声发射技术作为一种无损检测方法，可以找到声发射信号和裂纹扩展之间的关系，分析材料变形与断裂机制。介绍了声发射技术用于转轴裂纹监测的研究，分析了声发射信号与转轴裂纹扩展之间的关系。实验表明采用声发射技术可以对转轴裂纹进行监测，证明了声发射技术在转轴监测上的可行性。

本文介绍了微机采样的交流电位裂纹监测系统,并将这套测试系统应用于技术要求较高的切口根部疲劳裂纹早期扩展的测试中。实验结果证明这套裂纹测试系统不但具有较高的分辩率、精度和稳定性,而且处理实验数据十分方便。

为了确定机械制造用橡胶材料的疲劳寿命,采用试验测定与理论分析相结合的方法对其展开研究。使用疲劳试验机对带有预制切口的哑铃型橡胶试件进行疲劳试验,确定其疲劳试验寿命;采用断裂力学的方法预测其理论疲劳寿命。通过对比分析试验疲劳寿命和预测寿命的相关性,确定用裂纹扩展法预测橡胶材料疲劳寿命是可行的。

为了研究铁磁材料裂纹扩展过程磁记忆信号变化规律,探索零件再制造修复的最佳时间点,对预制中心裂纹的Q235钢M（T）试件进行疲劳裂纹扩展试验,比较不同检测线上的磁信号法向分量Hp（y）和切向分量Hp（x）随循环周次的变化情况。结果表明：切口处的Hp（y）过零且出现波峰波谷,而Hp（x）在切口处仅呈现波谷形状;提取磁信号法向分量最大梯度值Kmax和切向分量波谷值ΔHp（x）,发现特征值大小从切口中心往外随着应力集中程度的减小而减小;此外各检测线上的特征值Kmax和ΔHp（x）都在6.5万循环周次时迅速增大产生突变,说明切口处的裂纹已由萌生阶段进入到扩展阶段,而此时正是再制造修复的最佳时间点。

为掌握含裂纹、孔洞等缺陷的铝的演变规律，建立含孔洞的铝的分子动力学模拟模型，通过嵌入原子法进行模拟，采用速度加载的分子动力学方法，研究了含孔洞的铝在受到单向拉伸作用下的裂纹扩展行为。在其它条件不变的情况下，研究结果表明：随着孔洞直径的增大，孔洞内边缘位错、滑移大量产生，从而导致与相邻孔洞汇合更容易，整个体系更易被拉开；孔洞间距越大，相邻孔洞内边缘产生的微裂纹更倾向于形成一条大的裂纹，使体系的演变过程更规则但更难被拉开。

本工作以TA1自冲铆接头为研究对象,基于拉伸-剪切和疲劳试验分析了接头的力学性能,并采用扫描电镜从微观层面研究了接头的拉伸-剪切失效机理、疲劳失效机理及微动行为。结果表明拉伸-剪切失效模式为铆钉腿部从下板拉脱,铆钉颈部存在不同程度的断裂。疲劳失效模式主要为上板断裂失效,其疲劳极限约为1.18 kN。疲劳裂纹从上板与铆钉头接触部位萌生,在持续微动磨损及疲劳循环应力作用下,沿板厚和板宽方向不断扩展,直至接头疲劳断裂。微动磨损的剧烈程度直接影响接头疲劳失效模式。上板与铆钉头接触区的微动磨损源于板宽W区域,随着微动过程的不断进行,逐步向板长L区域扩展。

结合动力学仿真和扩展有限单元法(XFEM)，对某城轨车辆齿轮箱齿轮进行裂纹扩展分析。通过动力学分析，确定扩展有限元模型初始裂纹的位置及载荷加载位置；建立扩展有限元模型，对计算结果进行分析，总结齿轮齿根裂纹扩展规律。结果表明，齿根处最大弯曲应力位置不随齿轮啮合过程而改变，裂纹起裂位置应在此位置附近；裂纹尖端应力值在量化一裂纹长度到达0.61前低速率稳定增加，0.61后裂纹进入瞬断区，裂纹尖端应力值变化明显；结合有限元动力学及扩展有限元分析发现，裂纹扩展初期属于Ⅰ型裂纹，在裂纹扩展的中后期属于Ⅰ、Ⅱ混合型裂纹；不同加载位置结果显示，扩展初期裂纹偏转角度随着加载位置的下移而减小，扩展后期裂纹整体沿着齿厚方向进行扩展。

基于扩展有限元方法和线弹性断裂力学理论,使用Fortran语言开发二维裂纹扩展计算程序,并对程序计算准确性进行验证。在此基础上,仿真计算离心力、初始裂纹参数和轮缘厚度系数(Backupratio)对齿轮齿根二维裂纹扩展的影响,计算结果表明,齿根初始裂纹位置对齿根裂纹扩展的路径影响很大,初始裂纹位置越靠近齿槽中心位置,越容易发生齿轮轮缘断裂(裂纹沿径向扩展至断裂);齿轮轮缘厚度对齿根裂纹影响很大,轮缘厚度系数越小,越容易发生轮缘断裂,同时发生轮缘断裂的裂纹初始位置范围越大;离心力对齿轮齿根裂纹扩展影响很大,离心力越大,越容易发生轮缘断裂,同时发生轮缘断裂的裂纹初始位置范围越大;该研究成果对提高齿轮在高速工况下的可靠性和超安全性具有一定的工程应用价值。

通过三维裂纹扩展有限元仿真分析与低循环疲劳裂纹扩展试验相结合,研究了某高压涡轮盘损伤容限特征。基于有限元仿真分析获得的螺栓孔部位的应力和变形,开展了三维裂纹扩展寿命仿真计算,得到裂纹扩展速率的计算值。在轮盘低循环疲劳试验中,通过螺栓孔内壁面处定期荧光渗透检测和裂纹长度检测,记录了裂纹发展情况;在轮盘破裂后,通过疲劳断口扫描电镜观察,获得了裂纹扩展特征。结果表明,仿真计算与试验断口分析得到的裂纹前沿扩展历程、裂纹扩展寿命之间均存在较好的一致性。

针对风力机工作环境的恶劣性以及风力机叶片裂纹扩展的复杂性，本文利用计算流体力学（CFD）和断裂力学仿真分析，以风力载荷作为裂纹扩展的主要载荷，利用流固耦合界面的数据传递对风力机叶片裂纹扩展机理进行仿真分析。在叶根表面嵌制一不同初始尺寸的半椭圆型三维裂纹，并在不同风速的条件下计算三维裂纹应力强度因子，分析不同初始尺寸裂纹在不同风速下的动态裂纹扩展机理。结果表明，裂纹的初始尺寸与风力载荷的大小均对叶片的裂纹扩展速率与方向产生影响，且在高风速下裂纹发生失稳扩展的几率增大。