫描电镜(Scanning Electron Microscopy,SEM)微拉伸试验装置,开展真空条件下疲劳裂纹扩展行为的原位试验,研究微观组织影响疲劳裂纹扩展的机理.结果表明,初始裂纹位于不完全淬火回火区时,疲劳裂纹主要以沿晶模式扩展,扩展速率最快,这主要与碳化物析出弱化晶界结合力