缺口应力集中对AL6061铝合金超高周疲劳性能的影响

利用超声疲劳试验方法考察了AL6061铝合金缺口试样的疲劳强度,分别对板状光滑试样和缺口试样进行了10~5周次～10~(10)周次范围内的对称疲劳试验。试验载荷为轴向拉压R=-1,加载频率为20 kHz,环境温度为室温,试验结果显示,在10~(10)周次范围内光滑试样和缺口试样的S-N曲线都出现了极限平台型的特征,存在传统疲劳理论定义的疲劳极限,且试样的疲劳性能随着应力集中系数的增加而降低。大多数试样疲劳裂纹萌生于表面,但随着疲劳周次的增加,AL6061铝合金疲劳缺口系数和疲劳缺口敏感系数增加。理论应力集中系数为2.54的试样其疲劳缺口敏感系数为0.89,理论应力集中系数为3.27的试样其疲劳缺口敏感系数为0.82,疲劳缺口敏感系数接近1,表明AL6061铝合金具有非常高的缺口敏感性,在实际工程应用中,须充分考虑应力集中对该材料及相应结构疲劳强度的影响。     

新的缺口试样尺寸系数经验公式

为了全面分析缺口试样尺寸效应,对两种材料(45#和Q235钢)的缺口板试样进行循环拉伸作用下的疲劳性能试验.结果显示:几何相似试样的缺口形状对疲劳寿命影响很小,可以忽略不计;除应力梯度外存在厚度效应,即该方向尺寸具有一个临界值,超过此值时会导致疲劳寿命下降.通过引入表征尺寸变化对疲劳性能影响的特征参量L/G珔,对几何相似试样的疲劳强度测试结果进行曲线拟合,并与采用Peterson法得到的计算值比较,发现文中提出的疲劳强度拟合表达式更有效.最后,根据疲劳强度表达式和尺寸系数的定义得到了拉伸作用下缺口试样尺寸系数的经验公式,该公式与实际情况吻合良好.     

油气管线裂纹型缺陷的疲劳寿命预测

利用文献数据,采用Paris公式计算和分析含轴向表面裂纹的油气输送用X60管线钢的疲劳裂纹扩展过程,通过对比含裂纹缺陷油气输送管的全尺寸实物疲劳试验结果,对所采用的基于失效评定图技术的含裂纹缺陷管道疲劳寿命预测方法的计算结果进行了间接的试验验证.结果表明,含缺陷管道的疲劳寿命数值计算结果与试验结果相吻合,采用小试样测试结果经Newman法修正后进行油气输送管道的疲劳寿命计算和分析是可行的.     

植入用钛合金经模拟体液浸泡后的超高周疲劳性能

为预测植入用Ti6A14V钛合金的使用寿命,研究其体液环境下的超高周疲劳性能,将退火态Ti6A14V钛合金试样恒温37℃在人工唾液和林格一洛克氏溶液中预浸泡2周．利用超声疲劳试验技术对预处理过的试样进行疲劳测试;利用电子显微镜观察疲劳断口,研究其裂纹萌生机理．结果表明,2种模拟体液浸泡后材料在107周次前的高应力范围内,疲劳强度均降低且裂纹一般萌生于试样表面;而在107周次后的超长寿命域,疲劳强度均跟未处理试样数据接近．且裂纹在内部萌生．主要由内部缺陷附近α相滑移引起．     

低合金超高强度钢跨尺度疲劳失效行为分析

为了研究40CrNi2Si2MoVA低合金超高强度钢的跨尺度疲劳失效行为,以约束应力区描述材料的损伤过程,以跨尺度应变能密度因子作为疲劳裂纹扩展的控制参量,建立宏微观跨尺度疲劳裂纹扩展统一模型。采用上述模型,利用光滑试样(应力集中系数Kt=1)的试验S-N曲线,拟合出疲劳模型中的材料参数。当考虑材料微结构对疲劳寿命的影响时,该模型可精确再现出疲劳试验数据的发散特性。利用该模型对不同应力集中系数下(Kt=2,3)含缺口试样的疲劳寿命进行了预测,理论计算结果与试验结果吻合良好。研究结果表明,合金钢材料的初始缺陷及微结构的演化特性,对疲劳寿命有显著影响,是疲劳试验数据发散的主要原因。     

缺口对转向架用SMA490BW钢的疲劳性能的影响

基于高速列车转向架在运行进程中常因承受各种交变载荷而导致疲劳断裂问题,针对CRH2高速列车转向架用SMA490BW钢试样进行拉伸试验,确保SMA490BW钢的力学性能符合标准要求下,对此种钢进行疲劳性能研究并通过扫描电镜进行断口分析。结果表明：与光滑试件(kt = 1)相比缺口试件(kt = 3),疲劳极限应力减小了61％,S-N曲线左侧的斜率更大;其缺口敏感系数为0.786;光滑试样的裂纹源为角部裂纹,缺口试样的裂纹源为表面裂纹。     

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。     

2Cr13钢离子渗氮疲劳缺口敏感度非真实性的讨论

离子渗氮提高２Ｃｒ１３钢光滑和缺口疲劳极限的幅度与疲劳薄弱环节出现的位置有关，渗氮处理提高缺口试样的疲劳强度更加有效，用主要取决于心部性能的光滑疲劳极限和主要取决于渗氮层性能的缺口疲劳极限，计算得到的疲劳缺口敏感很小，具有非真实性，文中给出了真实性强的合理估算值，并提出疲劳缺口敏感度真实与否的判断原则，该原则也适用于其它的表面强化处理。     

表面小裂纹热锻模的疲劳寿命分析

基于材料自由表面特性并考虑微观结构非均匀性,根据金属疲劳裂纹萌生的微细观过程理论,建立材料表面塑性应变分布模型。由于局部塑性变形在萌生可分辨疲劳小裂纹的循环周次中占主导地位,本文将局部应力应变法应用于热锻模表面小裂纹扩展分析,选取表面最大塑性应变作为出现热机械疲劳裂纹的预测依据,计算的热锻模使用寿命与实践结果相吻合,能基本预测热锻模寿命。该模型为表面强化工艺能提高热锻模的疲劳强度提供了理论依据。     

缺口对转向架用SMA490BW钢疲劳性能的影响

基于高速列车转向架在运行进程中常因承受各种交变载荷而导致疲劳断裂问题,针对CRH2高速列车转向架用SMA490BW钢试样进行拉伸试验;确保SMA490BW钢的力学性能符合标准要求下,对此种钢进行疲劳性能研究并通过扫描电镜进行断口分析。结果表明:与光滑试件(K_t=1)相比,缺口试件(K_t=3)疲劳极限应力减小了61%; S-N曲线左侧的斜率更大;其缺口敏感系数为0. 786;光滑试样的裂纹源为角部裂纹,缺口试样的裂纹源为表面裂纹。     

缺口件疲劳寿命分布的敏度分析

就缺口件疲劳寿命分布对材料属性、载荷和几何三种不确定性设计变量分布的敏度进行了分析。首先选取疲劳有效应力作为疲劳损伤参量,应用基于随机有限元方法的缺口件疲劳寿命分布计算模型,分别计算了三种不确定性设计变量分布的变化带来的疲劳寿命分布的变化。然后运用设计变量为随机变量时的敏度分析方法进行分析,结果表明它们对缺口件寿命分布影响程度的大小顺序依次为载荷、几何和材料属性,并且缺口件寿命分布对它们的敏度大小在同一量级上。     

一种新的缺口件疲劳寿命分布计算模型

提出了一种新的缺口件疲劳寿命分布计算模型。该模型将影响缺口件疲劳寿命分布的因素分成微观结构的不均匀性和缺口根部局部应力应变的分散性两部分,并选择应力场强作为局部应力应变量。前一部分的影响可参考光滑试件的疲劳寿命试验数据获得,后一部分的影响通过蒙特卡洛随机有限元法计算得到,最后将两部分的影响有机结合起来,得到缺口件的疲劳寿命分布。进行了材料LY12CZ的中心孔缺口件的寿命分布算例分析,预测结果与试验结果吻合良好,表明该方法是有效的。     

考虑缺口效应的多轴疲劳寿命预估模型

为研究缺口构件的多轴疲劳问题,基于损伤力学理论,结合von Mises等效准则的思想,建立一个考虑缺口效应的多轴损伤本构方程,综合考虑正应力和切应力在多轴损伤过程中所起的作用,提出一种适用于缺口件的多轴疲劳寿命预估模型.采用GH4169镍基高温合金、SAE1045钢和LY12CZ铝合金3种材料的缺口件多轴疲劳实验数据对所提出的模型进行评估和验证.结果表明:新模型的精度要高于传统的局部应力应变法,且与实验结果相吻合;同时新模型计算方便,便于工程应用.     

纯铜圆棒缺口试件拉压循环下的疲劳寿命分析*

对纯铜光滑试件和缺口试件的疲劳寿命规律差异进行探讨。通过光滑试件和缺口试件的循环疲劳试验和缺口试件的局部循环弹塑性应力应变响应分析,结合数值模拟与实验,比较了现有寿命预测方法对缺口试件寿命预测结果的差异。研究结果表明:传统的等应变幅等寿命的概念对于缺口试件的疲劳评估是不合理的;局部应力应变法用于大缺口试件的寿命预测结果可得到基本合理的结果;但对小缺口试件估测寿命结果不合理;应力梯度法对缺口试件寿命估测结果较局部应力应变法合理,因此可认为应力梯度是影响光滑和缺口试件疲劳寿命差异的重要因素。     

局部应力应变法的试验研究

概述了局部应力应变法的原理和现有的各种理论,试验测定了40CrNiMoA材料的循环应力应变曲线、应变寿命曲线,并做了随机载荷作用下缺口试件的疲劳试验.用上述各种理论估算了缺口试件的疲劳寿命,并与试验结果作了比较分析。     

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.     

拉伸载荷下环形切口试件的应力集中系数

按照切口尖端半径、切口深度和切口张角,对切口进行分类.根据特殊情况下的精确解和一般情况下的数值结果,利用最小二乘法,拟合了拉伸载荷下具有环形切口圆杆的应力集中系数的计算公式.该公式可以计算具有各种环形切口圆杆的应力集中系数,精度高,误差不超过1%,使用方便.利用该公式计算了切口的应力集中系数.     

弯曲载荷下环形切口试件的应力集中系数

按照切口尖端半径、切口深度和切口张角,对切口进行分类．根据特殊情况下的精确解和一般情况下的数值结果,利用最小二乘法,拟合了弯曲载荷下具有环形切口圆杆的应力集中系数的计算公式．该公式可以计算具有各种环形切口圆杆的应力集中系数,而且精度高,误差不超过1％,使用方便．最后,利用该公式计算了弯曲载荷下切口的应力集中系数。     

45钢复杂应力状态下低周疲劳损伤准则

以单轴载荷条件下带有沟槽的轴对称试样作为基本模型，研究复杂应力状态下低周疲劳的损伤特性，对稳定循环阶段和非稳定循环阶段的损伤提出了不同的损伤定义，定义了局部有效应力损伤概念，并以此建立复杂应力状态下一种新的累积损伤准则，对４５钢低周疲劳损伤进行了分析。