木材横纹理断裂及强度准则

以杉木为研究对象从宏观和微观上研究了木才横纹断裂的性质，并阐述了木才的强韧机理。研究表明：木材横纹Ⅰ型裂纹扩展方式是先沿纤维开裂伸展，然后再沿横截面作韧性断裂，其扩展过程分线性、稳定和非稳定性3个阶段；顺纹启裂时的断裂韧性与试件尺寸无关，是木材的固有属性；木材因其多胞及纤维增强的多层胞壁结构，而具有很强的抗横断韧性，不会因裂尖应力奇异性而发生低工作应力破坏，故在对含横纹理裂纹的木构件作安全设计时，建议仍采用传统的强度准则，考虑净尺寸上的常规强度即可。     

竹材的层间断裂性质

研究毛竹材的张开型和剪切型层间断裂行为,并基于能量原理,采用双悬臂梁和端部切口弯曲梁试样测定毛竹材顺纹向的Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂韧性GⅠC、GⅡC.结果表明:1)竹材的Ⅰ和Ⅱ型层间断裂韧性是材料固有的属性,分别表征毛竹材对张开型裂纹和剪切型裂纹在层间扩展时的阻力;2)Ⅰ型裂纹扩展区域沿轴向具有光滑纤维与平整基体的特征.表明竹材基本组织强度及竹纤维/基本组织体间的界面强度较弱;Ⅱ型裂纹扩展区域中基体出现锯齿形受剪切变形的特征,表明基本组织在断裂前产生较大的剪切变形,故后者较前者吸收更多的断裂能(GⅡC≈2.5GⅠC).从整个断口形貌来看,裂纹扩展是在基体间和纤维,基体的界面上进行的,均为自相似断裂且无纤维桥联现象.     

SiC-W层状复合材料增韧机理分析

为分析SiC－W层状复合材料增韧性机理，对以SiC陶瓷胶片为基体层，金属W为夹层的SiC－W层状复合材料进行了力学性能测试，并用电镜法得到其断面显微结构照片。试验结果表明：1）与SiC单材料断裂韧性相比，SiC－W层状复合材料的断韧性增大；2）在基体层厚度不变，夹层厚度为10－50μm时，SiC－W层状复合材料的断裂韧性随夹层厚度的增加而增大，而抗弯强度随之下降；3）材料在不同方向断裂韧性不同。SiC－W层状复合材料裂韧性增大的原因是：1）夹层晶体颗粒大于基体体层的，其沿晶断裂形式延长了裂纹扩展路径；2）断裂过程中有晶片拨出消耗了能量；3）二级层状结构中片层间的微裂阻止了断裂裂纹的扩展。     

竹材Ⅲ型层间的断裂韧性

采用改进设计的端部切口悬臂梁(SCB)装置,试验测试毛竹(Phyllostachs pubescens)Ⅲ型层间断裂性质,并分别用柔度法和面积法计算其Ⅲ型层间断裂韧性值。结果表明:(1)采用柔度法和面积法得到的Ⅲ型层间断裂韧性,分别为2.38 N·m~(-1)(标准差0.74 N·m~(-1))、2.20 N·m~(-1)(标准差0.36 N·m~(-1)),前者略高于后者,但方差分析差异不显著;(2)二种方法测得的Ⅲ型层间断裂韧性,基本上与裂纹尺寸无关,说明层间断裂韧性是竹材的一种基本性质;(3)对竹材断面的观察发现,Ⅲ型层间裂纹在未木质化的短型基本组织细胞中的扩展是伴随着胞壁的撕裂,但在已木质化的长型基本组织细胞之间和纤维束之间,裂纹是沿胞间层扩展的。     

维尼纶纤维增强石膏基复合材料力学性能研究

研究了石膏基复合材料的结构、耐水机理和物理力学性能.结合弯曲载荷变形曲线,分析了维尼纶纤维增强石膏基复合材料的断裂机理;利用扫描电子显微镜,分析了复合材料界面性能.结果表明:石膏基复合材料实现了单一的结晶到晶胶共生的结构转变,材料的强度和耐水性得到改善;维尼纶纤维能提高复合材料的抗折强度、断裂能、断裂韧性和冲击韧度;维尼纶纤维增强石膏基复合材料断裂过程可分为3个阶段:基体断裂、纤维脱粘和纤维拔出;纤维和基体间界面结合强度较弱.     

纳米Al2O3粉及Al2O3基纳米晶复合陶瓷断裂韧性的研究

陶瓷材料具有高硬度，耐磨，耐腐蚀及耐高温等特点，但其脆性问题始终困绕着人们，近年来的研究发现，当陶瓷材料的晶粒变得很细小时，其强度和断裂韧性均有很大程度提高。本文研究了纳米Ａｌ２Ｏ３粉的制备及民型，烧结，研究了用纳米粉Ａｌ２Ｏ３烧制成的纳米晶Ａｌ２Ｏ３基复合陶瓷的断裂韧性与其晶粒尺寸间的关系。     

带裂纹源悬垂管道跨越的优化设计

本文通过分析悬垂管道跨越的特点及受力情况,引入断裂韧性约束条件,建立以造价最省为目标的优化模型,编制出了该种跨越形式通用的优化程序。对一些工程实例及算例的分析表明:①管道部分的造价占很大比例,因此,算法(1)和(2)具有一定的实际意义。②对中、低强度材料,脆性断裂判据不起作用;当材材强度由低到高变化时,强度约束逐渐减弱,断裂韧性约束逐渐增强,因此,对中、高强度材料必须同时考虑强度条件和断裂韧性条件,以确保其安全性。文中指出,用该程序进行悬垂管道跨越的设计计算要比现行计算方法更为准确,所得结果更为经济。     

人工林杉木，马尾松木材的断裂韧性

参照美国标准E399（ASTM1981）和我国国家标准“金属材料平面应变断裂韧性KIC的测试方法”对人工林杉木，马尾松的断裂韧性进行测试，结果表明，含有TL型裂纹的杉木断裂韧性为4．812MPa.mm^1/2，马尾松的断裂韧性为9．667MPa.mm^1/2，裂纹体的几何形状，尺寸对木材的断裂韧性无显著影响，为保证满足平面应变状态和测定值的稳定性，试件厚度推荐值为20－30mm(视木材年轮宽窄而定）。     

X80大口径三通低温断裂韧性试验

油气管道站场用管要求具有较高的低温抗断裂性能,尤其是三通等管件的壁厚较大,尺寸效应显著。为了确定低温服役的X80大口径三通的适用温度和壁厚,通过夏比冲击、落锤撕裂和三点弯曲试验研究了X80大口径三通的低温断裂韧性和尺寸效应,并利用失效评估图技术进行安全评估。结果表明：X80大口径三通具有较好的低温夏比冲击性能,但抵抗低温裂纹长程扩展的落锤撕裂性能较差。试验温度高于-20℃时,随着壁厚增大,DWTT断口剪切面积减小,在20℃、0℃和-10℃试验温度下的50％剪切面积临界壁厚分别为26mm、25mm和22mm。利用三点弯曲试验测得的低温断裂韧度计算的X80三通失效评估点均在安全区域内,而且有一定的安全裕量。（图7,表3,参12）     

金属材料动态断裂韧性测试装置设计

本文在Hopkinson压杆测试系统的基础上设计并制造了一套有自己特点的动态断裂韧性测试装置，测试结果表明该装置是有效的。