Al2O3短纤维／Al—12Si复合材料微观断裂的TEM原位观察

利用挤压铸造法制备了Ａｌ２Ｏ３（２０％Ｖ）／Ａｌ－１２Ｓｉ复合材料并采用透射电镜动态拉伸技术对复合材料的裂纹形成及微观裂过程进行了原位观察，发现该复合材料的纤维／基体界面是破坏路径之一，并发现了纤维中裂纹形成及扩展至纤维完全破坏的现象。     

Al_2O_3短纤维／Al－12Si复合材料微观断裂的TEM原位观察

利用挤压铸造法制备了Ａｌ２Ｏ３（２０％Ｖ）／Ａｌ－１２Ｓｉ复合材料并采用透射电镜动态拉伸技术对复合材料的裂纹形成及微观断裂过程进行了原位观察，发现该复合材料的纤维／基体界面是破坏路径之一，并发现了纤维中裂纹形成及扩展至纤维完全破坏的现象     

SiC颗粒增强铝基复合材料细观损伤的温度效应

SiC颗粒增强铝基复合材料的宏观力学行为与其微观损伤机理密切相关，随温度的升高，材料力学性能明显下降，SiCD／A356复合材料表现出不同的细观损伤机理．文中对真空双搅拌方法制备的质量分数为20％的SiC颗粒增强铝基复合材料在室温和高温下的细观损伤机制进行了研究，在试样断口上，通过扫描电镜观察到了不同的裂纹萌生和扩展机制，根据不同温度下表现出的不同失效方法，归纳出了复合材料细观损伤的温度效应曲线．研究表明，在室温下复合材料的裂纹萌生以基体撕裂和颗粒断裂为主，高温下其裂纹萌生机制以颗粒脱离和基体撕裂为主．     

混凝土拉伸断裂过程的RFPA2D模拟

根据混凝土试样三点弯曲试验,利用RFPA^2D数值模拟系统对砂和混凝土三点弯曲试样中预制裂纹的扩展直至试样宏观破裂的整个过程中进行了模拟分析,指出了混凝土组成材料的非均匀性对裂纹扩展路径的影响。     

用计入过渡蠕变效应的裂尖场参量C_m~*关联蠕变裂纹扩展速率

本文利用等时应力应变方法分析扩展蠕变裂纹渐近应力场,着重考察了由于扩展所引起的过渡蠕变效应,在此基础上提出新的a控制参数C_m~*;在扩展效应可忽略时,给出了C_m~*≈C~*的适用条件;进行了蠕变裂纹扩展实验,其结果证实了在过渡变蠕效应不可忽略的情况下,C_m~*与a的相关性最好。     

智能复合材料的增韧机理与能量释放率

基于细观力学方法分析了智能复合材料中的微裂纹与夹杂的相互作用，导出了裂纹扩展的能量释放率，分析形状记忆合金的多机理联合增韧作用，研究表明，智能复合材料具有相变和异性夹杂的双重增韧机理，而且其韧度可由外部条件控制，因而有可能使这种复合材料展赤出超级力学性能。     

PZT铁电陶瓷细观细胞及其力学行为分析

研究了ＰＺＴ－５铁电陶瓷的细观细胞及其轴向压缩和四点弯曲试验条件下的力学性能和断口形貌，观察分析表明此铁电材料当自发极化和自发应变时产生的内应力均由晶间和晶内微裂纹释放，自发极化和自发应变初始边界条件可满足，故轴向压缩和四点弯拉伸的破坏只与畸变时引起的新增微裂纹和初始微裂纹的扩展有关。     

固化剂对乙烯基酯树脂/碳纤维复合材料性能的影响

以乙烯基酯树脂为基体、碳纤维预浸布为增强体、环烷酸钴为促进剂、KH550为偶联剂、过氧化甲乙酮为固化剂,制备乙烯基酯树脂/碳纤维复合材料,研究不同固化剂含量对复合材料性能的影响。结果表明:树脂与固化剂的质量配比为100∶4时,复合材料的交联固化程度最好,弯曲强度达217.76 MPa,弯曲模量达14734.97 MPa,玻璃化转变温度达106.03℃,热分解温度达399.81℃,SEM图观测可知碳纤维表面有较多胶液,树脂与纤维排列紧密、黏合牢固,纤维断裂整齐,界面结合性能也最好。与经氧化处理复合材料相比,未进行碳纤维表面酸氧化处理的复合材料弯曲强度性能提高了16.2%,弯曲模量提高了13.0%,但物理、化学耐热性比较差。     

轮轨高速滚动接触及钢轨疲劳裂纹扩展研究

为研究高速列车轮轨滚动接触疲劳损伤,通过引入应变率效应,获得了轮轨接触作用力的分布,并基于最大周向应力判据,对车轮滚过裂纹过程中裂纹可能的扩展角度进行了统计分析,确定了钢轨表面疲劳裂纹的扩展方向.根据威布尔分布,用可能扩展角度均值作为裂纹扩展方向,获得了裂纹扩展路径.研究结果表明,低速列车钢轨的裂纹扩展为张开型裂纹逐渐变为滑开型裂纹,高速列车的钢轨裂纹扩展基本都是张开型裂纹;高速列车钢轨的裂纹扩展速率快于低速列车钢轨;模拟的裂纹路径与实验测得的裂纹路径吻合,验证了用可能扩展角度的均值作为裂纹扩展方向的合理性.      

钢轨滚动接触疲劳多裂纹相互影响

通过X射线计算机断层扫描得到曲线外轨轨距角-轨肩多条滚动接触疲劳裂纹的内部形态,采用栅格法得到真实裂纹的开口和尖端边界点,建立真实裂纹形态数学模型。以我国某重载线路通过总重约62 MGT时小半径曲线外轨轨肩-轨距角裂纹为例,分析了多条裂纹存在下的裂纹尖端应力强度因子变化及裂纹数量对其的影响。结果表明:裂纹最容易沿与轨顶纵向呈10°～30°的角度向钢轨内部扩展;不论何种条件,K_Ⅰ始终小于零,表明此处裂纹不受张开效应扩展;轮轨接触斑以作用在裂纹中部的方式通过裂纹区域时,裂纹尖端各点的应力强度因子K_Ⅱ0,K_Ⅲ沿裂纹尖端从轨距角一侧到轨顶中心一侧呈由正到负的趋势,表明此时裂纹的扩展形式主要由滑开型和撕开型复合而成,且裂纹在轨距角扩展的部分扩展较快;多裂纹的存在会促进裂纹的滑开和撕开效应,该促进作用随裂纹数量的增加而增强。多条裂纹的存在会使得裂纹尖端的应力强度因子增大,中间裂纹受到两侧裂纹的影响较明显。在进行裂纹扩展预测时,应至少考虑3条裂纹。     

构架裂纹扩展延迟效应

列车运行速度的提高和载重量的增加使其主要承载部件转向架构架的运行环境变得恶劣。为减小轮轨间的作用力 ,要对构架进行轻量化设计 ,由此引起了构架疲劳强度问题。对某高速列车构架的疲劳试验结果表明 ,在给定的常规载荷作用下构架裂纹扩展速度出现延迟效应 ,最终减小到零。应用弹塑性裂纹扩展与闭合概念和残余应力松弛概念分析了构架裂纹扩展延迟效应 ,结果表明引起构架裂纹扩展速度减慢的主要因素是循环加载中残余应力的松弛 ,而裂纹的闭合对裂纹的延迟也有重要影响 ;计算了给定工艺构架状态和循环载荷下 ,不扩展裂纹初始长度的最小值     

弹性损伤界面复合材料拉压破坏过程数值模拟

用数值方法模拟含弹性－损伤界面层的纤维／环氧复合材料在受拉、压时的破坏过程、了解到界面是材料的薄弱环节，一旦界面出现临界损伤的裂纹，则材料的承载能力将陡然下降。     

纤维复合材料在桥梁加固中的应用

纤维复合材料补强加固混凝土结构是近年来出现的一种新兴的、科技含量较高的补强加固技术，已被应用于国内外的桥梁加固工程中。通过与传统的补强加固材料比较，纤维复合材料具有质量轻、比强度大、比刚度大、抗疲劳、耐腐蚀等优良的力学性能。在桥梁加固施工中，可以充分用纤维复合材料的高强度、高弹性模量以及施工便捷、易粘贴等特性，在混凝土结构的受拉区粘贴纤维复合材料，使混凝土结构中的裂缝扩展得到抑制，承载能力得到提高，结构受力性能得到改善，从而达到高效加固的目的。     

加筋泡沫轻质土三轴剪切力学特性

通过三轴剪切试验, 对比在不同加筋率和围压下, 聚丙烯纤维加筋泡沫轻质土的剪切力学特性; 研究了泡沫轻质土各强度参数与加筋率、围压之间的关系, 获取了加筋泡沫轻质土裂纹扩展规律, 建立了应力-应变全曲线方程, 提出了加筋泡沫轻质土各强度参数关于加筋率和围压的本构方程; 将不同加筋率的试验数据归一化处理后进行分析, 得到了加筋泡沫轻质土的应力-应变全曲线方程, 获取了曲线方程中各参数关于加筋率、围压2个变量之间的函数关系。分析结果表明: 加筋泡沫轻质土三轴剪切强度和黏聚力均随加筋率增加呈现先增加后减小的趋势, 在加筋率达到0.75%时达到峰值; 加筋泡沫轻质土的内摩擦角受加筋率影响较小, 说明纤维作用主要是通过改变材料黏聚力来影响加筋泡沫轻质土的强度; 而强度降低率随着加筋率增加呈现明显的下降趋势, 最大从40%左右降低至10%左右时达到稳定; 加筋率一定时, 加筋泡沫轻质土的极限强度和残余强度均随着围压的升高呈增加趋势; 经过分析体积裂纹曲线发现加筋泡沫轻质土破坏时主要经历受压、产生裂缝、纤维承受拉力限制裂缝、裂缝扩展张力过大纤维拔出4个阶段, 而加筋泡沫轻质土达到屈服阶段时往往包括裂纹的稳定扩展阶段和裂纹的不稳定扩展阶段2个裂纹发育过程, 由于缺乏筋材, 泡沫轻质土属于脆性破坏, 因此, 没有裂纹不稳定增长阶段。      

岩石单裂纹扩展及损伤演化规律的数值模拟研究

采用扩展离散元(EDEM)计算方法,模拟了单轴压缩下含不同预置倾角的单裂纹岩石试样的裂纹起裂、扩展和贯通过程,探讨了裂纹不同扩展阶段的应力变化,分析了不同预置倾角下单裂纹的扩展机制。研究表明:随着预置裂纹倾角α的增大,新裂纹的起裂应力和试样的抗压强度总体上呈增大趋势,但当α=30°时出现突变;α=30°时试样裂纹扩展最为迅速,α=15°,45°,60°,75°时的试样扩展速度依次减弱;当α=15°,30°时,新裂纹从预置裂纹尖端的两翼开始扩展,当α从45°增大到75°时,新裂纹的扩展逐渐向着预置裂纹两侧纵深发展,α=45°时为两种不同裂纹扩展模式的过渡倾角。     

PZT 铁电陶瓷细观结构及其力学行为分析*

研究了PZT 25 铁电陶瓷的细观结构及其轴向压缩和四点弯曲试验条件下的力学性能 和断口形貌。观察分析表明此铁电材料当自发极化和自发应变时产生的内应力均由 晶间和晶内微裂纹释放, 自发极化和自发应变初始边界条件可满足, 故轴向压缩和 四点弯拉伸的破坏只与畴变时引起的新增微裂纹和初始微裂纹的扩展有关。      

少筋混凝土梁三点弯曲断裂过程的数值模型

基于少筋混凝土结构的破坏原理,提出了混凝土裂纹处存在钢筋的力学分析模型,把钢筋对混凝土的作用力假想为一对集中力,钢筋位于混凝土弹性区时,认为钢筋与混凝土连为一体;当钢筋与混凝土裂纹相遇时,考虑钢筋与混凝土之间存在脱粘的部分段。同时根据直线形的混凝土拉应变软化曲线,在过程区各节点上设置无体积、无长度的虚拟弹簧,对少筋混凝土三点弯曲试件的断裂过程进行有限元数值分析。模拟了不同配筋率下少筋混凝土三点弯曲试件起裂、扩展、破坏的全过程,计算结果显示:配筋率对裂缝扩展有很大影响。     

钢筋混凝土界面疲劳裂纹扩展模拟研究

界面脱粘是钢筋混凝土材料与结构的主要失效形式之一。基于剪切筒模型和常用疲劳加载方式，首先建立了循环荷载作用下钢筋与混凝土界面脱粘应力的计算模型；然后根据断裂脱粘准则，借助描述疲劳裂纹扩展的Paris公式，得到了脱粘界面疲劳裂纹扩展速率、扩展长度以及脱粘界面上摩擦系数与循环加载次数的关系；最后对处于循环荷载作用下的钢筋与混凝土界面进行裂纹扩展的模拟计算与分析。结果表明。摩擦系数的衰减程度是影响界面脱粘应力大小及裂纹扩展快慢的主要因素，而且材料的尺寸效应对界面疲劳特性的影响也不容忽视。     

表面微喷丸对CuNi2Si合金疲劳短裂纹行为影响

在拉压载荷作用下，分别开展了CuNi₂Si合金微喷丸前后漏斗型圆棒试样的疲劳短裂纹复型试验；试验在预先确定的一系列载荷循环周次中断，以使用醋酸纤维膜对试样表面进行复型，进而采用逆序观察法获取了短裂纹萌生与扩展相关数据。分析结果表明:2种试样疲劳裂纹均萌生于试样表面，裂纹扩展受微观组织影响呈现曲折性增长, 整体表现出初期增长缓慢，后期裂纹长度迅速增长至试样断裂的趋势, 失稳扩展临界尺度约为750.0 μm; 微喷丸处理可以使裂纹增长模式由以晶间为主转为以穿晶为主，微喷丸前后断口形貌表现出巨大差异，相对未喷丸试样，微喷丸试样裂纹萌生位置呈现较大的晶体平面，无明显晶粒特征，裂纹源区面积较小，在疲劳过程中产生的纤维条纹数量较多，瞬断区韧窝形貌更为明显; 经微喷丸处理后，试样平均疲劳寿命提高约31.5倍，裂纹萌生和缓慢扩展阶段占比从整体疲劳寿命的60%增加至80%，可知微喷丸处理对于疲劳寿命的大幅提高主要体现在短裂纹的萌生和稳定扩展阶段，而这种强化效果主要受表面有效应力、硬度、晶界数目的共同影响，但该强化效果对疲劳裂纹扩展后期影响不大。      

复合材料传动轴的弯曲振动分析

为改善直升机传动轴的动力学特性,研究了非惯性系下复合材料传动轴的弯曲振动问题.根据质心运动定理导出了非惯性系下两端支承的倾斜纤维增强复合材料传动轴的弯曲振动方程,用Galerkin法求得方程的解.在此基础上,分析了质量偏心、阻尼、惯性力和重力对振幅的影响.研究表明：复合材料传动轴比钢、铝合金传动轴同阶弯曲固有频率大,相邻阶之间不产生共振的频率范围大、静挠度小、振幅小.惯性力不变时,传动轴的最大横向位移等于惯性力和重力产生的静挠度与质量偏心产生的动挠度幅值之和;惯性力变化时,传动轴产生动挠度.