摘要：与碳纤维相比,碳纳米管(CNT)具有更高的力学性能和更低的密度,是理想的树脂基复合材料增强相,在航空航天领域具有广阔应用前景。提出一套CNT树脂基复合材料单边缺口弯曲(SENB)试件制备工艺以及微纳观结构和参数的测量方法。采用不同长度的多壁碳纳米管和不同时长的臭氧处理,制备出SENB试件进行断裂韧性实验,定量分析微纳观参数界面长度和C—C键密度对宏观断裂韧性的影响,提出断裂韧性优化方案。研究结果表明:界面C—C键密度和臭氧处理时间呈线性关系;相对增韧率随着臭氧处理时间先大幅增加后大幅下降,即存在临界界面C—C键密度使得复合材料的相对增韧率最大;弱界面的相对增韧率随着界面长度先大幅增加后略微下降;强界面的相对增韧率随着界面长度先大幅增加后大幅下降;当断面的CNT拔出和拔断的占比相近(即复合材料失效形式从CNT拔出转变为拔断)时断裂韧性最大。

摘要：近几年新兴陶瓷产业不断拓展,如芯片用高导热陶瓷基板等,推动着材料性能测试技术走向批量化和高效化。断裂韧性是陶瓷材料的一个重要力学性能指标,但现有测试技术存在测试结果误差较大、制样过程繁琐、效率低等问题,使其在工业研发设计及生产中受到一定程度的限制。笔者综述了材料韧性的相关测试技术及对应测试指标包括断裂韧性、断裂能、J积分、冲击韧性等,对比分析了常见陶瓷材料的断裂韧性及其相关力学性能指标,以寻求一种高效的准确的评价方法;考量了陶瓷材料的抗弯强度的适用依据和适用范围,并通过相关文献数据验证其准确性。而笔者将为批量化工业研发设计和陶瓷材料生产过程中的韧性评价提供新的思路。

摘要：针对复合材料圆筒的层间性能分析,通过双悬臂梁试验(Double Cantilever Beam,DCB),得到了复合材料I型层间开裂与载荷对应关系,并根据GIC计算公式得到了材料I型断裂韧性。通过三点弯试验(EndNotched Flexure,ENF),计算了材料II型断裂韧性。建立了有限元模型,将I型断裂韧性、II型断裂韧性代入材料本构模型参数,对该结构层间性能设计与评估提出理论指导。

摘要：高强钢在服役过程中长期经受循环载荷作用,其疲劳与断裂问题一直是热点研究方向。准确评估高强钢的疲劳寿命和监测高强钢构件的服役状态,是保证大型装备安全运行的关键。随着断裂力学发展,损伤容限设计已成为航空、航天、核电和高速铁路等重要工业领域的关键构件疲劳断裂控制方法。作为损伤容限设计中的关键力学参量,准确掌握断裂韧性和疲劳裂纹扩展的评价方法,能够对解决大型构件完整性和可靠性研究的瓶颈问题中起到承上启下的作用。首先概述高强钢的分类和失效问题,分析断裂韧性和疲劳裂纹扩展的表征形式。从尺寸效应和能量准则等方面系统阐述了小试样估算断裂韧性的方法,并探讨高强钢中拉伸性能、冲击韧性与断裂韧性的定量关系研究进展。从近门槛值区、稳态区和全阶段区域分别阐述疲劳裂纹扩展模型和方法,并重点介绍贴近实际工程应用中的应力比和尺寸效应两方面的研究进展。最后提出高强钢断裂韧性和疲劳裂纹扩展评估及测试技术研究中值得关注的若干问题。

摘要：为研究应用于桥梁钢结构的Q690qE钢防脆断性能,以主跨408 m的汉江湾桥为背景,设计、制作Q690qE钢32 mm板厚母材、32 mm板厚焊缝、50 mm板厚母材、50 mm板厚焊缝4组试件,进行不同温度下的宽板拉伸试验,分析其断裂韧性。将宽板拉伸试验值作为断裂抗力,采用有限元法计算汉江湾桥典型受拉杆件在较不利工作应力下的断裂驱动力,评价桥梁钢结构采用Q690qE钢时的低温防脆断性能。结果表明:Q690qE钢32 mm板厚母材具有良好的低温防脆断性能,50 mm板厚母材的断裂韧性随温度降低具有明显下降趋势;在温度低于-20℃时,Q690qE钢32 mm、50 mm板厚焊缝的断裂韧性随温度降低具有下降趋势;与Q500qE钢相比,Q690qE钢母材和焊缝均具有较好的断裂韧性;汉江湾桥典型受拉杆件采用Q690qE钢时能够满足低温防脆断的要求。

摘要：作为装甲解决方案的一组重要材料,超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维增强复合材料在冲击作用下主要的破坏模式之一是分层脱粘。针对UHMWPE复合材料层合板提出一种改进的双悬臂梁(DCB)试件,研究了其Ⅰ型层间断裂韧性(GIC)和失效特性,分析了DCB试件厚度及纤维铺层方向对GIC的影响,讨论了层间断裂破坏机制及结构塑性对裂纹扩展过程的影响,评估了现有试验标准中层间断裂韧性计算方法的适用性。结果表明:较小厚度的DCB试件呈现明显的塑性行为,由此测得的层间断裂韧性受结构塑性的影响显著,适当增加试件厚度可有效避免塑性的影响。本文结果为UHMWPE复合材料进一步的动态层间性能及其理论模型的研究提供实验参考和数据支撑,对复合材料防护结构设计具有重要的工程意义。

摘要：水泥基材料脆性突出、易开裂是其工程应用亟须解决的关键难题。对水泥基材料各物相的微观脆性进行解析,并建立与其水泥基材料整体脆性之间的联系,是对水泥基材料进行增韧设计的基础和关键。采用微米划痕实验,获得断裂韧性-位移曲线,并联合高分辨扫描电子显微镜分析划痕区域所对应的物相,实现了水泥浆体及其微观物相断裂韧性的定量表征,从而建立了水泥浆体整体脆性与水化硅酸钙凝胶脆性之间的联系。

摘要：在柴油机曲轴、连杆等关键零部件的可靠性设计和失效评估中,断裂韧性及疲劳裂纹扩展门槛值分别是衡量材料抵抗裂纹失稳扩展和裂纹开始扩展的重要指标.但是,对于高韧性合金材料,难以通过常规试验所推荐的厚度确定平面应变断裂韧性,而门槛值的测定通常不但非常耗时,且难以直接应用于不同循环特性的实际结构.本文针对高韧性合金钢34CrNi3MoA,提出一种将断裂韧性和疲劳裂纹扩展门槛值试验合二为一的试验方法,即用同一个试件可以同时测定门槛值和断裂韧性.利用断裂韧性关于试件厚度的渐近特性,以几种较薄试件的试验,确定平面应变状态下的断裂韧性.试验结果还表明,裂纹扩展门槛值的试件厚度依存性可以忽略,并给出了任意循环特性(应力比)下的门槛值计算公式.

摘要：近年来,随着深层页岩气开发取得战略性突破,深层页岩难以形成复杂缝网的问题引起了广泛的关注,而断裂韧性则是判断复杂缝网中裂缝起裂和延伸的关键力学参数。尽管目前对于断裂韧性的测试方法有很多种,但是由于缺乏统一的标准测试方法以及页岩自身的层理特性,导致采用不同方法所测得的结果却难以比较,给石油工程设计人员使用断裂韧性相关参数带来了不便。为此,通过借鉴国际岩石力学学会推荐的岩石断裂韧性测试方法——三点弯曲半圆盘法,从实验方法的可行性、实验参数的规范化以及方法的可靠性等方面开展了研究,形成了一套标准化的页岩断裂韧性测试方法。研究结果表明:①三点弯曲半圆盘法适用于页岩断裂韧性测试;②采用直径50 mm半圆盘、0.1 mm/min加载速率及40 mm跨距能获取更加准确的断裂韧性值;③所形成方法的单次测量偏差仅为0.133 MPa·m^(0.5),说明较之于其他测试方法,前者在测量准确度方面具有较大的优势。结论认为,该方法测试的页岩断裂韧性值离散程度小、可靠性高,能够提高实验数据的质量及实验效率;该标准化测试方法具有尽快推广的必要,以更好地指导页岩压裂工程设计,有助于实现深层页岩气的高效开发。

摘要：针对常规断裂韧性测试难以在服役设备中应用的问题,基于压痕测试理论,利用纳米压痕设备从不同加载速率、压入载荷两个因素对X80管线钢的断裂韧性进行了测试与表征,同时利用原子力显微镜对压痕形貌进行了探究,并通过有限元仿真对压痕测试的整个过程进行了再现。结果表明,X80管线钢断裂韧性测试值均随加载速率和压入载荷的增大而减小,材料的压痕形貌堆积现象较为显著;有限元仿真获得的堆积高度与实验数据吻合较好,进而说明有限元仿真能有效再现压痕测试的整个过程。X80管线钢断裂韧性-微观形貌-有限元仿真一体化综合实验的设计与开展,对压痕实验研究及参数选取具有较好的指导意义,同时可以增强学生的科研思维能力和实践动手能力。