为了探究不同高度条形缺陷的梁构件动态裂纹扩展规律, 在三点弯曲梁中设计高度分别为22 mm、28.5 mm、35 mm的条形缺陷, 通过数字激光动态焦散线实验系统和落锤冲击试验系统进行研究。结果表明: 不同高度条形缺陷的三点弯曲梁在落锤冲击实验中, 裂纹扩展速度和应力强度因子受缺陷高度影响分两个阶段。第一阶段随着缺陷高度的增加, 裂纹最大扩展速度分别为247.49 m/s、292.49 m/s与284.99 m/s, 呈现先上升后趋于稳定的态势, 起裂应力强度因子随着缺陷高度的增加而变大, 分别为1.480 MPa/m3/2、1.665 MPa/m3/2、1.812 MPa/m3/2; 第二阶段随着缺陷高度的增加,裂纹起裂扩展速度逐步减小分别为634.42 m/s、524.97 m/s、377.67 m/s, KⅠ型起裂应力强度因子逐步减小分别为3.281 MPa/m3/2、3.192 MPa/m3/2、2.876 MPa/m3/2, KⅡ型起裂应力强度因子逐步增大分别为1.254 MPa/m3/2、1.319 MPa/m3/2、1.398 MPa/m3/2, KⅠ-KⅡ复合型应力强度因子经偏转化为KⅠ型应力强度因子。研究结果可为不同形状和不同位置的缺陷构件的动态响应问题提供理论参考。

为明晰残余应力对定向能量沉积（DED）成形316L奥氏体不锈钢疲劳裂纹扩展行为的影响机制，笔者通过与传统316L不锈钢热轧板材疲劳裂纹扩展速率的对比，研究了热处理工艺对DED 316L奥氏体不锈钢件疲劳裂纹扩展速率的影响，并采用有限元方法探究了残余应力对应力强度因子和有效应力比的定量化影响规律。结果表明：有限元法得到的疲劳寿命与试验结果吻合得较好，疲劳寿命预测误差约为4.71%。基于Walker公式的残余应力强度因子K_res通过增加有效应力比影响DED不锈钢件的疲劳裂纹扩展速率。当循环载荷应力比为R=0.1时，DED不锈钢件的有效应力比R_eff为0.122，而经去应力热处理的DED不锈钢件的有效应力比R_eff降为0.117，从而降低了DED不锈钢件的疲劳裂纹扩展速率。

在煤矿瓦斯治理工程中，预裂爆破是改善低透气性煤层渗透率的有效措施之一，其效果取决于爆破裂纹的产生与扩展程度。为研究低透气性煤层预裂爆破裂纹产生与扩展的特征及规律，将爆破过程看作平面应变问题，基于HJC模型、HIGH_EXPLOSIVE_BURN材料模型和JWL状态方程，构建了深孔预裂爆破数值模型，并采用六面体单元进行网格划分；基于此，采用LS-DYNA软件对数值模型进行解算，分析了爆破孔周围破碎区和裂隙区的产生与发展过程，探讨了爆破孔周围煤体的裂隙与应力变化特征；最后，针对煤层预裂爆破参数选取，给出了合理化建议。研究表明：采用2号岩石乳化炸药，药卷直径94 mm，炮孔直径120 mm的爆破条件下，爆破产生的破碎区范围为1.43 m×1.25 m，裂隙区半径约为3.4 m，主裂隙长度为2.0~2.62 m；爆破孔与控制孔连线方向主要受压应力作用，切向受拉压应力作用，控制孔左右两侧切向受拉压作用显著；不同炮孔先后爆破产生的应力波与裂隙区应力场发生叠加，对裂隙的产生发展具有一定影响；煤层预裂爆破的合理布孔参数需综合考虑煤层对爆破应力波的衰减作用、空孔壁面对爆破应力波的反射作用以及双孔爆破应力波的叠加作用。

为研究与炮孔平行的软弱夹层对岩石爆破裂纹扩展的影响，通过钢制模具浇筑长宽高为40 cm×40 cm×36 cm、含不同软弱夹层（泥土和石子、泥土、水）的水泥砂浆试块进行爆破模拟实验。试块浇筑过程中，沿软弱夹层中垂线方向、距炮孔8 cm、12 cm、18 cm处对称预埋6个深度为10cm的径向应变砖，用于超动态应变仪监测试块爆破过程中内部的应变变化；同时，采用高速摄影仪观测试块爆破裂纹扩展过程。对比分析同一试块炮孔两侧（软弱夹层侧和完整侧）和不同试块之间软弱夹层侧的裂纹扩展结果和应变差异，结果表明：同一试块，靠近软弱夹层侧的炮孔裂纹扩展速度比完整侧更快；不同试块之间，随着软弱夹层强度的降低，靠近软弱夹层侧的炮孔裂纹扩展速度越快、裂纹扩展越充分。软弱夹层具有阻止裂纹扩展的效果，软弱夹层强度越低止裂效果越明显；软弱夹层两端生成翼裂纹，且软弱夹层强度越低，翼裂纹扩展速度越快。试块各测点的峰值应变值在0.0178~0.0640之间，对应的峰值应力为49.9~179.2 MPa，且随着距离的增大，应力波衰减速度在一定范围内呈先大后小再由小到大的趋势；软弱夹层强度越低，爆炸应力波衰减越快。

为研究高温水泥砂浆在局部水冷作用后的损伤演化特征以及裂纹扩展情况, 在水泥砂浆试件中部钻孔, 将试件加热到200 ℃及400 ℃后向孔洞注水进行局部冷却。采用低场核磁共振技术(NMR)研究水泥砂浆试件在高温及局部水冷作用下的损伤行为。结果表明: 随着热处理温度的升高, 当试件局部水冷后, 小孔的孔径及含量不断增大, 而大孔径变化不是特别明显, 试件的损伤度也相应增大; 同时, 经高温及局部水冷处理后, 试件核磁共振成像灰度值的概率密度分布中的峰随温度的增大向右移动, 且温度越高, 概率密度分布函数对应的灰度值增幅越大, 与T2谱的变化一致。最后, 求解了水泥砂浆试件高温及局部水冷后的温度和温度应力的分布, 并基于最大拉应力准则求解了200 ℃和400 ℃后局部冷却水泥砂浆试件的裂纹萌发及扩展范围。当温度为200 ℃时局部水冷所产的温度应力不足以引起试件裂纹的萌生。

利用COMSOL Multiphysics软件建立了电化学-气体流动-物质传递-温度相耦合的多物理场模型，将多物理场数值计算得到的不均匀温度场分布作为热载荷施加至ABAQUS模型中，基于由Wen-Tu蠕变延性耗竭模型开发的蠕变损伤子程序，研究了固体氧化物燃料电池(SOFC)的蠕变损伤行为，预测了蠕变裂纹演化过程。结果表明，SOFC各构件蠕变变形与损伤在运行初期迅速增大后基本保持不变，下连接体最先达到临界损伤值，是潜在危险区域，最容易发生失效；50 000 h后，SOFC出现2处蠕变损伤，最大裂纹发生于下连接体与阴极材料交界且距空气流道入口1.1 mm处，长度为1.6 mm，为非贯穿裂纹，较整体结构尺寸相比损伤较小不会发生气体泄漏，可以满足40 000 h的商业安全运行要求。

为改善制动盘的热疲劳性能，本文在制动盘用铸钢材料表面激光熔覆了一层铁基涂层，然后采用光学显微镜和扫描电子显微镜等分析了熔覆层及基体材料在热疲劳过程中的裂纹扩展速率、组织形貌演化等。结果表明：激光熔覆层组织存在严重的偏析；在热循环过程中，过饱和的M₇C₃型碳化物成为热疲劳裂纹的快速扩展通道，使熔覆层极易发生脆性断裂，从而导致熔覆层试样的热疲劳性能极差；对熔覆层试样进行850 ℃/5 h的热处理工艺，可以使元素均匀分布，消除枝晶偏析和内应力，而且可使M₇C₃转变为高温性能较为稳定的M₂₃C₆，大幅提升熔覆层的热疲劳性能；热处理熔覆层试样在2000次的热疲劳试验中未发现宏观裂纹，其热疲劳性能远远优于基体材料。

采用激光焊接工艺制造了铝锂合金机身壁板焊接结构件, 对试验件开展了裂纹扩展试验, 并对激光焊接接头组织和疲劳断口形貌进行了分析, 同时研究了凸台特征和不同焊接速度对焊接结构件裂纹扩展特性的影响。研究结果表明: 凸台结构对焊接结构件的裂纹扩展寿命影响明显, 随着凸台宽度尺寸的增加, 裂纹扩展寿命增大, 焊接结构件的抗裂纹扩展能力提高; 焊接结构件的裂纹扩展寿命随焊接速度的增大先增后减, 在一定焊接条件下, 焊接速度为0.10 m/s时, 焊接结构件的抗裂纹扩展能力最高。

利用OM(光学显微镜)、SEM(扫描电子显微镜)对激光沉积TA15钛合金疲劳裂纹扩展行为进行研究。结果表明: 由于激光沉积自身特性, 沉积试样具有较强的组织敏感性, 疲劳裂纹易起源于气孔且裂纹源区有明显的α/β片层撕裂特征并伴随有与α单个片层或α集束尺寸相当的解理断裂平面。疲劳裂纹扩展稳定期路径曲折, 这与片层组织中α集束位向不同有关。一定区域内疲劳裂纹平行α片层或近似垂直α片层扩展, 裂纹扩展遇到α相时主要切过α片层向前扩展, 并伴有二次裂纹的出现; 裂纹稳定扩展期是以疲劳条带机制为主, 也伴随解理断裂机制。

研究了外加纵向恒定磁场对10 mm厚SUS316L奥氏体不锈钢窄间隙激光-MIG多层焊接接头成形、奥氏体和铁素体微观组织以及疲劳裂纹扩展的影响。结果表明:在磁场作用下,接头上部复合焊接层的熔深减小,熔宽增大,下部复合焊接层的对称性提高,但上、下部焊接层的面积和层间重熔面积无明显变化;磁场的加入导致了不同的熔合线形状,改变了熔合线附近组织的生长方向,改善了熔合线附近母材的热循环,减小了焊接热影响区的宽度并抑制了晶粒的粗化;磁场可以促进层间胞状晶向树枝晶转变,改变铁素体枝晶的形态,细化层间和层内奥氏体组织;焊缝组织细化可以增大层间组织疲劳裂纹扩展的阻力,降低接头的裂纹敏感性。