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氮化硼纳米管增强氮化硅复合材料的裂纹扩展阻力行为

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复合材料学报 2012年第6期29卷 152-158页

作者：于航海王守仁杨丽颖济南大学机械工程学院济南250022

用氮化硼纳米管(BNNT)增强氮化硅(Si3N4)陶瓷制备了BNNT/Si3N4复合材料,利用三点弯曲强度及单边切口梁(SENB)法测定了BNNT/Si3N4复合材料的弯曲强度和断裂韧性。通过SEM观察了BNNT/Si3N4复合材料微观形貌。基于BNNT增强Si3N4陶瓷复合材... 详细信息

用氮化硼纳米管(BNNT)增强氮化硅(Si3N4)陶瓷制备了BNNT/Si3N4复合材料,利用三点弯曲强度及单边切口梁(SENB)法测定了BNNT/Si3N4复合材料的弯曲强度和断裂韧性。通过SEM观察了BNNT/Si3N4复合材料微观形貌。基于BNNT增强Si3N4陶瓷复合材料的裂纹扩展阻力计算公式,构建了BNNT对Si3N4陶瓷裂纹屏蔽区的裂纹扩展阻力的数学模型。用该模型的计算结果与Si3N4陶瓷的裂纹扩展阻力进行了对比。结果表明:BNNT/Si3N4复合材料的弯曲强度和断裂韧性明显高于Si3N4陶瓷,说明BNNT对Si3N4陶瓷的裂纹扩展有阻力作用,摩擦拔出是Si3N4陶瓷抗裂纹扩展能力提高的主要原因;BNNT对Si3N4陶瓷有明显的升值阻力曲线行为。通过有限元模拟裂纹尖端应力分布,发现BNNT使Si3N4陶瓷裂纹尖端的最大应力转移到纳米管上,而且BNNT降低了Si3N4陶瓷裂纹尖端的应力,对Si3N4陶瓷尖端的裂纹有屏蔽作用,从而提高了Si3N4陶瓷的裂纹扩展阻力。

关键词：氮化硅陶瓷氮化硼纳米管复合材料有限元裂纹扩展阻力

铈对含铁、硅杂质的2090合金裂纹扩展阻力的影响

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材料工程 1992年第S1期20卷 197-198,240页

作者：孟亮西北工业大学

前言为改善Al-Li合金塑、韧性差的致命弱点,采取的主要方法之一是使用高纯度原材料如99.99％以上的纯铝、纯锂制备合金,致使合金成本提高,不利于大批量生产。这是一种不得已而采用的消极办法。已有研究表明,在Al-Li合金中添加稀土元素... 详细信息

前言为改善Al-Li合金塑、韧性差的致命弱点,采取的主要方法之一是使用高纯度原材料如99.99％以上的纯铝、纯锂制备合金,致使合金成本提高,不利于大批量生产。这是一种不得已而采用的消极办法。已有研究表明,在Al-Li合金中添加稀土元素,可以具有有益的合金化作用,能在一定程度上减轻合金中杂质元素的危害。这样的结果令人鼓舞,为降低制备合金过程中对原材料纯度及熔铸控制条件的苛刻要求提供了一种值得注意的途径,有必要对稀土元素在一般纯度的铝锂合金中的作用规律、尤其是对有关断裂特性的影响,做深入研究。本文通过在含一定量Fe、Si杂质2090合金中添加不同量Ce的方法,研究了稀土元素对合金薄板裂纹扩展阻力及平面应力断裂韧性的作用,分析了Ce对合金组织中沉淀相形态的影响。一。

关键词：裂纹扩展阻力合金组织断裂韧性作用规律铝锂合金平面应力拉伸性能断裂特性力学性能沉淀相

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全层TiAl合金裂纹扩展阻力的研究

材料科学与工程学报 2006年第3期24卷 341-345页

作者：曹睿张继姚海军陈剑虹兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室钢铁研究总院北京100081

本文通过对直缺口两个层团厚度拉伸试样的扫描电镜原位拉伸实验、相应的断裂表面观察以及有限元计算研究了全层铸状TiAl基合金组织的裂纹扩展机理。研究表明:为了扩展主裂纹,外加载荷需要增加。外加载荷的增加一方面归功于试样表面观察... 详细信息

本文通过对直缺口两个层团厚度拉伸试样的扫描电镜原位拉伸实验、相应的断裂表面观察以及有限元计算研究了全层铸状TiAl基合金组织的裂纹扩展机理。研究表明:为了扩展主裂纹,外加载荷需要增加。外加载荷的增加一方面归功于试样表面观察到的主裂纹并没有穿透整个试样厚度,另一方面因为应力场由缺口控制,只有随着外加载荷的增加,扩展的裂纹尖端才保持一定的应力。当两个层团的位向使裂纹从沿层扩展过渡到穿层扩展时,裂纹扩展阻力才提高。

关键词：全层TiAl基合金裂纹裂纹扩展阻力

Na,K杂质及微量Ce对8090合金裂纹扩展阻力的影响

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金属学报 1992年第3期28卷 A121-A125页

作者：孟亮张宝昌梁英张卫中田普科西北工业大学

研究了含0.05%Ce及不同Na,K杂质含量的8090合金薄板裂纹扩展阻力,探讨了合金断裂韧性及裂纹起始扩展阻力随(Na+K)含量变化的规律和微量Ce的作用,结果指出:随(Na+K)含量增加,合金裂纹扩展阻力下降;若(Na+K)含量处于一定范围内时,合金中加... 详细信息

研究了含0.05%Ce及不同Na,K杂质含量的8090合金薄板裂纹扩展阻力,探讨了合金断裂韧性及裂纹起始扩展阻力随(Na+K)含量变化的规律和微量Ce的作用,结果指出:随(Na+K)含量增加,合金裂纹扩展阻力下降;若(Na+K)含量处于一定范围内时,合金中加入0.05%Ce会改善其断裂韧性及裂纹起始扩展抗力;当(Na+K)含量过高,Ce的这种有益作用便被掩盖,Na,K对合金韧性造成危害的原因之一是可以促使T_1等相沿晶界或亚晶界析出,并促使再结晶晶粒异常长大。

关键词： A1-Li合金裂纹扩展阻力碱金属

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早龄期复合胶凝材料的裂纹扩展阻力分析

材料科学与工程学报 2005年第5期23卷 478-482页

作者：王甲春阎培渝清华大学土木工程系北京100084

研究了不同组成的复合胶凝材料硬化浆体(硅酸盐水泥,硅酸盐水泥+粉煤灰,硅酸盐水泥+矿渣,硅酸盐水泥+硅灰,硅酸盐水泥+硅灰+粉煤灰)早龄期时裂纹扩展阻力的发展,探讨了粉煤灰掺量对裂纹扩展阻力的影响。结果表明:早龄期时,在相同水胶比... 详细信息

研究了不同组成的复合胶凝材料硬化浆体(硅酸盐水泥,硅酸盐水泥+粉煤灰,硅酸盐水泥+矿渣,硅酸盐水泥+硅灰,硅酸盐水泥+硅灰+粉煤灰)早龄期时裂纹扩展阻力的发展,探讨了粉煤灰掺量对裂纹扩展阻力的影响。结果表明:早龄期时,在相同水胶比条件下,掺加硅灰使胶凝材料体系裂纹扩展阻力明显降低,在低水胶比条件下,掺加一定量的粉煤灰能够明显增加体系的裂纹扩展阻力,掺加20%的粉煤灰能使胶凝材料具有较高的裂纹扩展阻力。

关键词：胶凝材料裂纹扩展阻力粉煤灰早龄期

BNNT/Si3N4陶瓷涡轮的裂纹扩展阻力研究

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BNNT/Si3N4陶瓷涡轮的裂纹扩展阻力研究

作者：于航海济南大学

学位级别：硕士

涡轮增压器是提高发动机功率的一种装置。涡轮转子作为涡轮增压器的关键部件，其材料性能直接影响涡轮在高温高速下的使用寿命，发展陶瓷涡轮增压器是目前增压技术的革命。氮化硅(SiN)陶瓷是常用的高温高强结构陶瓷之一，但作为陶瓷材... 详细信息

涡轮增压器是提高发动机功率的一种装置。涡轮转子作为涡轮增压器的关键部件，其材料性能直接影响涡轮在高温高速下的使用寿命，发展陶瓷涡轮增压器是目前增压技术的革命。氮化硅(SiN)陶瓷是常用的高温高强结构陶瓷之一，但作为陶瓷材料，其本质脆性限制了SiN陶瓷的发展。BNNT(氮化硼纳米管)具有良好的化学稳定性、优异的力学性能和导热性能、较低的热膨胀性能和优良的抗氧化性能，尤其是BNNT特殊的管状形貌，在与SiN陶瓷材料复合时，可明显提高SiN陶瓷材料裂纹扩展阻力。本文在纤维增韧陶瓷材料的理论基础上，构建了BNNT/SiN复合材料裂纹扩展阻力的数学模型，分析了BNNT对SiN陶瓷裂纹扩展阻力的影响，并利用三点弯曲强度及单边切口梁(SENB)法测定了BNNT/SiN复合材料的弯曲强度和断裂韧性。结果表明： BNNT对SiN陶瓷有明显的升值阻力曲线行为。添加5%BNNT的SiN陶瓷的弯曲强度和断裂韧性值相比SiN陶瓷分别提高了约10%和29%，说明BNNT对SiN陶瓷的裂纹扩展有明显的阻力作用。为进一步探讨BNNT增强SiN陶瓷的裂纹扩展阻力机理，本论文利用ABAUQS有限元模拟了BNNT/SiN复合材料中裂纹偏转，钉扎，分叉，桥联尖端的应力分布情况。结果表明： BNNT可以吸收SiN陶瓷裂纹尖端的应变能，降低SiN陶瓷裂纹尖端应力，有效地阻止了应力集中。当裂纹扩展到BNNT附近时，裂纹尖端会形成强的应力屏蔽区，增加了裂纹扩展的阻力。裂纹钉扎、桥联对增加裂纹扩展阻力的作用高于裂纹偏转和分叉。观察BNNT/SiN复合材料的SEM图片也可以看出BNNT对SiN陶瓷可以起到明显的桥联和钉扎作用。本论文建立了涡轮在高速旋转下的受力分析模型，通过计算得到涡轮最大受力部位为涡轮叶片根部，这与实际破坏情况相符合。在研究BNNT增强SiN陶瓷的裂纹扩展阻力基础上，利用Dugdale-Barenblatt理论对裂纹尖端受力进行计算与分析，建立了SiN陶瓷涡轮和BNNT/SiN陶瓷涡轮的裂纹扩展阻力数学模型。计算结果表明：SiN陶瓷涡轮叶片在80000r/min就会发生断裂失效，而BNNT/SiN陶瓷涡轮叶片在转速为100000r/min时仍具有较高剩余强度，说明在抗裂纹扩展上，BNNT/SiN陶瓷涡轮要比SiN陶瓷涡轮有明显优势。运用三维造型软件Solidworks建立涡轮的三维模型，利用有限元软件ABAQUS分析了SiN陶瓷和BNNT/SiN陶瓷涡轮在高温高速下的应力分布情况，并在此基础上计算了其裂纹扩展阻力。结果表明：BNNT/SiN陶瓷涡轮转子比SiN陶瓷涡轮转子有明显的抗裂纹扩展能力，经理论计算的裂纹扩展阻力与实际动载模拟分析的裂纹扩展阻力最大误差约6.3%，验证了计算结果的准确性;在高温下，涡轮的裂纹扩展阻力变小，涡轮抵抗裂纹扩展的能力较差，由于加入BNNT增强体，BNNT/SiN陶瓷涡轮在高温下的抗裂纹扩展能力明显增强。

关键词：涡轮裂纹扩展阻力氮化硅陶瓷氮化硼纳米管有限元分析

Ⅲ型定常扩展裂纹变形场的数值模拟与裂纹扩展阻力比

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应用力学学报 1985年第3期 13-22+95页

作者：孙穆余寿文清华大学

本文讨论对于各向异性硬化材料,裂纹定常扩展过程中,Ⅲ型裂纹的有限元分析的结果.利用数值计算结果,确定了(1)理想弹塑性;(2)各向同性硬化;(3)各向异性硬化三种情况下的局部渐近解的待定系数.得到了Ⅲ型定常扩展裂纹的全场解.指出,对于... 详细信息

本文讨论对于各向异性硬化材料,裂纹定常扩展过程中,Ⅲ型裂纹的有限元分析的结果.利用数值计算结果,确定了(1)理想弹塑性;(2)各向同性硬化;(3)各向异性硬化三种情况下的局部渐近解的待定系数.得到了Ⅲ型定常扩展裂纹的全场解.指出,对于考虑各向异性硬化的材料,开口位移的近尖端断裂准则与裂纹尖端应变准则所描写的裂纹扩展阻力是不同的.它受到各向异性硬化参数M与硬化指数N的强烈影响.

关键词：裂纹尖端定常断裂准则裂纹扩展阻力扩展裂纹变形场数值模拟数值方法

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J积分平面应变裂纹扩展阻力曲线的测定

钢铁 1980年第1期 35-41页

作者：罗力更蔡其巩申辉旺汪德根

本文根据纯幂硬化材料模型导出了J积分的塑性部分,又根据的假定,试图说明常用的Jp=2Up/B（W-a）计算式的理论根据和近似性。本文搜集了本实验室对四种材料所散的J积分阻力曲线,结果表明:（1）在相当大的试样尺寸变化范围内,阻力曲线近... 详细信息

本文根据纯幂硬化材料模型导出了J积分的塑性部分,又根据的假定,试图说明常用的Jp=2Up/B（W-a）计算式的理论根据和近似性。本文搜集了本实验室对四种材料所散的J积分阻力曲线,结果表明:（1）在相当大的试样尺寸变化范围内,阻力曲线近似为材料特性（2）某些材料的起裂韧性对成分,热处理和微观组织结构不敏感,而阻力曲线则不然（3）用阻力曲线预言大试样KIC时,要区分两种类型材料,其KIC分别相应阻力曲线最高点（饱和点）和起裂点。

关键词：平面应变裂纹扩展阻力硬化材料阻力曲线积分积分学

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球墨铸铁显微组织对裂纹扩展阻力的影响

现代铸铁 2004年第3期24卷 65-66页

作者： FunakiK TakahashiT HiroseY 周长华

在裂纹第一阶段区域的附近进行了裂纹扩展试验，试验在三种不同基体组织的球墨铸铁上进行，基体组织分别为铁素体、牛眼状铁素体和珠光体，抗拉强度分别为380，500和700MPa。铁素体基体球墨铸铁的裂纹扩展速度da／dN随着应力场强度因子... 详细信息

在裂纹第一阶段区域的附近进行了裂纹扩展试验，试验在三种不同基体组织的球墨铸铁上进行，基体组织分别为铁素体、牛眼状铁素体和珠光体，抗拉强度分别为380，500和700MPa。铁素体基体球墨铸铁的裂纹扩展速度da／dN随着应力场强度因子△K的下降而连续下降；另一方面，牛眼状铁素体和珠光体基体的球墨铸铁在裂纹扩展速度da／dN-△K图上呈现出不连续下降。将试验结果与根据断裂力学计算出局部裂纹尖端的△K计算结果进行了比较。在从da／dN-△K图上在不连续下降的下段△K的计算结果与假定裂纹尖端拉一压区域有一颗石墨球用断裂力学计算出的结果相当吻合。但是，如果假定在周期性的应力集中区域含有多个始末颗粒，铁素体基体球墨铸铁的计算值小于△Km。可以相信球墨铸铁的疲劳断裂机理受到石墨颗粒间距，裂纹尖端塑性区域和石墨颗粒周围的应力集中的显著影响。

关键词：球墨铸铁显微组织裂纹扩展阻力裂纹扩展试验