机械零件常规疲劳强度设计方法的研究

绝大多数的机械零部件,都是在变载荷情况下工作的,这些零部件,疲劳破坏是主要的破坏形式。疲劳强度计算是重要的强度计算之一。应用疲劳强度计算的理论和方法,可使机械的承载能力大、重量轻、成本低和寿命长。机械零部件在循环变应力下的疲劳破坏,与在静应力下的失效有本质的区别。静强度失效,是由于在零部件的危险截面中,产生过大的残余变形或最终断裂。而疲劳破坏是由于在零部件的高局部应力区,较弱的晶粒在变应力下形成微裂纹,然后发展成宏观裂纹,裂纹继续扩展导致最终的疲劳破坏。     

铁路钢桥高强度紧固螺栓断裂分析及防护

为探求高强度紧固螺栓发生断裂的原因,对某铁路钢桥上断裂的紧固螺栓进行了失效分析。利用扫描电子显微镜、能量色散X射线谱、金相显微镜、洛氏硬度仪、X射线荧光光谱仪、电子万能试验机等技术手段,对铁路钢桥失效螺栓的断口形貌、断口微区成分、显微组织、硬度、螺栓用钢的成分以及力学性能等方面进行分析与研究。结果显示：螺栓用钢的化学成分、硬度及力学性能均符合国家标准要求;螺栓断口起裂区存在树枝状裂纹,裂纹内部有含硫的腐蚀产物,且螺栓工作时所受外力为交变载荷。因此,螺栓的断裂是在交变载荷下发生的腐蚀疲劳断裂。螺栓断裂的初始裂纹源位于螺杆上螺纹的根部或螺柱与螺母连接位置的根部,为由硫元素引起的应力腐蚀裂纹。此研究为防止螺栓发生应力腐蚀裂纹及衍生病害提供了理论依据。     

Effect of Columnar Crystals on Fatigue-Creep Failure Behaviour of Fe-Ni-Cr Alloy

研究了在交变应力与平均应力迭加条件下，柱状晶体对铁镍铬金的疲劳－蠕变失效行为的影响，结果表明，疲劳－蠕变应力迭加对合金产生交互作用，使其循环断裂寿命大大降低．具有横向柱晶界的试样受到了最强烈的交互作用．断口形貌观察揭示了沿柱晶界脆断是具有横向晶界试样的主要疲劳－蠕变断裂机理．而沿柱晶界断裂附带塑性撕裂结构以及二次裂纹形成所表示的脆－塑性断裂相混合的机理是其它取向试样的主要断裂机理沿柱晶界分布的脆性夹杂物引发沿晶微裂纹并加速沿晶界扩展     

桥式起重机桥架疲劳裂纹扩展的数值分析

采用有限元方法,计算某桥式起重机桥架的最大主应力分布,通过应力状态判断桥架某处裂纹的主要断裂类型,并利用扩展有限元方法(XFEM),计算桥架在最大载荷和最小载荷两种状态下不同裂纹长度时裂纹的尖端应力强度因子(SIF),由此根据Paris疲劳裂纹扩展公式的基本理论,描述该处疲劳裂纹扩展的基本规律,建立裂纹长度与交变应力循环周期数的函数关系,对起重机桥架裂纹短期内快速扩展的原因给出量化分析。结果表明,低应力的循环作用是该处裂纹形成和快速扩展的原因。     

循环水泵轴断裂原因分析

通过分析循环水泵轴断口的宏观特征,校核了在单纯剪切交变应力作用下泵轴并不会发生疲劳断裂,从而揭示了腐蚀环境对疲劳裂纹的重大影响,并提出了预防措施。     

无损检测——汽车零部件制造中显身手

许多汽车零部件,如制动鼓、制动盘、轴颈、转向节等关键的安全件,如果零部件表面出现细微裂纹,或者内部存有缺陷,在汽车运行长期交变应力的作用下,裂纹会从外表逐渐向内发展,或者由内向外延伸。由于表面裂纹一般十分微小,用肉眼或借助于放大镜也难于观察到,而对近表面裂纹甚至内部缺陷,则是不可能观察到的。只有这些瑕疵的零部件,在汽车使用初期并不马上就断裂,但已具有了安全隐患。因此,这些汽车零部件在生产制造过程中,必须经过一系列的无损检测,层层把关,确保完好无损,才能作为合格产品出厂。     

冲击载荷作用下含裂纹构件强度计算的试探

基于对冲击载荷作用下动态断裂应力强度因子变化规律的分析，回避了动态断裂极其复杂的计算。从工程应用的实际意义出发，以不允许发生动态断裂为原则，提出限制结构初始裂纹在动载荷下计算动态应力强度因子的简化公式，建立计算含裂纹结构或构件的剩余强度条件。     

糖厂压榨机軸类疲劳裂紋及其超声波探伤

一、关于金属疲劳的概念及其特征长时间受交变载荷作用的轴会在远低于轴(材料)的强度极限的应力下,突然破坏,而没有显著的残余形变,这种现象称为轴的疲劳破坏。曾经有人从无数次的实验确定:当交变应力大于某一定数值时,则在应力交变的次数达到某一数目之后,在轴中就有裂纹出现,这种裂纹叫做疲劳裂纹。这种裂纹通常发生在轴表面上最大应力的地方及轴有缺陷的那些位置。裂纹在开始形成时很小,并非肉眼所能看见,     

尿塔断裂金相分析

某发生事故的尿塔为多层包扎式筒体,经过金相组织检查、晶粒度测定和循环变形分析,认为环焊缝存有焊接缺陷,在交变应力作用下,焊接缺陷会萌生裂纹,并最终导致尿塔断裂失效。     

LT1350涂层线涂布钢辊疲劳断裂失效机理分析

涂布钢辊在工作中同时承受弯矩、扭矩的作用。钢辊的辊轴零件在较小的交变载荷作用下,过早发生了疲劳断裂失效,其断裂类型为脆性断裂。疲劳断裂的发生是多个因素联合作用的结果,主要因素有：交变循环应力;轴径变化引起轴根部的应力集中;因熔化焊接工艺引起的钢辊焊接头区域微观组织改变;焊缝区的焊接缺陷;焊后表面质量,等。这些因素导致焊缝区及零件表面的缺陷成为疲劳微裂纹萌生的起源,而焊接残余应力的存在使平均应力增大,使焊缝缺陷加快扩展到相邻的轴体内部,导致辊轴过早发生疲劳断裂失效。     

LT1350涂层线涂布钢辊疲劳断裂失效机理分析

涂布钢辊在工作中同时承受弯矩、扭矩的作用。钢辊的辊轴零件在较小的交变载荷作用下,过早发生了疲劳断裂失效,其断裂类型为脆性断裂。疲劳断裂的发生是多个因素联合作用的结果,主要因素有：交变循环应力;轴径变化引起轴根部的应力集中;因熔化焊接工艺引起的钢辊焊接头区域微观组织改变;焊缝区的焊接缺陷;焊后表面质量,等。这些因素导致焊缝区及零件表面的缺陷成为疲劳微裂纹萌生的起源,而焊接残余应力的存在使平均应力增大,使焊缝缺陷加快扩展到相邻的轴体内部,导致辊轴过早发生疲劳断裂失效。     

材料线弹性断裂力学的断裂准则研究进展

 断裂准则在预测含裂纹材料发生破坏的时间、位置和裂纹扩展路径等方面具有重要意义。重点总结了线弹性材料中裂纹的断裂准则，阐述了应力强度因子准则、最大能量释放率准则、最大拉应力准则、最大拉应变准则、最小应变能密度准则等常用的断裂准则理论及其现状，以及这些准则的优点和局限性；基于常用断裂准则对应力分量和临界半径考虑不足，归纳了国内外学者提出的修正断裂准则，包括考虑T应力（非奇异项）和可变临界半径rc的影响。分析了断裂准则在岩石和混凝土脆性材料中的应用，针对基于断裂准则预测其破坏行为时存在的难题，建议将裂纹尖端应力场的高阶项T应力引入断裂准则，能更准确地预测裂纹的扩展路径与偏转角。     

工程结构元件疲劳寿命的估计

分析工程结构元件在循环载荷下工作,承受交变应力或重复应力时所发生的疲劳断裂现象及疲劳寿命的估计.指出传统的疲劳强度理论在研究高强度材料和超高强度材料及大型工程结构元件的疲劳寿命时所显露出来的局限性及其原因所在,提出带裂纹工程元件疲劳寿命的一种估计方法和有待进一步研究解决的问题.为工程结构元件疲劳寿命的估计提供参考.     

爆破应力波中远区破岩作用分析

应用断裂与损伤力学理论，分析了爆破应力波远区破岩作用机理认为爆破应力波在远区的破坏效应是基于该区域内局部岩体强度和断裂韧度降低，使衰减后的弱应力波作用强度仍可能大于该点处的岩石极限强度所致。提出岩石损伤与缺陷的存在，会产生应力集中或放大效应的依据，并阐述爆破应力波作用下远区原生裂纹扩展的理论分析，给出了基于岩石损伤的裂纹扩展长度估算模型。     

42 CrMoA高强连接螺栓材料与断裂特征

42CrMoA高强连接螺栓广泛用于风机叶片与轮毂的连接,风机叶片结构复杂性和运行波动性导致载荷复杂交变,长时间交变载荷会造成叶片连接螺栓高频疲劳损伤,螺栓的疲劳失效断裂是风机安全运行急需解决重要问题。以某2 MW风力机叶片42CrMoA高强连接螺栓材料为研究对象,利用PLG-50高频疲劳试验机开展不同加载条件下螺栓材料高频疲劳实验研究。研究结果表明,650 MPa载荷下6.444 9×10~6周次后试样尚未断裂,750 MPa载荷下的试样疲劳寿命达1.056 4×10~6周次;疲劳损伤具有多疲劳裂纹起源区特征,试样断裂是由于多源裂纹交汇后形成峰线所导致;在相同的最大应力加载下,应力振幅越高,裂纹扩展速率越大,高频疲劳寿命越低。研究结果对揭示风机螺栓损伤断裂原因和风机安全运行具有重要意义。     

T应力对扩展裂纹尖端塑性区域形状的影响

根据Williams级数解,裂纹尖端应力场由Ⅰ-Ⅱ复合型应力强度因子及T应力共同控制。将裂纹尖端应力分量代入Von Mises屈服准则,建立裂纹尖端塑性扩展区模型。基于该模型获得了在不同Ⅰ-Ⅱ复合比断裂情况下裂纹尖端塑性扩展区形状随T应力的变化规律,并对Ⅰ型和Ⅱ型断裂在复合型裂纹断裂所占的比例、T应力大小及泊松比对塑性区域形状的影响进行了讨论。研究结果表明:正的T应力引起裂纹断裂角θ_0减小,加剧裂纹扩展;负的T应力导致裂纹断裂角θ_0增大,并抑制裂纹扩展;T应力为0或纯Ⅰ型裂纹尖端塑性区存在对称轴,存在T应力后,塑性区域呈不对称分布,T应力绝对值越大,塑性区域面积越大,T应力对裂纹尖端塑性区形状及尺寸大小均有很大影响。此外,不同Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹,塑性区域面积均随泊松比的增大而减小。塑性区变化的观测结果对进一步分析加载条件下Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹工程结构缺陷的疲劳和断裂具有重要意义。     

应用细观力学与扩展有限元法数值模拟钻柱损伤

钻井过程中,钻柱承受着拉扭等多种交变载荷的作用,其损伤机理一直是力学界深入研究的课题.笔者首先根据细观力学分析的基本原理,采用Abaqus软件的脚本语言Python建立细观尺度下晶粒分布模型,然后采用断裂力学算法——扩展有限元法对含有微裂纹的细观尺度下晶粒模型进行计算,分析裂纹的动态扩展过程以及相应的应力应变分布特征,最后根据细观力学中“均匀化”方法对不同时刻的应力应变进行处理,得到微裂纹扩展对钻杆材料宏观性能的影响.在宏观尺度下处于弹性阶段的钻杆材料,在细观尺度下仍会出现塑性区,且在微裂纹不扩展的情况下,弹性模量是恒定的.文章提出的思路为深入探索钻柱材料断裂机理提供了新的方法.     

铝合金地铁车体边梁机加工裂纹仿真分析与研究

在某铝合金地铁车体边梁的机加工过程中,加工后型材立筋根部出现裂纹,经电镜扫描为疲劳断裂。为解决此问题,本文采用显式动力学方法,对铝合金采用J-C本构模型进行多工况模拟仿真计算。经过计算发现,在立式铣削的加工方式下,立筋根部承受比较大的交变应力,而当更换加工方式为卧铣时,立筋根部交变应力得到明显改善。经实际操作验证本文卧铣方案的有效性。     

金属杆连铸结晶轮表面裂纹扩展与复合材料性能研究

本文对金属杆连铸结晶轮表面在热冲击与热疲劳条件下裂纹生成与扩展情况进行了分析，建立了热交变条件下裂纹前端应力模型，并对纤维增强复合材料结晶轮特性及纤维对表面裂纹扩展的阻碍作用进行了研究     

两种铁基和镍基高温合金在复杂应力条件下的蠕变及断裂

本文研究了一种铁基合金GH_(132)在650℃和一种镍基GH_(33)A合金在750℃的纯蠕变及复杂应力条件下的蠕变及断裂。提出无论是低强度高塑性的GH_(132)合金还是高强度低塑性的GH_(33)A合金在蠕变——疲劳交互作用的复杂应力条件下都将会不同程度地导致材料的弱化而引起过早的断裂。而且这种弱化随应力的升高而加剧。在固定平均应力条件下叠加一个交变应力的动态蠕变与恒定应力的静态蠕变相比较将促使断裂寿命降低。此乃是叠加疲劳促进蠕变断裂的结果。交变应力振幅较小时,对稳态蠕变速率影响不大,控制蠕变第Ⅱ阶段的主要因素是平均应力,但交变应力的振幅较大时将使稳态蠕变速率大大增加。复合交变应力能促进蠕变第Ⅲ阶段的过早来临和试样的过早断裂。