16MnR钢中疲劳裂纹扩展的细观研究

采用显微疲劳试验方法和显微疲劳试验装置对低合金钢１６ＭｎＲ单边缺口试样进行了疲劳试验,研究了短裂纹萌生和扩展的特征。结果表明,短裂纹萌生及扩展分三个阶段,每一阶段的形貌都有其特点,在裂纹扩展后期,短裂纹的发展以裂纹密度不断增加并形成损伤区为主要特征,然后在损伤区选择一条主裂纹扩展。     

疲劳裂纹扩展前缘形貌分析及数值模拟

为研究疲劳裂纹扩展过程中裂纹前缘形貌的变化规律,按照试验标准设计2024HDT铝合金断裂韧度试验,获取疲劳裂纹前缘形貌,通过有限元仿真研究了裂纹前缘应力强度因子的分布规律,对裂纹前缘形状进行数值模拟。结果表明：贯穿厚度平面裂纹将首先由试样缺口根部的中心层部位启裂,裂纹前缘在疲劳扩展过程中由初始直裂纹演变为椭圆形前缘裂纹。     

缺口敏感性对工件疲劳行为的影响

为解决不同半径孔的疲劳缺口因子对工件寿命影响行为的预测和评价,在线弹性断裂力学的基础上,采用分析的方法探索疲劳缺口的影响因素,提出了一个考虑裂纹闭合的方法,讨论了裂纹闭合在非扩展裂纹形成上的影响,得到了材料晶粒尺寸较大时的小裂纹生长率低,其时的裂纹闭合能使裂纹生长终止,也得到了疲劳缺口因子与应力集中之间的关系,特别是微小孔的疲劳缺口因子随裂纹闭合减小较明显.该结果便于对工件使用寿命进行预测.     

高温疲劳裂纹扩展规律的研究

采用降载法和目测法对高温镍基合金的中心裂纹试样进行了高温疲劳裂纹的门槛值试验和扩展速率试验，并分析讨论了高温下疲劳裂纹的扩展规律及其影响因素。     

缺口小裂纹的疲劳扩展速率

将复型技术应用于疲劳小裂纹扩展试验中的裂纹长度测量。在等载荷比R=0.1、不同平均载荷水平影响的疲劳条件下,板试样V型缺口小裂纹疲劳扩展速率做了试验测试;通过结果分析,提出了缺口小裂纹疲劳扩展速率表达式,并以εp为控制参数,求出45~#钢的计算式。     

40CrNiMo钢工程短疲劳裂纹扩展规律

对调质40CrNiMo钢光滑及缺口试样进行了旋转弯曲疲劳试验,利用塑性复型技术实现了对工程短疲劳裂纹扩展过程的显微观测、由实验获得光滑试样的短裂纹扩展可由方程do/dN=Bσ~nα予以确定性描述。对于缺口试样的应力接近屈服极限时,疲劳损伤表现为萌生大量的短裂纹体系,利用等效裂纹概念进行统计,缺口试样的短裂纹扩展具有与光滑试样相似的规律。     

高温短时人工时效对2524合金疲劳性能的影响

研究高温短时时效对2524合金室温拉伸及疲劳性能的影响,采用3DAP分析、透射电镜等对合金组织进行观察.结果表明:经过高温短时时效试样的抗拉强度与自然时效试样的相当,但是塑性有很大的提高;高温短时时效后试样的疲劳裂纹扩展速率比自然时效试样低.经过高温短时人工时效的2524合金组织中Cu和Mg原子发生强烈偏聚形成圆盘状的GPB区,尺寸较大,这种人工时效组织既能提高应力循环下的裂纹张开扩展阻力,又不影响裂纹闭合,从而降低疲劳裂纹扩展速率.     

变幅载荷下纤维金属层板的疲劳与寿命预测

文章建立了纤维金属层板等幅疲劳载荷下的疲劳裂纹扩展速率与寿命预测模型。在此基础上对玻璃纤维-铝合金层板（GLARE）的疲劳裂纹扩展与分层扩展行为进行了试验研究,探讨了层板过载疲劳行为的机理,提出了纤维金属层板变幅载荷下疲劳寿命预测的等效裂纹闭合模型,并在GLARE层板上得到了验证。     

疲劳裂纹的闭合和扩张行为

本文在讨论疲劳裂纹闭合现象的基础上,阐述了疲劳裂纹闭合的四种诱发机制,介绍了几种疲劳裂纹闭合参数(诸如裂纹张开应力强度因子 K _(op),裂纹面残留位移δ_R 和裂纹闭合长度Δa 等)的测量方法。并对它们的应用特点做了比较分析。文中详细评述了材料,试样几何,环境,应力比以及载荷谱等因素对疲劳裂纹闭合行为的影响,指出了目前研究工作中存在的问题,提出了今后研究工作的方向。此外,还就疲劳裂纹闭合现象的几种有代表性的定量模型做了介绍和评论。     

TA6V钛合金疲劳小裂纹扩展行为研究

根据航空标准HB7705—2001《金属材料疲劳小裂纹扩展速率试验方法》,采用复型法对TA6V钛合金SENT试样进行疲劳小裂纹试验,分析TA6V钛合金在应力比R=-1和R=0时不同应力水平下的疲劳小裂纹扩展规律;通过扫描电镜观察小裂纹在显微组织中的扩展路径和扩展方式,研究小裂纹顶端和晶界的交互作用,对疲劳小裂纹扩展的奇异性进行解释,从而对TA6V钛合金在我国的使用提供参考。     

四点弯曲型试件的裂纹面张开位移

研究了四点弯曲型试件在各种类型载荷作用下的裂纹面位移，并考虑了裂纹尖端塑性区对它的影响。得到了它的计算式与数值计算程序，为研究疲劳裂纹的闭合行为提供了分析手段。     

一种计及压载的裂纹扩展寿命模型

在随机载荷谱中，往往存在压缩载荷的作用，而现有的模型对压载问题的考虑较少，基于闭合理论，建立了一种计及压缩的裂纹扩展寿命模型，并对短裂纹问题以及三维裂纹问题进行了相应的处理，计算结果表明，此模型精度高，适用范围广。     

力电冲击荷载下PZT/复合材料梁界面断裂分析

基于非线性有限元方法,对力电冲击荷载作用下PZT/复合材料梁界面断裂进行了研究.通过虚裂纹闭合技术计算了界面裂纹前缘的能量释放率随时间变化的响应曲线,并且采用接触单元防止PZT片和界面裂纹分层前缘的复合材料发生穿透,然后通过比较证明了该求解方法的有效性,最后通过典型算例讨论了压电效应、界面接触、电压、铺层角度和压电材料阻尼对界面动态能量释放率的影响.研究方法和结论对动态工况下PZT/复合材料界面止裂设计具有一定的参考价值.     

基于扩展有限元法的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹扩展研究

基于扩展有限元法(XFEM)研究了Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹扩展问题. 对于裂纹面间的力学行为,用内聚力模型(CZM)进行了描述. 推导了引入内聚力模型后扩展有限元法的单元刚度矩阵,研究了加载方向对紧凑拉剪试件复合型裂纹扩展的影响. 研究结果表明:加载方向对裂纹起裂角影响较大,试件的最大承载力随着加载角度的增大近似线性增加;同时,在不同加载角度下数值模拟得到的裂纹起裂角和力-开口位移曲线与实验结果相吻合.      

含裂纹功能梯度板能量释放率的ABAQUS用户子程序开发

为求解含裂纹功能梯度板的动态能量释放率,提出了基于非均匀有限元法的虚拟裂纹闭合法.基于有限元软件ABAQUS平台,开发了动态载荷作用下功能梯度材质的哑节点断裂单元,编写了用户自定义子程序UMAT和UEL,求解了动态载荷作用下的含裂纹功能梯度板能量释放率分量.对不同形状因子下的中心和倾斜裂纹功能梯度板的动态能量释放率分量进行了求解,并转化为动态应力强度因子,与差分法作比较.数值算例结果表明,动态载荷作用下功能梯度材质的哑节点断裂单元具有精度高、简捷方便、裂尖无需使用奇异元或特殊单元和子程序通用性强等优点,为工程师求解动态断裂参数提供了新途径.     

60Si_2Mn钢变幅疲劳的扫描电镜直接观察

应用自制的扫描电镜疲劳加载台,对60Si2Mn 弹簧铜过载或欠载时疲劳裂纹扩展的延迟与加速效应进行了扫描电镜的直接观察.结果表明,尖峰载荷会使闭合力K_(c1) 发生明显变化.欠载会使 K_(c1) 下降,其与裂纹顶端的反转压缩塑性区有关.     

冲击和非冲击疲劳载荷下过载对裂纹扩展的影响

对12CrNi3A 钢在冲击和非冲击疲劳栽荷下的过载裂纹扩展延迟效应研究表明:过载对随后裂纹扩展的影响不仅取决于过载力作用下的裂尖塑变,还取决于随后基载力作用下的裂尖塑变.过载对随后裂纹扩展的影响存在两个互为矛盾的方面:一是裂尖塑变损伤促进裂纹扩展;另一是产生残余压应力场和闭合效应延缓裂纹扩展,两方面共同作用结果才能最终决定对随后裂纹扩展的影响.实验结果还表明,冲击疲劳载荷下的过载延迟效应与过载力的冲击速度有关,相同条件下,冲击疲劳载荷下的延迟期 Nd 高于非冲击疲劳载荷;各种因素对过载延迟的影响程度在两种载荷制度下不相同.     

铸造奥氏体不锈钢的疲劳裂纹扩展

用紧凑拉伸试样研究了载荷比、单峰过载和两步高-低幅加载对Z3CN20-09M铸造奥氏体不锈钢疲劳裂纹扩展速率的影响。当应力强度因子范围相同时,疲劳裂纹扩展速率随载荷比的增大而增大。单峰过载使裂纹扩展速率先有短暂的增加后长距离的减速扩展,出现裂纹扩展迟滞现象。两步高-低幅加载时,若两步的最大载荷不同,第二步裂纹扩展也会出现迟滞现象。用两参数模型和Wheeler模型能够预测恒幅载荷和变幅载荷下的疲劳裂纹扩展行为。     

含裂纹bcc铁拉伸与疲劳的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟方法研究了含(0 1-1)[011]型中心裂纹的金属α-Fe在拉伸载荷和疲劳载荷作用下裂纹扩展的微观机制.研究结果表明:在拉伸载荷作用下,材料因应力集中导致了由bcc到hcp的相变,裂纹呈现严重钝化扩展现象,整个过程还伴随着层错、孪晶等现象的发生; 在循环载荷作用下时,位错沿滑移面(-2 1 -1)和(2 -1 1)快速发射,从而使得裂尖处应力得以快速释放,疲劳裂纹扩展相当缓慢,裂纹出现止裂现象,整个疲劳加载过程未发现孪晶、相变等现象.     

铝热焊钢轨表面裂纹扩展深度的跟踪测量

应用自行研制的ＳＪＤ－５２型交流电位法裂纹测深仪，对５０ｋｇ／ｍ级钢轨铝热焊接头在变载荷疲劳条件下的表面裂纹扩展深度进行了跟踪测量。疲劳载荷是经现场测定后作计算机模拟的。由记录曲线以及对测定数据作简单的单试样法线性近似处理的结果表明，试验是成功的。本文的测试方法也可用于实际构件疲劳试验。