PBX 中颗粒与黏结剂之间的脱黏预测是非常重要的，因为更复杂的应力分布与脱黏破坏有关。他们认为，随着HMX 颗粒体积分数的增加，PBX 断裂阈值降低。Wang等［70］进一步发展了HMX 晶体及其黏合剂和界面的损伤模型，研究了PBX 9501 的动态力学行为和细观损伤演化机理。图1－5PBX 细观破坏模式1—界面脱黏；2—穿晶断裂；3—颗粒挤压升温......
2025-09-29
细观裂纹演化特性分析方法
【摘要】：图2.8给出了某一构件焊接区域内裂纹型缺陷在加载过程中的X－CT扫描结果。图2.10二值化处理前后的裂纹图像图2.11试样应力－应变曲线图2.12试样变形过程中细观裂纹扩展过程由图2.12可以看出，试样变形过程中的细观损伤演化表现为其内部裂纹的萌生、扩展及聚合，其中以原有裂纹的扩展和聚合为主，同时也有部分新的细观裂纹萌生，新裂纹萌生的位置往往是原有裂纹分布相对较少的位置，随着变形的增加，裂纹分布逐渐集中于一条带状区域内。
三维重构图像中缺陷是根据缺陷体积量化出来的，由于初始裂纹缺陷几何形态所致，一些小的裂纹虽然存在于焊接区域，但由于体积很小的原因，如图2.5中的细观裂纹并不能在三维重构图像中表现清楚，但可通过二维剖面图观测到。并且随着试样的变形裂纹不断扩展，其体积也不断增加，当裂纹体积增加到一定程度时，便可在三维重构图像中清晰显示其形貌特征。图2.6就是初始细观裂纹和其中的部分裂纹扩展之后的三维形貌。
图2.6 裂纹扩展形貌的扫描图像
细观的裂纹型缺陷是在焊接应力及其他因素共同作用下，焊接接头中局部区域的金属原子结合力遭遇破坏而形成的新界面而产生的缝隙。这些缺陷通常不是独立存在，而是多条裂纹同时共存于某一区域内。细观裂纹作为焊缝区域最常见缺陷形式之一，其实也是最危险的缺陷形式之一；当焊接区域出现应力集中时，裂纹的扩展会显著减少所在截面的承载能力。同时，这类含细观裂纹的焊接构件在服役过程中，细观裂纹的扩展、融合、合并就会形成宏观裂纹，宏观裂纹的扩展就会导致焊接构件发生脆性断裂。
裂纹型缺陷，尤其是早期的微裂纹（如图2.5）及连通至表面的边裂纹很难在三维重构图像中清晰地识别。因此，需要对二维断层图像进行处理来发现在三维重构图像被忽略的裂纹型缺陷。图2.7给出了构件中裂纹型缺陷在试样加载过程各荷载水平下的X－CT扫描二维断层图像（Y－Z面），图中标注表示扫描次序和加载的最大载荷。
图2.7 试样在加载过程中裂纹型缺陷的形貌变化
由图2.7可以发现，试样加载过程中，内部裂纹型缺陷的演化过程表现为：在前期裂纹型缺陷发展非常缓慢，几乎没有显著的改变；但加载后期出现了显著扩展。
图2.8给出了某一构件焊接区域内裂纹型缺陷在加载过程中的X－CT扫描结果。从中可以发现裂纹型缺陷的形貌变化过程：随着载荷增加，初始裂纹在长度方向和厚度方向均有不同程度的增大；同时邻近裂纹有贯通的趋势，且部分裂纹在观测范围内发生贯通。
图2.8 构件焊接区域内裂纹型缺陷形貌变化
图2.9给出了该构件在加载过程焊接区域内缺陷体积的变化趋势，同时列出缺陷体积与应力的关系曲线。定量分析裂纹型缺陷的缺陷总体积的演化过程，可发现与其形貌演化图（图2.7）相似的规律：裂纹总体积的演化在0～500MPa应力阶段经历了一段几乎未有显著变化的缓慢发展后，在应力达到547 MPa后，裂纹总体积进入快速发展的阶段。裂纹型缺陷体积在演化后期近似按照指数规律增长，且增长速率不断加快。(https://www.chuimin.cn)
可以发现，随着应力的增加，裂纹长度不断增大，观测范围内裂纹的最大长度是初始裂纹长度的近20倍，裂纹型缺陷长度发生了跨数量级的增长。
图2.9 构件中裂纹型缺陷体积变化过程及与应力的关系
综合分析裂纹型缺陷的演化过程，可得出如下结论：裂纹型缺陷体积在演化发展过程中存在应力临界值，应力临界值前体积发展缓慢，应力临界值后体积进入快速增长时期，且增长趋势与应力呈指数关系；邻近的裂纹型缺陷在演化发展过程中有贯通的趋势。
通过X－CT对裂纹观测直接记录的扫描原始二维图片为灰度图，清晰度比较差。需要经过像素范围截取、灰度变换后，进行二值化处理可以进一步提高清晰度。如图2.10所示的是含裂纹的灰度图像与二值化处理后的对比，可见经过处理后的图像大大提高了清晰度，更有利于对裂纹扩展过程进行分析。对含细观缺陷的焊接试样加载过程中的各阶段测试试样内部的细观裂纹扩展状态。图2.11给出了试样应力－应变曲线和变形各阶段的测试点位置。
图2.12给出试样在变形过程中损伤区域内部的裂纹扩展图像。图中的裂纹扩展形态（a）～（h）分别对应于在图2.11中变形曲线上的各测试点测得的内部裂纹扩展状态。可以看出，随着试样塑性变形的增加，损伤区内部不断发生细观裂纹的扩展和聚合，同时也有新的细观裂纹萌生，在试样失稳断裂之前，试样虽然保持着较强的承载能力，但其内部裂纹演化已相当严重。
图2.10 二值化处理前后的裂纹图像
图2.11 试样应力－应变曲线
图2.12 试样变形过程中细观裂纹扩展过程
由图2.12可以看出，试样变形过程中的细观损伤演化表现为其内部裂纹的萌生、扩展及聚合，其中以原有裂纹的扩展和聚合为主，同时也有部分新的细观裂纹萌生，新裂纹萌生的位置往往是原有裂纹分布相对较少的位置（如图2.12（d）、（f）中虚线圆框的位置），随着变形的增加，裂纹分布逐渐集中于一条带状区域内（如图2.12（h）中虚线方框位置）。c点之前损伤演化以现有裂纹扩展为主，c点之后随着塑性变形的增加，不断有新的裂纹萌生，以及原有裂纹的扩展和聚合。当变形达到d点时，裂纹分布逐渐呈现出垂直于载荷方向的带状分布，随着塑性变形的增加，损伤演化基本都发生于带状范围内，其他位置不再发生损伤演化，实验证明试样最终也断裂于这一带状范围之内。相比位于截面中间位置的裂纹，位于截面边缘且垂直于载荷方向的裂纹扩展速度较快，且扩展方向明确，最终造成试件由此断裂，由此可见边缘裂纹对试样破坏的影响更大。细观裂纹演化后期，虽然裂纹的萌生、扩展和聚合都集中在一个带状区域内，但在这一带状区域内，裂纹的长度和位置仍呈现出随机分布的几何特征。
相关文章
- 详细阅读
-
高聚物黏结炸药细观损伤的实验研究详细阅读
在PBX 细观损伤的实验研究方面，国内外众多学者已有过不少的研究。Palmer 等［19］和Chen 等［20］在对PBX 间接拉伸的实时显微实验中观察到了颗粒断裂、界面脱黏、黏结剂基体开裂等多种损伤破坏形式。Chen 等［21］和Palmer 等［19］对PBX 的破坏性质进行了研究。Rae 等［23］首次将高灵敏度的云纹干涉法应用到PBX 材料的细观变形破坏研究，主要将巴西实验与云纹干涉法相结合。......
2025-09-29
-
真实结构细观模型优化探讨详细阅读
对PBX 表面进行打磨、抛光、喷金等处理后，利用SEM 装置即可得到PBX 的细观结构照片。然而，SEM 照片是PBX 局部位置放大的物理图像文件，就其自然格式而言，计算机中的物理图像文件是不能直接用来处理的，必须先对它进行数字图像处理。如图7－3 所示的PBX 炸药颗粒呈黑色，黑色的灰度值比较低；而黏结剂呈灰白色，所属的灰度值比较高。真实结构的颗粒体积分数为90%。图7－3PBX 炸药的SEM 图与有限元网格模型SEM 图片；有限元网格模型......
2025-09-29
-
随机分布规则下的颗粒细观结构模型详细阅读
应用MATLAB 程序编写完成了炸药颗粒圆形随机分布模型，图7－1 所示为炸药颗粒体积分数分别为30%～80%的细观模型。该程序的主要思想是在一定区域内，随机生成若干个数组作为圆心的坐标，而圆形的半径是自由设定的，由此生成若干随机圆形，以此代表炸药颗粒。将这些命令流直接复制粘贴到ANSYS 的命令行中即可完成模型的建立。因此，为了提高炸药颗粒体积分数，更好地模拟真实PBX 的有效力学性能，建立了炸药颗粒六边形规则分布模型。......
2025-09-29
-
金属结构焊接区微观缺陷与演化特性分析详细阅读
发生在钢结构的焊连接处等易损部位的损伤演化过程是一个细观层次上的初始缺陷演化成宏观损伤的过程，在这个过程中，微细观缺陷附近首先产生应力集中，局部高应力的作用驱使微细观缺陷演化为更大的缺陷，并最终导致构件或结构的破坏。......
2025-09-30
-
黏聚裂纹模型探究详细阅读
矢量b＋和bα可以表示为2.黏聚应力与软化曲线黏聚裂纹模型主要开裂方式是Ⅰ型裂纹。单元的破坏准则采用最大拉应力的破坏准则，当黏聚应力高于拉伸强度时，开始计算裂纹张开位移。黏聚裂纹模型计算时，裂纹必须沿单元寻找其路径，在这些被选中的单元中，最大主应力至少应超过拉伸强度一次。......
2025-09-29
-
裂纹形成机理的探究详细阅读
图5.24混凝土介质内压力分布图5.25观测点E处压力时程曲线压碎区A点处等效应力、失效应力与损伤因子变化时程曲线如图5.26所示。图5.27裂纹区B点处等效应力、失效应力与损伤因子变化时程曲线拉伸破坏区C点处等效应力、失效应力与损伤因子变化时程曲线如图5.28所示。可以看出，压力峰值衰减至2 MPa，等效应力始终小于材料失效应力，混凝土介质只产生弹性变形而不产生损伤。......
2025-09-29
-
观复国学·九歌-观复国学·第四册详细阅读
题解《九歌》是屈原十一篇作品的总称。“九”是泛指，非实指。《九歌》本是古乐章名。也有人认为《九歌》是屈原在民间祭歌的基础上加工而成的。关于湘君和湘夫人为谁，多有争论。二人为湘水之神，则无疑。这首诗是祭湘君的，以湘夫人的语气写出，写她久盼湘君不来而产生的思念和怨伤之情。译文湘君啊你犹豫不走，因谁停留在水中的沙洲？......
2025-09-29
相关推荐