U71Mn轨钢低周疲劳寿命的研究

通过对U71 Mn轨钢材料低周疲劳的试验,建立了Manson-Coffin关系式,从而为估算U71 Mn轨铜的低周疲劳寿命提供了依据,并根据尖锐缺口裂纹萌生的常规试验,提出了反映尖锐缺口曲率影响的弹塑性疲劳缺口系数K_f~p,据此建立了K_f~p与缺口裂纹萌生寿命N_i的关系.用这种方法同样可以预测材料的低周疲劳寿命.计算表明,两种方法的计算误差在10％以内.     

缺口件疲劳裂纹形成特性研究

通过分析缺口顶端附近的应力场,提出一种表征缺口件疲劳裂纹形成特性的参量,即经过塑性修正ΔＫ１／√Ｒ参量。采用该参量表征,不仅可以将疲劳裂纹形成和扩展阶段有机地结合起来,而且可以对不同缺口半径Ｒ的试样采用统一的参量表征其裂纹形成特性。通过对不同缺口试样进行疲劳试验,验证了在一定寿命范围内其Ｎｉ－ΔＫＩ／√Ｒ曲线保持一致,这一结论为带缺口件的无限寿命和有限寿命设计提供了重要的理论参考依据。     

残余压应力场中疲劳短裂纹扩展速率的预测

通过对Newman中心孔裂纹闭合模型加以改进,引入经有限元分析计算得到的残余应力再分布曲线,建立了用于单边圆缺口短裂纹闭合力及扩展速率预测的改进模型。为了验证模型的合理性,对40Cr调质态板状试样的缺口部位进行喷丸,测定裂纹扩展时的残余应力再分布,实测短裂纹的闭合力及扩展速率。结果表明,模型计算与实验测定符合较好。残余压应力提高了裂纹闭合力,减小了最大应力强度因子,从而降低了有效应力强度因子幅值,使裂纹扩展速率下降。     

对称应力循环下裂纹萌生与止裂的缺口疲劳极限预测

实际工程材料不可能无限分割而在任意小尺度上满足均匀、连续、各向同性的要求.本文借助断裂单元的概念规定断裂力学适用的最小材料尺度,并取其上应力的平均值进行计算,得到了修正的缺口根部应力及应力强度因子表述式.在此基础上,根椐已有假设,推导得出对称应力循环下裂纹萌生与止裂的缺口疲劳极限预测式.预测值与实验值基本吻合.     

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。     

GH36合金持久缺口敏感性与蠕变和疲劳及其交互作用下的裂纹扩展速率

研究了GH36合金持久缺口敏感性对裂纹扩展速率的影响。结果表明:通过软化的热处理制度来改善材料的持久塑性达到消除持久缺口敏感性的目的,对在蠕变或以蠕变为主的应力条件下延缓裂纹的扩展具有重要意义;而在低周疲劳或以疲劳为主的应力条件下,裂纹扩展速率对强度敏感,而与材料是否存在持久缺口敏感性无关;提高强度可显著提高材料的抗低周疲劳裂纹扩展能力。为使材料在蠕变、疲劳以及蠕变疲劳交互作用下都只有高的抗裂纹扩展能力,应对材料进行强韧化。     

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。     

基于等效初始缺陷尺寸和功率谱法的起重机疲劳寿命预测

基于Kitagawa-Takahashi图提出了一种计算起重机金属结构等效初始裂纹尺寸及其统计学分布的方法,此方法的优点在于只用到疲劳寿命极限和疲劳裂纹扩展门槛值,与随机变化的载荷应力无关.为计及载荷次序以及裂纹闭合效应对疲劳寿命的影响,基于载荷的功率谱密度,给出了一种频域分析的起重机疲劳寿命预测方法.为验证所提方法的有效性,将文中方法的预测结果与文献中的起重机箱形梁的疲劳实验结果进行对比,结果表明估算寿命与实验寿命吻合,文中方法具有实用性和可靠性.     

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。     

疲劳裂纹扩展行为的数字仿真研究

本文阐述了Newman疲劳裂纹闭合模型的基本原理,探讨了实现疲劳裂纹扩展数字仿真的几个实际性问题,并在此基础上编制了仿真软件。利用此系统,在输入了材料基本力学性能、试样尺寸和载荷参量后,可实现对疲劳裂纹闭合力及裂纹扩展速率的预测,同时可直接获得完整的试验曲线。40Cr调质态试样的试验结果表明,仿真具有较好的预测准确性     

缺口参数对应力集中系数和疲劳缺口系数的影响

选取带有Ⅴ型缺口的45钢圆形试样,通过循环载荷试验研究缺口参数对理论应力集中系数和疲劳缺口系数的影响和两个系数之间的关系.通过试验,得到理论应力集中系数、疲劳缺口系数随缺口参数的变化曲线,确定理论应力集中系数与疲劳缺口系数的数学关系式.结果表明,缺口根部圆角半径对两个系数的影响很大;在一定条件下,两个系数呈现很好的线性关系.     

基于工业CT图像的材料疲劳寿命预测

工业CT(industrial computer tomography,ICT)是在无损伤状态下得到材料断层的二维灰度图像,以图像的灰度来分辨被检断面内部裂纹的萌生、扩展情况.在分析材料的工业CT图像基础上,提出了一种疲劳寿命预测方法.首先将裂纹的萌生、扩展过程分为显微尺度细观裂纹、CT尺度裂纹和宏观裂纹3个阶段;然后采用不同的裂纹萌生、扩展标准对材料疲劳寿命进行预测;最后相加各阶段预测寿命,得到材料疲劳寿命.与疲劳累积损伤理论法、名义应力法等方法相比,该方法预测的材料疲劳寿命具有较高的精度.     

随机载荷作用下船舶结构疲劳裂纹扩展

基于船舶等工程结构物在服役过程中的受载历程是一个随机过程,提出了一个由应力比和裂纹尖端约束及塑性区尺寸为主要参数计算裂纹张开比来考虑载荷相互作用的疲劳裂纹扩展寿命计算模型.用该模型对几种谱载荷作用下疲劳实验结果进行了预测.预测结果和不考虑裂纹闭合的线性损伤模型及疲劳计算程序FASTRAN预测结果进行了比较,表明本模型能较好地预测谱载荷作用下的疲劳裂纹扩展.     

钢网架螺栓球节点用高强螺栓的缺口效应分析

在悬挂吊车作用下,螺栓球节点网架的疲劳主要表现为节点的疲劳,而节点的疲劳关键是高强螺栓的疲劳．在影响高强螺栓疲劳性能的众多因素中,应力集中是其发生疲劳断裂的主要原因之一．本文从缺口效应出发,分析了高强螺栓疲劳裂纹的开展．并建立有限元模型,针对钢网架螺栓球节点常用的8种高强螺栓规格进行了单缺口应力集中分析．得到相应的应力集中系数,同时分析了螺纹牙根圆角半径对应力集中的影响,并提出了降低螺纹疲劳缺口敏感性的一些措施,为进一步以热点应力幅建立螺栓球网架疲劳设计方法奠定了基础．     

压应力对疲劳裂纹闭合的影响

采用Ｄｕｇｄａｌｅ－Ｂａｒｅｎｂｌａｔｔ模型分析了压缩载荷对疲劳裂纹闭合的影响。在裂纹张开载荷和闭合载荷的确定过程中运用了解析函数形式的奇异积分方程理论。分析和相应的数值计算表明：（１）压缩应力对疲劳裂纹闭合的影响程度取决于压缩应力幅值与材料屈服应力之比；（２）在疲劳裂纹扩展分析中考虑压缩应力的影响是必要的。     

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。     

LY12铝合金疲劳短裂纹扩展异常性的研究

本文证实了 LY12铝合金中物理短裂纹扩展异常性.实验指出,由于闭合效应,引起长、短疲劳裂纹尖端扩展驱动力的不同是造成扩展异常性的主要原因.认为采用有效应力强度因子幅△K_(eff)作为裂纹扩展驱动力是适宜的.本文还讨论 U 值(U=△K_(eff)/△K)的概念,以及 R 和△K 对 U 值的影响.     

Ⅰ-Ⅲ型复合加载下铝合金疲劳裂纹扩展速率

通过有限元数值模拟和疲劳裂纹扩展试验,研究了铝合金材料在Ⅰ-Ⅲ复合型加载条件下的疲劳裂纹扩展规律,得到了在不同加载情况下裂纹的应力强度因子、裂纹前缘能量场和塑性区半径.在分析Ⅰ型拉力载荷对裂纹扩展的基础上,着重分析了Ⅲ型加载对Ⅰ型裂纹应力强度因子及裂纹前缘能量场的影响.结果表明:应力强度因子KⅠ随着Ⅲ型加载的增大而减小,而裂纹附近塑性区半径增大.进行Ⅲ型静态加载会使疲劳裂纹扩展速率减小,在一定范围内,Ⅰ-Ⅲ复合型疲劳裂纹扩展速率随着Ⅲ型加载的增加而减小;而在进行Ⅲ型循环加载会使疲劳裂纹扩展速率增大,在一定范围内,Ⅰ-Ⅲ复合型疲劳裂纹扩展速率随着Ⅲ型加载的增加而增大.     

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.     

缺口物理短裂纹上下界的确定方法

根据缺口根部疲劳非扩展裂纹的性质及缺口根部应力应变场的特性，提出确定缺口物理短裂纹区间的方法，并解释其物理意义。最后用缺口短裂纹扩展的实验数据加以对照，验证其合理性。