复杂应力下球墨铸铁断裂机理的试验研究

摘要

球墨铸铁材料广泛应用于工程中，其力学性能受很多因素的影响，尤其对其在复杂应力下的断裂机理，由于受试验条件的限制，研究还不充分。本文通过对LZQT400-15球墨铸铁在单向拉伸、纯扭、单轴压缩以及拉/扭双轴受力状态下的断裂破坏试验，研究球墨铸铁在复杂应力状态下宏观断裂形式与细观断裂机理；对球墨铸铁材料的研究，揭示金属材料的断裂机理。本文首先根据研究目的设计试验的加载方式，应用试验设备以及试件的形状和尺寸大小；然后按照设计方案以及目的进行复杂应力状态下的断裂试验；再把试件的断口通过扫描电镜(SEM)观察复杂应力下石墨与基体界面断裂微观过程，分析讨论裂纹扩展方向、石墨球与基体的断裂及石墨在基体中的作用；然后分析其力学性能，进行复杂应力状态应力场的计算，研究在应力场中应力应变的关系；最后应用应力状态参数——应力三维度建立金属材料断裂机理判据。通过试验及分析讨论可以得到以下结论：1．球墨铸铁在复杂应力下断裂过程首先是石墨—基体界面裂纹的萌生与扩展，微裂纹的传播总是沿着材料构造弱面扩展。2．在不同的应力状态下，球墨铸铁有着不同的断裂机理，单向拉伸时为正断，在扭转和单向轴压分别为有孔洞剪断和塑性剪断机制，在不同的拉/扭组合应力下，正断与有孔洞剪断共存，所占面积的比率不同。3．受材料特性不同与应力状态变化的影响，材料断裂过程中物理机制会出现变化，构件发生不同的断裂形式。4．金属材料的断裂机理分为：正拉断、有孔洞剪切断裂和无孔洞剪切断裂三种断裂机制，对于不同物理机制的断裂，应力三维度存在着分界值，其值与材料特性有关，不同材料的应力三维度分界值将不同。

目录

摘要

Abstract

1. 绪论

1.1 前言

1.2 传统强度理论

1.3 断裂力学发展及研究现状

1.4 断裂力学与材料学科的结合─细观力学

1.5 球墨铸铁的发展以及研究现状

1.6 本文的主要工作

2. 球墨铸铁材料在复杂应力下断裂试验

2.1 前言

2.2 球墨铸铁材料在复杂应力下断裂试验

2.3 断裂试验

2.4 试验断口宏观分析

2.5 本章小结

3. 球墨铸铁材料在复杂应力下断裂试验细观分析

3.1 前言

3.2 细观断口分析

3.3 球墨铸铁中石墨球与基体的界面断裂

3.4 本章小结

4. 金属材料断裂机理研究

4.1 前言

4.2 受力构件中应力状态对破坏的影响

4.3 应力三维度

4.4 球墨铸铁断裂试验数据处理

4.5 不同断裂形式控制参数的分析

4.6 本章小结

5. 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表论文