工程陶瓷单晶压痕边缘破碎理论研究与机理分析

通过单晶压痕边缘破碎实验,研究陶瓷发生边缘脆性破裂整个过程的力值变化,结果表明:压痕距边缘距离越小,压力施载速度越快,发生边缘破碎的脆性断裂力值越小。结合单晶压痕应力场数值模型和有限元仿真,分析了陶瓷材料受不同条件的外加载压力作用下的应力场分布和失效条件,其所得结论与实际结果一致。通过对压痕部位和边缘破碎部位显微形貌观察,证明边缘破碎缘于裂纹失稳扩展和贯通,并运用线弹性断裂力学理论分析了边缘破碎机理。     

仪器柔度标定误差对杨氏模量压入识别的影响

针对材料杨氏模量仪器化压入识别的2种代表性方法——Oliver-Pharr方法和Ma方法,通过有限元数值模拟分析了仪器柔度标定误差对杨氏模量识别精度的影响。结果表明：仪器柔度及压入载荷越大,由标定误差导致的杨氏模量识别误差越大;当材料较软且压入深度较大时,仪器柔度的标定误差甚至可能导致材料杨氏模量的识别结果为负值;通过比较证明,Ma方法比Oliver-Pharr方法具有较低的仪器柔度敏感性和较高的测试精度。     

压入法中的接触问题

针对表面工程中测量膜基材料性能或结合强度的压入法,分析了其实验过程中所涉及的重要而又困难的接触问题。在引入适当的假设后,文中首次对二维、三维问题等一般情况,分别给出了控制接触的边界条件方程,并进一步使用半解析的数值方法——线法,针对二维情况使用,球形压头和楔形压头分别进行了数值模拟,并将计算结果和不考虑接触情况下的结果进行了比较结果表明:剪应力差别巨大,这说明接触问题的考虑对于正确地处理实际问题是非常必要的。     

剪刀撑水泥砂浆网薄层加固砌体墙体拟静力试验

主拉应力破坏是砌体结构在地震荷载作用下最常见的一种破坏形式,剪刀撑水泥砂浆网薄层加固法就是针对砌体结构抵抗主拉应力不足的一种加固方法。为了考察该方法加固砌体墙体的受力性能及加固效果,对6片砂浆强度不同、加固方法不同的墙体试件进行了拟静力试验。试验结果表明：剪刀撑水泥砂浆网薄层加固法能够明显提高砌体墙体的抗剪承载力;该方法更适合于加固砂浆强度较低的砌体墙体;采用该方法加固后的砌体墙体破坏形式以剪切滑移破坏为主;加固面层能够与原有墙体较好地共同工作。目前剪刀撑水泥砂浆网薄层加固法是一个崭新的课题,该拟静力试验给出的试验分析结果和建议可供相关研究和加固工程设计参考。     

基于仪器化压入技术的结构陶瓷材料断裂韧性测试

利用自主研制的仪器化压入仪,采用Vickers压头对氮化硅和氧化锆2种结构陶瓷进行了仪器化压入试验,通过压入载荷-深度曲线可识别材料的弹性模量E,通过测量压痕对角线直径可确定材料的维氏硬度HV,再通过测量压痕裂纹扩展长度即可得到材料的断裂韧性KIC,实现了在单一压入仪上基于Vickers压头对结构陶瓷材料断裂韧性的测试。与传统压痕法利用硬度计或纳米压入仪测试陶瓷材料断裂韧性相比,试验更简单快捷,可靠性高,同时测得信息量也更为丰富。试验测得2种结构陶瓷的断裂韧性分别为4.77～5.82 MPa.m1/2和7.22～8.94 MPa.m1/2。     

边界条件对复合材料层合板准静态压痕损伤的影响

在实际的服役过程中,飞机用复合材料层合板通过四边铆接的方式与飞机金属框架进行连接,其受力时的边界条件为四边固支。以实际应用背景为基础,分别从分层损伤扩展模式、接触力、凹坑深度、损伤宽度四个方面系统地比较了四边固支和四边简支两种边界条件下,复合材料层合板准静态压痕损伤的区别。结果表明以上四种变量在两种边界条件下均存在明显差异,可为基于实际应用的复合材料准静态压痕损伤研究提供实验依据。     

剪刀撑水泥砂浆网薄层加固低强度砂浆砖砌体拟静力试验

对低强度砂浆砖砌体墙片经过剪刀撑水泥砂浆网薄层加固后,与未加固砌体墙片在相同竖向压应力下进行拟静力对比试验。试验结果表明,对于砂浆强度很低的砌体,剪刀撑水泥砂浆网薄层加固能有效增强砌体的抗震性能,其极限荷载、极限位移、抗侧刚度均比未加固墙体有明显提高,延性比有所降低。在此基础上讨论了剪刀撑水泥砂浆网薄层加固砌体结构墙体的抗剪承载力计算模型,并提出了抗剪承载力建议公式,公式值与试验值符合较好。结论可为公程设计人员提供参考依据。     

弹(箭)体级间连接结构准静载失效实验与数值预示

级间螺栓法兰连接是导弹(火箭)常见的连接方式,但破坏了整体结构连续性,且承载能力薄弱,在外荷载作用下易发生失效而使整弹(箭)结构强度丧失。根据实际导弹(火箭)连接结构特点,简化设计并制作了一组原理性实验件,设计了准静载加载实验测试系统和螺栓响应信号传感器,进行了两次准静载失效实验,并利用ABAQUS软件建立了对应的有限元仿真模型。根据实验效果和实测数据,分析了连接结构在准静载荷载作用下的失效机理,并对比验证发现有限元模型数值模拟效果和精度与实验吻合较好。研究结论可为弹(箭)体级间连接结构承载能力和失效实验设计提供参考。