低合金高强钢裂纹试样热预应力增韧实验研究

在室温下对低合金高强钢裂纹试样 ,做各种程序的预载 ,然后在 - 1 96℃下进行加载断裂试验 ,并测定其宏观、微观力学参数 .结合断口和金相观察 ,分析了热预应力 ( WPS)的大小对低合金高强钢预裂纹试样增韧效果的影响以及影响 WPS增韧效应的主要因素 .研究结果得出预裂纹钝化是增韧的主要影响因素 ,残余压应力和第二相粒子开裂钝化也使 WPS效应增大 ,加工硬化使 WPS增韧效果下降     

残余压应力对低合金高强钢热预应力增韧效应的影响

通过对三点弯曲预制裂纹试样在室温下 (2 0℃ )预加载 -卸载 -冷却至 - 1 96℃或 - 1 30℃下断裂 (LUCF) ,以及加载 -冷却至 - 1 96℃或 - 1 30℃下卸载 -断裂 (LCUF)的预应力循环试验 ,测定了其宏微观力学参数并计算了裂纹尖端应力、应变和三向应力度的分布 ,模拟了在相同裂纹钝化半径下没有残余压应力的直接冷却断裂行为 (CF)与有残余压应力的 WPS循环 (LUCF)的断裂行为并进行比较 ,研究了残余压应力对低合金高强钢预裂纹试样 WPS增韧效应的影响 .结果表明 :残余压应力对低温断裂韧性的提高在不同的终断温度下的作用不同 ,- 1 96℃下断裂时有增韧作用 ,其作用是抵消了一部分低温断裂再加载时的正应力 .同时 ,残余压应力通过减缓三向应力度随外载增加而增加的速度对 - 1 96℃断裂时的增韧起作用 .- 1 30℃下残余压应力作用不明显 ,并且对低温断裂时裂纹的钝化有拘束作用 .     

基于等效热-力载荷的20Cr2Ni4预应力车削残余应力模拟及实验

为快速准确预测20Cr₂Ni₄合金钢预应力车削表面残余应力的分布,基于等效热-力载荷建立三维有限元仿真模型,通过切削热-力模型确定等效热-力载荷的分布形状和强度,将切削过程等效为接触正应力、接触剪应力和热流通量在已加工表面的循环作用.模拟的残余应力分布趋势与测量结果基本吻合.基于上述模型研究了切削速度、进给量和预应力大小对残余应力分布的影响.结果表明,切削速度对残余应力分布影响不明显,减小进给量能使表面残余拉应力和最大残余压应力减弱,增加预应力能够有效地减小表面残余拉应力和增大最大残余压应力.      

热预应变对TiAl化合物断裂行为的影响

通过三点弯曲预制裂纹试样的加载 -卸载 -冷却 -断裂 ( LUCF)试验 ,并结合详细的断口观察和裂纹尖端应力、应变的有限元计算 ,研究了热预应变 ( WPS)对接近全γ和全层状α+γ的两种 Ti Al金属间化合物的断裂行为的影响 .结果表明 WPS对两种 Ti Al金属间化合物的起裂韧性有显著改善 ,使层状 Ti Al合金的断裂韧性的临界值和最大值略微变差 .     

基于热力耦合分析的预应力切削残余应力研究

对预应力切削的已加工表面残余应力状态进行热力耦合分析,通过对机械应力和热应力在工件表面分布的叠加,发现加工表面存在3种不同的残余应力类型,文中定性讨论了其产生条件,并进一步分析了刀具切削刃钝圆和预应力对工件表面残余应力状态的影响.最后采用不同钝圆半径的刀具和预应力对表面淬火硬化的40Cr合金钢进行硬态切削实验,并将实验结果与理论分析结果进行了对比.结果表明:切削刃钝圆影响残余应力的大小和分布;钝圆半径越大,残余压应力越大,应力层也越厚;预应力可以有效提高加工表面的残余压应力,而对其分布基本没有影响;实验结果和理论分析相吻合,说明文中理论分析是正确的.     

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.     

基于晶体塑性有限元的多晶铜力学行为研究

通过晶体塑性有限元对Voronoi多晶铜的单调拉伸和循环塑性行为进行数值模拟. 单调拉伸的模拟结果发现多晶体的力学响应与晶粒个数相关;试样在拉伸变形中出现45°方向的滑移剪切带和颈缩. 研究结果表明:多晶铜的对称应变循环可呈现出循环硬化和包辛格效应,导致包辛格效应的主要原因是晶间约束产生的残余应力. 在非对称应力循环载荷作用下,平均应力和应力幅值对多晶铜的棘轮行为有显著影响.     

喷丸强化铝锂合金单边缺口拉伸试样谱载寿命预测

基于断裂力学的方法,对喷丸强化铝锂合金单边缺口拉伸试样在Mini-Twist载荷谱下的疲劳裂纹扩展行为进行研究.使用权函数计算裂纹在外加载荷和残余应力场共同作用下的应力强度因子;考虑到裂纹存在的闭合效应,基于NEWMAN的拟合公式,计算并更新Mini-Twist载荷谱下的张开应力.分析不完整的残余应力场测量结果对寿命预测的影响,发现不完整的测量数据对深度较小的残余应力场的寿命预测结果影响更大.     

直接埋藏法修补疲劳裂纹缺陷的研究

在海洋平台的安全维护中,挖除原始疲劳裂纹缺陷并准备坡口是水下焊接修复工程中一项十分困难的作业步骤.为此,提出一种不挖除原始裂纹缺陷的直接埋藏法来修复疲劳裂纹缺陷.为了探索该技术的可行性,在陆地上制备了模拟补焊试样,通过对试样补焊前后的疲劳性能进行测试,分析研究了直接埋藏法修复后疲劳裂纹出现的位置、试样的疲劳循环周次以及打磨对补焊后试样疲劳循环周次的影响规律.使用Abaqus软件模拟计算了补焊所产生的残余应力和补焊后试样在不同外部载荷作用下原始裂纹尖端的应力情况.试验结果表明,新的疲劳裂纹主要出现在补焊焊趾处和补焊焊道上;补焊后接头的平均疲劳循环周次比原始试样并没有下降,反而提高了36%;对补焊焊趾进行打磨处理,接头的平均疲劳循环周次比补焊焊趾未打磨的接头提升了16%.数值模拟结果显示,补焊焊道收缩在裂纹最深处产生了-157 MPa的残余应力.三点弯曲加载时,裂纹最深处的应力由补焊前的508 MPa降为补焊后的94 MPa;单轴拉伸时,裂纹最深处的应力由补焊前的480 MPa降为补焊后的320 MPa.该结果表明直接埋藏法补焊所产生的残余压应力是延缓或阻止原始裂纹继续向母材扩展的主要原因.综合试验和模拟结果,可以认为直接埋藏法修补疲劳裂纹在水下焊接修复工程中有着很强的可行性.     

表面形变强化对中碳钢疲劳强度的影响及强化机理

本文研究了表面形变强化对不同热处理状态的45Cr钢三点弯曲、不对称循环下疲劳强度的影响,并用x射线衍射法测定了残余应力的分布及半高宽,用电镜观察了断口形貌和断裂特征. 表面形变强化后材料疲劳强度的提高可归结为宏观残余应力、表面光洁度和组织结构变化三个基本因素. 高温回火试样经滚压强化后,其组织结构变化既有组织强化又有组织损伤,它对疲劳强度的影响比残余应力要小些.但当残余应力衰减较剧时,它又会成为影响疲劳强度的主导因素. 低温回火试样的形变强化效果显著.除了残余压应力的有利因素外,材料表层回火马氏体微观不均匀性的改善也对疲劳抗力的提高起了重要作用.     

国产结构用铝合金断裂韧性参数校准

为了将空穴增长模型(VGM)和应力修正临界应变模型(SMCS)应用于国产结构用铝合金的韧性断裂预测,完成了国产6061-T6、6082-T6和7020-T6 3种牌号的铝合金标准圆棒试件和缺口圆棒试件的单轴拉伸试验,并结合有限元分析,校准了3种牌号铝合金的VGM和SMCS模型断裂韧性参数.研究结果表明:槽口半径大小对各牌号铝合金试件的断裂韧性参数校准值影响较小,离散系数均在20%以内;断裂韧性参数是铝合金材料固有属性,可用于国产结构用铝合金在不同应力状态下的韧性断裂预测;与SMCS模型相比,VGM模型能够更为精确地预测铝合金材料的韧性断裂.     

高性能管线钢落锤撕裂试样断裂性能的试验研究

对不同缺口形式的X70管线钢试样进行了准静态三点弯曲断裂和示波落锤撕裂试验，详细研究了加载速度和缺口形式对管线钢断裂的影响，分析了高性能管线钢落锤撕裂试验中出现异常断口的原因．研究表明：异常断口常出现在韧脆转变温度附近，温度较低和较高均不易产生异常断口；管线钢动态断裂扩展是由许多裂纹扩展、止裂、重新起裂过程组成的，裂纹在整个韧带上的扩展速度变化幅度很大；裂纹扩展速度改变引起的裂尖应力状态变化、断裂的扩展方向和韧脆状态改变也可产生异常断口，仅通过改变试样缺口形式来减小试样起裂载荷和起裂功，并不能完全避免异常断口的产生．     

焊接后热处理对20g抗腐蚀性能的影响

焊接残余应力对焊接构件的抗应力腐蚀性能有严重的影响.焊接后热处理是一种新的降低焊接残余应力的技术,使用焊接后热处理的方法,对三块20g试板分别采取在室温下进行焊后自然冷却、预热到400℃和500℃进行焊接焊后保温,然后用小盲孔法测量焊接残余应力,同时测定三块试板在不同腐蚀介质中的腐蚀速率.实验结果表明焊接后热处理能够有效降低焊接残余应力,并显著提高焊件的抗腐蚀性能.     

GH132合金盘材缺口对疲劳及蠕变/疲劳交互作用下的力学性能的影响

GH_(132)合金虽不具有持久缺口敏感性,但仍存在着低周疲劳的缺口敏感。蠕变/疲劳交互作用的断裂寿命曲线,无论是光滑还是缺口都具有一个最大值的“鼻子曲线”。在“鼻子”的上部合金存在缺口敏感性,而在“鼻子”的下部和“鼻子”区域,缺口试样寿命高于光滑试样寿命。本文提出涡轮盘材料的发展应在提高强度的同时,不断改善塑性,以达到“强韧化”的效果。     

压痕对车轴钢疲劳极限的影响

利用硬度计在光滑沙漏状车轴钢疲劳试样上制造压痕,同时利用电火花在试样上加工缺陷,通过疲劳试验研究两种缺陷尺寸与试样疲劳极限之间的关系。将两类试样的测试结果和基于材料硬度、缺陷投影面积的Murakami模型计算结果进行对比。利用扫描电镜观察试样疲劳断口。结果表明,与计算结果相比较,压痕局部塑性变形导致的加工硬化和残余应力对试样的疲劳强度没有影响,裂纹依然从应力集中最大的压痕底部起裂。电火花缺陷表面粗糙度较大引起二次缺口效应,表面硬脆的重铸白层上还有微孔和微裂纹存在,导致此类试样疲劳强度低于模型计算结果,裂纹从电火花缺口底部多处萌生。     

缺口根部残余应变与疲劳循环次数相关性

为了探索疲劳寿命与材料损伤之间的相关性,研究疲劳寿命的预测方法,对缺口根部的残余应变与疲劳循环次数的相关性进行了实验研究.对带缺口GH4169材料拉伸试件进行了疲劳试验,实验中按一定的疲劳循环周次在零载荷状态下停机,并采集试件表面上的白光散斑图;应用数字散斑相关技术测量缺口附近的残余位移场,求出缺口根部的残余应变,得到缺口根部残余应变与疲劳循环次数的相关性曲线,获得了一些对于研究GH4169材料的疲劳寿命很有意义的重要结果.     

碳化物粒子尺寸对缺口试样断裂行为的影响

通过对铁素体晶粒尺寸相同、碳化物粒子尺寸不同的两种低合金钢的两种缺口试样（４ＰＢ，ＣｈａｒｐｙＶ）进行断裂试验，分析研究了碳化物粒子尺寸对缺口试样断裂行为的影响．结果表明：在缺口试样中，解理断裂的临界事件是铁素体晶粒尺寸的裂纹扩展进入相邻晶粒．铁素体晶粒尺寸决定缺口试样的低温解理断裂行为，而碳化物粒子尺寸对其几乎没有影响．在转变温度区，碳化物粒子尺寸分布通过影响材料塑性，对其缺口韧性产生较小影响，大碳化物粒子尺寸材料缺口韧性略高     

振动焊接对焊缝力学性能影响

采用试件和结构件进行了大量的对比试验,分析研究了振动焊接对构件焊缝区残余应力、断裂韧性、疲劳寿命等力学性能的影响。结果表明,振动焊接可以降低焊缝表面的残余应力,改善焊缝区的微观组织,提高焊缝处的断裂韧性,提高试件和结构件焊缝的疲劳寿命。     

简支梁在预应力与移动荷载作用下的动力性能分析

运用有限元软件ANSYS,采用实体力筋的独立建模耦合法建立了预应力钢筋及混凝土单元,模拟了车辆荷载作用在单片梁上,对其进行了动力分析。结果表明:施加预应力有效防止了荷载对梁作用产生较大的应力,预应力技术的采取使得桥梁能够部分或全部抵消由荷载产生的拉应力,从而有效地防止裂缝的产生,提高了桥梁的承载能力。