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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 材料费
预算经费（元） 5000 购买母材、钎料以及其他耗材
主要用途
加工费
试验设备费 资料费、专利费 差旅费
2000
2500 2000 1500
试样制备、预制裂纹
购买欠缺设备，设备使用费 购买资料，申请专利 差旅
谢 谢
国内、外 研究现状 及发展现 状 项目 简介
现有 基础
创新点、 项目特 色
技术 路线及 方法
目的
项目 简介
发展现状 创新特色
内容
项目简介
技术路线
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。
薛瑞琪
2015.7~2015.10
胥立、刘思琪 黄义鸿、刘思琪
2015.11~2016.2 进行钎焊接头断裂韧性试验 2016.3~2016.4 2016.5~2016.6 进行钎焊接头断面组织观察和断裂机理分析 总结项目研究结果，撰写研究报告
计算304不锈钢钎焊接头断裂韧性，分析断裂 王超、刘思琪 机理
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：
项目简介 发展现状 创新 特色 技术路线
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。
※ 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。
项目简介
发展现状
创新特色
技术路线
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。
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。
※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
项目简介 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
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；
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创新特色
技术路线
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。
项目简介 发展现状 创新特色 技术路线
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发展现状
创新特色
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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、 Andrea Gilioli、Masayuki Kamaya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。
起止 时间 2014.12~2015.2 研究内 容 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 阶段目标 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 负责人
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 掌握裂纹预制方法和相关参数有限元校正方 使用，掌握相关技术 法 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 预紧力的确定、预制裂纹、获得实验数据
（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。
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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ຫໍສະໝຸດ Baidu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。
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
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创新特色
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说明图
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发展现状
创新特色
技术路线
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发展现状
创新特色
技术路线
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 目前关于均质材料断裂韧性的测试方法已经很 采用对比试验的方法测定了活塞合金ZL108平面断裂韧 成熟，并建立了被广泛接受的测试规范。但是关于 度，并对提高合金断裂韧度的方法进行了探索；许敬年 层间结构物特别是像钎焊接头这种具有多尺度结构 根据英国标准BS7448,采用三点弯曲试样测定了X70钢 特性材料尚未建立完善的断裂韧性测试方法。 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。
大 学 生 创 新 训 练 答 辩
多尺度钎焊接头断裂韧性测定方法
答辩人：刘思琪
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。