应力集中对2024铝合金高周疲劳寿命的影响

研究了2024铝合金常温下的高周疲劳性能,获得了2024铝合金在不同应力状态下的S-N曲线.分析了疲劳试样的断口形貌和裂纹萌生/扩展机理,以及疲劳试样的组织结构与疲劳性能之间的关系.结果表明,疲劳极限随着应力集中系数的增加而降低,当应力集中系数相同时,疲劳极限随着应力比的减小而降低;2024铝合金的疲劳断口以穿晶断裂为主;第二相颗粒起到了阻碍疲劳裂纹扩展的作用,使2024铝合金的高周疲劳强度得到了明显提高.     

管道高周腐蚀疲劳损伤模型与数值模拟研究

根据疲劳与应力腐蚀损伤的耦合效应,利用非线性累积原理,构建了金属材料的高周疲劳损伤演化模型。以API X65管道钢为研究对象,结合实验确定了腐蚀疲劳损伤演化参数。利用ABAQUS软件二次开发模拟了含不同腐蚀坑形状的管材试样腐蚀的疲劳损伤演化与裂纹萌生过程,探讨了腐蚀疲劳裂纹萌生对腐蚀坑形貌的敏感性。结果表明：腐蚀坑宽度与深度相同时,半椭球型腐蚀坑试样腐蚀疲劳裂纹萌生寿命最长,圆台型与圆锥型次之,矩形体腐蚀坑试样裂纹最先萌生;半椭球体腐蚀坑试样应力腐蚀损伤对总损伤的贡献量始终大于疲劳损伤,而对于其他类型腐蚀坑,腐蚀疲劳裂纹萌生主要源于疲劳损伤的累积。     

GS249有机玻璃疲劳极限的影响因素分析及预测

在不同应力比条件下,对不同应力集中系数的GS249有机玻璃疲劳试样进行疲劳试验,使用升降法获得材料的疲劳极限。分析获得了加载参数及形状参数对有机玻璃疲劳极限影响的相关规律。建立了基于应力比和应力集中系数的预测有机玻璃疲劳极限的方法模型。结果表明：随着应力比的增加,疲劳极限呈下降趋势;疲劳极限随着应力集中系数的增加而线性降低;随着应力集中系数的降低,疲劳极限受应力比的影响越大。     

腐蚀环境对TC21钛合金疲劳行为的影响

基于飞机零部件在服役过程中因腐蚀导致疲劳断裂的问题,采用疲劳试验机、扫描电子显微镜对TC21钛合金在两种腐蚀环境以及室温空气环境下的疲劳进行了研究。结果表明,相同环境下随着应力降低,合金晶体内部位错累计能量速率减缓,合金疲劳寿命增加。同等应力条件下,3.5%NaCl水溶液环境下合金疲劳寿命最低,油箱积水环境下次之,室温空气环境下合金疲劳寿命最高。当应力较低时,差异更为显著。腐蚀环境下试样疲劳寿命较低,主要原因在于合金与溶液中离子发生反应形成大量腐蚀产物,促进裂纹萌生、加速裂纹扩展。     

热处理工艺及环境介质对2Cr13钢腐蚀疲劳性能的影响

本文研究了2Cr13钢在正常调质处理与双重处理(见表2)后,在不同介质条件(大气,水溶液,22%Nacl 水溶液)、不同温度(40℃,80℃)、以及不同应力集中系数(K_1=1.74,K_1=3)下对腐蚀疲劳特性的影响。研究表明,在大气中双重处理比普通调质工艺下的腐蚀疲劳强度(N=10~7)提高7%,在80℃,3%Nacl水溶液中,在与正常调质腐蚀疲劳极限(N=10~7)相同的应力水平下,双重处理后的疲劳寿命可提高两倍以上。用扫描电镜观察了疲劳断口,正常调质后2Cr13钢在80℃,Nacl 水溶液中疲劳源多数由点蚀引起,而双重处理后裂纹源却不一定萌生于蚀坑,它属于点蚀与腐蚀疲劳相叠加的不稳定钝化态腐蚀疲劳。双重处理后具有较高的点蚀抗力和良好的韧性是腐蚀疲劳强度提高的主要原因。     

接触压力对微动疲劳强度的影响

研究了接触压力对微动疲劳强度的影响,结果表明,微动疲劳极限随接触压力的增加而下降,当下降到一定程度时即保持不变.这是由于起初随着接触压力增大,磨损损伤加剧,导致微动疲劳强度下降.当接触压力增加到一定程度后.由于滑移幅度的减小使得表面损伤减轻,而此时,微动疲劳极限处的最大交变应力很低,裂纹扩展的应力强度因子低于疲劳裂纹扩展的门槛值.因而.微动疲劳极限随着接触压力的增大变化不大.     

回火温度对40Cr钢疲劳损伤特性的影响

研究了不同回火温度下40Cr钢的高周疲劳损伤特性.通过损伤量的变化测量和扫描电镜下损伤不同阶段微观组织的观察,分析回火温度对疲劳损伤特性的影响.实验结果表明,结构钢材料在高周疲劳载荷作用下,疲劳损伤过程分为3个阶段,即微孔洞萌生区、微裂纹萌生区、宏观裂纹萌生区.疲劳裂纹的萌生期随着回火温度的升高而增加,在本实验的载荷作用下,高温回火的40Cr钢的裂纹萌生期在3万周以上,中温回火的裂纹萌生在2.8万周,而低温回火的裂纹萌生期在2万周.     

12号合金钢组合辙叉单开道岔疲劳裂纹萌生寿命预测

基于有限元分析软件建立12号合金钢组合辙叉单开道岔静、动力学分析模型;基于列车直、侧向过岔的动力仿真结果,确定岔区钢轨疲劳敏感区域,并提取敏感区域疲劳荷载谱;采用静力分析模型研究单位荷载下各敏感区域钢轨内部应力分布情况;基于Miner线性累积法则对岔区钢轨疲劳裂纹萌生寿命进行预测;研究列车轴重、速度对钢轨裂纹萌生寿命的影响;给出不同轴重、不同速度列车通过时岔区钢轨疲劳敏感区域裂纹萌生寿命的预测公式.结果表明:道岔不同敏感区域钢轨的疲劳裂纹萌生寿命相差很大,列车轴重及侧向通过速度对钢轨的疲劳裂纹萌生寿命有很大影响,疲劳裂纹萌生寿命随列车轴重的增加而大幅降低,随列车侧向通过速度的增加也有所降低.     

应力幅比对2A12-T4铝合金多轴疲劳裂纹萌生及扩展行为的影响

许多工程结构在服役过程中往往承受着复杂的多轴疲劳载荷,仅靠单轴载荷来简化复杂载荷状态的失效预测方法将不再适用。因此,准确预测复杂载荷下工程结构的多轴疲劳失效行为对提高结构安全性具有重要意义。疲劳裂纹萌生及扩展是疲劳失效行为最直观的反应,针对2A12-T4铝合金实心圆棒试件,在相同的等效von Mises应力幅值下,开展了不同应力幅比下的多轴疲劳试验。采用金相显微镜对试件表面裂纹萌生及扩展行为进行了观测,研究了不同应力幅比下试件表面裂纹形态及扩展路径,探讨了不同应力幅比下2A12-T4铝合金多轴疲劳失效行为。结果表明,对于2A12-T4铝合金,试件表面均存在多条裂纹,导致疲劳破坏的主裂纹只有1条;裂纹萌生方向接近于最大切应力幅值平面,裂纹扩展第Ⅰ阶段的长度与方向同时受到应力幅比的影响;主裂纹扩展路径主要沿着最大切应力幅值平面,最大切应力幅值是引起2A12-T4铝合金多轴疲劳失效的主要控制参量。     

预腐蚀后拉伸超载对LC4CS铝合金疲劳性能的影响

采用预腐蚀后进行单次拉伸超载疲劳试验的方法，研究了腐蚀与超载对LC4CS材料疲劳寿命的影响。结果表明，如果保持超载比不变，试件疲劳寿命将随预腐蚀年限增加而线性降低，且分散性逐年增大；在低超载比时，预腐蚀对疲劳寿命的亏损作用与超载对疲劳寿命的增益作用相互抵消；在超载比较大时，超载迟滞效应对疲劳寿命的增益作用明显。     

基于损伤力学的疲劳全寿命数值预估方法

疲劳失效是影响结构件使用安全的主要问题,对疲劳寿命进行准确预测具有重要的工程意义。基于采用平均应力修正的损伤力学演化模型,结合有限元法建立了同时考虑裂纹萌生与扩展的疲劳全寿命数值预估方法。为了验证该方法,开展了不同应力水平下铝合金开孔板试样疲劳试验与疲劳数值模拟。结果表明,基于所建立的疲劳数值分析方法能够有效预测开孔板裂纹扩展过程及疲劳全寿命,预测寿命误差带在两倍以内。     

铝合金车轮弯曲疲劳寿命的仿真分析与试验研究

该文运用有限元分析软件ABAQUS,对某铝合金车轮旋转弯曲疲劳寿命进行了仿真分析,得出易于产生疲劳裂纹的应力集中点及其最大应力值。其次,采用疲劳寿命名义应力法建立了铝合金车轮的S-N曲线,计算应力集中点的应力幅与平均应力,将等效应力幅取对数代入S-N曲线,预测所分析铝合金车轮的疲劳寿命。最后,进行了改进前后铝合金车轮的旋转弯曲疲劳台架试验,验证了仿真结果。分析表明,名义应力法可以较好预测铝合金车轮的疲劳寿命。     

含表面梯度强化层的缺口样品疲劳起源寿命数值分析

以Tanaka和Mura的疲劳模型为基础,引入弹性应变能释放项,构建了新的适用于复杂载荷的疲劳模型.利用这一模型,结合表面梯度强化层的强度、模量和残余应力的梯度分布特征,对含表面梯度强化层的缺口样品的疲劳形核寿命分布及裂纹起源位置进行数值分析.分析结果表明:表面强化会增加样品的疲劳形核寿命,强化层厚度变化会改变裂纹形核位置.存在临界厚度,当强化层厚度小于临界厚度,裂纹形核于强化层与基体的界面;反之,形核于强化亚表层或表面.硬度比增加会导致临界厚度增加,过大的残余压应力会降低疲劳裂纹形核寿命.相同名义应力集中系数值(Kt)的样品在同一强化工艺处理后,其疲劳形核寿命和裂纹起源位置随样品缺口尺寸而改变.     

激光局部强化40Cr钢的缺口疲劳寿命分析

运用弹塑有限元法对４０Ｃｒ钢经激光局部强化前后材料的缺口局部应力应变场进行理论分析，对于强化层内存在的残余压应力按初应力考虑计及其对疲劳裂纹萌生的影响。建立其与萌生寿命之间的宏观规律，为强化材料的寿命估算提供依据。     

高温环境2A12–T4铝合金多轴疲劳失效规律研究

许多工程结构在服役过程中往往承受着复杂的多轴疲劳载荷和热力耦合作用,仅靠常温情况下的单周载荷来简化复杂多轴载荷状态的失效预测方法将不再适用。为研究2A12–T4铝合金的高温多轴疲劳失效规律,本实验在175℃环境温度下,选取等效Von-Mise应力幅值,通过间断式加载记录不同拉扭加载循环下的裂纹萌生与扩展情况,研究特定加载路径对裂纹萌生与扩展的影响。实验结果表明,相位差为0时,裂纹萌生方向沿MSSA平面;在相位差为45°时,裂纹萌生传播方向与最大切应力平面方向相近,最大切应力在裂纹萌生过程中起到主要作用;在λ=0.5、φ=0和λ=1.0、φ=0两种情况下,裂纹萌生初期沿着最大切应力平面方向传播,传播过程中存在第I阶段向第II阶段转变的过程;在λ=0.5、φ=45°和λ=1.0、φ=45°两种情况下,不存在明显的第I阶段向第II阶段转变的过程;对比4种加载方式下的疲劳裂纹萌生期与疲劳寿命比,发现切应力比重的增大加速裂纹的萌生过程,相位差的存在阻碍了裂纹的萌生过程。     

变幅载荷下铝合金疲劳寿命概率分布的预测方法

研究了超载对ＬＹ１２ＣＺ铝合金疲劳裂纹起始寿命的影响,得出了超载前后带存活率的疲劳裂纹起始寿命的定量表达式．提出了在变幅载荷下,铝合金切口件疲劳裂纹起始寿命概率分布的预测方法,并进行了实验验证．结果表明这种预测方法是切实可行的．     

中-低温循环对2A14铝合金力学及疲劳性能的影响

国内对航天用2A14铝合金在中-低温循环条件下力学及疲劳性能的变化规律研究不足,为掌握该材料在上述工况下的力学表现及疲劳损伤情况,对2A14铝合金开展了室温—低温（-196 ℃×4 h）—室温,室温—中温（150 ℃/180 ℃×0.5 h）—室温两种工况循环条件下的力学、疲劳性能及组织变化规律研究。结果表明,在上述两种工况下循环5次,2A14铝合金的晶粒尺寸、粗大相形貌及分布均无显著变化,仍保持高强度及良好的塑韧性;随着应力幅值的降低,2A14铝合金的疲劳寿命逐渐延长;应力比为-1时,2A14铝合金的疲劳极限为150～175 MPa,上述两种工况下循环5次,不会改变2A14铝合金的韧性断裂机制。     

应力比和频率对腐蚀疲劳裂纹扩展的影响

采用微机辅助直流电位法，研究了应力比和频率对ＬＹ１２ＣＺ铝合金在３．５％ＮａＣｌ水溶液中腐蚀疲劳裂纹扩展的影响．结果表明，应力比升高，裂纹扩展速率升高，但频率变化对裂纹扩展速率无显著影响．文中给出了裂纹扩展速率定量表达式