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大多尺度钎焊接头断裂韧性测定方法学创新练答生辩答辩人：刘思琪训课题背景•来源于蒋文春老师国家自然科学基金点阵夹层结构高温蠕变强度设计理论。主要研究了对多尺度钎焊接头断裂韧性的测定方法。•钎焊技术在换热器，反应器中得到广泛应用，但是因为钎焊接头部位由于结构不连续、应力集中等因素往往成为裂纹萌生的位置，成为威胁航空发电机，核反应装置等大型设备安全的危险点。因此对于装控专业来说，研究钎焊接头断裂韧性具有很大的实际意义。国内、外研究现状及发展现状现有基础创新点、项目特色项目简介技术路线及方法技术路线发展现状创新特色项目简介目的项目简介内容mainidea研究目的：本项目拟针对多尺度钎焊接头断裂韧性的测定方法进行研究，设计一种满足特殊试验要求的试样，设计并建立完整的测试装置，并以304不锈钢钎焊接头为例完成断裂韧性测试试验和金相试验，验证试验装置和方法的可行性，并对钎焊接头断裂的机理进行分析。研究内容：本项目拟进行的研究内容主要分为以下几个方面：1.钎焊接头断裂韧性的测试方法研究（1）试样的设计和要求；（2）试验装置的设计和设备选取要求；（3）多尺度钎焊接头预制疲劳裂纹的方法；（4）断裂韧性的计算方法并借助ABAQUS进行相关参数校正；（5）试验数据的后处理方法。2.304不锈钢钎焊接头的断裂韧性测试试验（1）钎焊板材的制备和试样的加工；（2）采用对试样施加双向压紧力的方式预制疲劳裂纹；（3）进行准静态试验过程获得载荷—裂尖张开位移曲线。3.304不锈钢钎焊接头的断裂界面金相实验（1）断裂界面的预处理（2）借助电子显微镜观察断裂的模式并进行机理分析MainPoint发展现状创新特色技术路线项目简介发展现状创新特色技术路线项目简介说明图MainPoint发展现状创新特色技术路线项目简介目前关于均质材料断裂韧性的测试方法已经很成熟，并建立了被广泛接受的测试规范。但是关于层间结构物特别是像钎焊接头这种具有多尺度结构特性材料尚未建立完善的断裂韧性测试方法。发展现状创新特色技术路线项目简介国内外很多学者都开展了焊接接头、复合板等层间结构的断裂韧性测试及断裂机理方法研究。闫淑卿等人采用对比试验的方法测定了活塞合金ZL108平面断裂韧度，并对提高合金断裂韧度的方法进行了探索；许敬年根据英国标准BS7448,采用三点弯曲试样测定了X70钢焊接头的断裂韧性并对焊缝、热影响区和木材的断裂韧性值进行了对比分析；像.R.PHILIPS等人就行了不锈钢钎焊接头的微观组织演变机理进行了研究。创新特色随着有限元数值模拟技术的发展，有限元模拟和实验相结合的方式越来越得到研究人员的广泛青睐，很多学者借助此方法开展了层间物断裂韧性的研究。S.K.VERMA、AndreaGilioli、MasayukiKamaya等人均采用数值和试验相结合的方式测定了不同层间结构物的断裂韧性。发展现状技术路线项目简介目前的断裂韧性测试方法中，试验之前都需要预制疲劳裂纹。但是传统的疲劳裂纹预制方法对于钎焊接头这种多尺度结构不再适用。理想的钎焊接头断裂路径应是钎焊层中间面，但是传统疲劳试验机根本无法预制出这样的裂纹。N.R.Philips提出了一种在试样上施加双向压紧力的方法来预制裂纹，解决了上述的问题。发展现状创新特色技术路线项目简介※本项目拟基于这种方法，设计一种双悬臂梁型试样和一套钎焊接头断裂韧性测试装置，并结合数值模拟方法和理论分析建立钎焊接头断裂韧性的测定方案。但是由于多尺度问题的影响，按照先前的方法，钎焊接头在预制裂纹过程中很难得到理想的预制裂纹。传统的疲劳裂纹预制方法对于钎焊接头这种多尺度结构不再适用，这会导致试验难以进行。多尺度接头的焊缝只有50-200um。裂纹理想的断裂路径应是钎焊缝中间面，但是传统疲劳试验机根本无法预制出这样的裂纹。从而导致对断裂韧性的测量不准确。发展现状创新特色技术路线项目简介创新特色技术路线项目简介发展现状因此，本项目设计了一种双悬臂梁型试样，采用楔形块加载的方式，以304不锈钢钎焊接头为例进行准静态试验过程，获得钎焊接头的载荷与裂尖张开位移的关系曲线，从而计算得到断裂韧性，并对钎焊接头断口进行组织观察，分析钎焊接头的断裂模式和机理。※本项目的创新点及特色主要有：1.设计了一种可以楔形物加载的DCB试样；2.提出了一种施加双向压紧力的疲劳裂纹预制方法；3.建立了一套完整的钎焊接头断裂韧性试验装置创新特色技术路线项目简介发展现状发展现状创新特色技术路线项目简介发展现状创新特色技术路线项目简介本项目拟解决的关键问题主要有：（1）借助ABAQUS进行断裂试验相关参数校正；（2）确定预制裂纹施加的双向预紧力；（3）整套实验装置的设计和准静态试验过程。项目实施细节现有基础：项目指导老师蒋文春副教授长期从事化工过程机械、结构完整性等相关研究工作，特别是在焊接结构的完整性研究方面取得了很多的研究成果先后在国内外期刊发表论文50余篇，其中SCI收录30余篇，获授权发明专利5项。项目申请人是化工装备与控制专业2013级学生，专业知识扎实，具有较好的力学功底，正在学习断裂力学和结构完整性相关知识，项目组其他成员也都具有较强的理论功底和分析解决问题的能力，熟练使用CAD工程制图，并具有很好的实验动手能力。项目实施细节已具备的条件，尚缺少的条件及解决方法：目前，项目组具有扎实的理论基础，并形成了切实可行的项目实施方案，理论计算和数值模拟技术成熟。但是项目组目前没有可以完成钎焊接头断裂韧性试验的整套试验设备，但是具有进行金相试验的设备，此问题需要得到解决。项目实施细节（1）项目研究进度安排：起止时间研究内容阶段目标负责人2014.12~2015.2查阅资料，设计满足试验要求的实验，提出试验装置设计方案完成试样设计和试验装置总体设计，绘制相关CAD图，提交专利申请王超2015.3~2015.6研究断裂韧性试验测定和计算方法，学习软件ABAQUS的使用，掌握相关技术掌握裂纹预制方法和相关参数有限元校正方法薛瑞琪2015.7~2015.10撰写总体试验方案，联系厂家购买相关设备、加工钎焊接头试样给出试验方案，加工试样胥立、刘思琪2015.11~2016.2进行钎焊接头断裂韧性试验预紧力的确定、预制裂纹、获得实验数据黄义鸿、刘思琪2016.3~2016.4进行钎焊接头断面组织观察和断裂机理分析计算304不锈钢钎焊接头断裂韧性，分析断裂机理王超、刘思琪2016.5~2016.6总结项目研究结果，撰写研究报告项目研究报告王超项目实施细节（4）经费预算：预算经费总额13000开支科目预算经费（元）主要用途材料费5000购买母材、钎料以及其他耗材加工费2000试样制备、预制裂纹试验设备费2500购买欠缺设备，设备使用费资料费、专利费2000购买资料，申请专利差旅费1500差旅谢谢