ZrO2陶瓷材料在水环境中的疲劳断裂特征

采用断裂力学中的四点弯曲试验法，对ZrO2陶瓷材料分别在大气、水环境中的静疲劳和循环疲劳破坏特性进行研究，通过扫描电子显微镜（SEM）对试验片断裂面的微细组织进行观察，分析并阐明了造成材料疲劳断裂的机理。结果表明，相同应力条件下，材料在水环境中的疲劳寿命比大气环境中低以及循环疲劳对材料的疲劳寿命起到劣化作用，该劣化作用可以认为是由于循环应力使得微裂纹增加和扩展造成的。     

冷锻模具材料高速基体钢应变控制室温疲劳性能

对冷锻模具材料高速基体钢进行了室温下的单轴静态拉伸试验和应变控制单轴对称拉压低周疲劳试验,获得了静态拉伸力学性能和低周疲劳性能参数.通过对试验数据进行拟合,得到了高速基体钢材料在室温下静态单调拉伸应力-应变关系、循环应力-应变关系以及循环应变-寿命曲线.试验结果表明,该模具材料在本试验控制的循环应变幅范围内发生了循环软化,疲劳断裂之前未观察到明显的应力饱和现象.以控制应变幅为1.5%的试样为例,对材料的低周疲劳行为特性进行了分析.材料的循环应力响应分为明显软化,软化效应减弱和瞬时断裂3个阶段.     

工程结构元件疲劳寿命的估计

分析工程结构元件在循环载荷下工作,承受交变应力或重复应力时所发生的疲劳断裂现象及疲劳寿命的估计.指出传统的疲劳强度理论在研究高强度材料和超高强度材料及大型工程结构元件的疲劳寿命时所显露出来的局限性及其原因所在,提出带裂纹工程元件疲劳寿命的一种估计方法和有待进一步研究解决的问题.为工程结构元件疲劳寿命的估计提供参考.     

玻璃陶瓷在循环应力作用下的疲劳研究

本文选用水、空气、煤油三种介质，对一种典型可切削玻璃陶瓷在循环载荷作用下的疲劳特性进行了研究。结果表明：循环疲劳对介质不敏感，循环疲劳对最大应力敏感主要是机械疲劳过程。循环载荷对材料造成附加损伤，降低材料的寿命。     

大鼠皮肤的循环力学性能研究

通过循环疲劳试验,研究了平均应力和应力幅值对大鼠皮肤力学性能的影响.结果表明:大鼠皮肤在拉-拉循环载荷作用下表现出明显的应变累积特性(即棘轮效应),棘轮应变曲线可划分为瞬态、稳态和加速失效3个阶段;棘轮应变及其应变率随平均应力或应力幅值的增加而增大,导致大鼠皮肤的损伤累积加速进而降低其疲劳寿命;循环应力-应变曲线中的滞后环面积、切线模量能够表征大鼠皮肤的循环特性,滞后环面积和切线模量呈现负相关的关联;对应循环疲劳失效的整个过程,滞后环面积经历减小、稳定、迅速增加3个过程;应力-应变滞后环面积随应力幅值的增加而增大,但平均应力对应力-应变滞后环面积的影响没有线性关系,在试验范围内当平均应力为12,MPa时滞后环的面积最小.结合Basquin模型和SWT模型,可以预测在不同平均应力与应力幅值作用下大鼠皮肤的低周循环疲劳寿命.通过石蜡切片技术和HE染色方法,研究拉伸和循环加载对皮肤微观结构的影响.结果表明,拉伸破坏和循环疲劳破坏都归因于纤维束的滑移和断裂,但两者发生断裂破坏的表现形式不同,前者表现为长裂纹扩展导致的拉伸断裂,后者则为短裂纹扩展导致的疲劳断裂.     

随机扫描振动中结构疲劳寿命的预测

应用应力场强度理论,分析、推导按宇航标准进行随机扫描振动中,复合循环应力作用下材料的应力函数f(iδj)和应力场强度δF1的具体形式,建立随机扫描振动的振动量值与结构疲劳寿命的直接联系,对在高频率(500-2 000 Hz)阶段材料的塑性行为和实验数据进行分析,得到适用于LY12-CZ的寿命修正因数.同时,通过对三因数公式进行修正,得出复合循环应力作用下,预计结构抗振动疲劳寿命的经验公式.     

SAF 2707HD旋转弯曲疲劳性能

针对SAF 2707HD双相不锈钢进行旋转弯曲疲劳实验.利用升降法计算得到疲劳极限,根据实验数据绘制应力-疲劳寿命(S-N)曲线,再利用扫描电子显微镜(SEM)对试样疲劳断口进行观察,分析了疲劳裂纹源的类型和断裂机制.统计数据表明:由于试样表面裂纹源引起的断裂基本发生在10⁵次循环或之内,而由于内部裂纹源引起的断裂基本发生在10⁶次循环,相差近一个数量级.为此利用有限元软件进行了疲劳寿命计算,预测结果与实验所得S-N曲线进行对比,确认了疲劳寿命分析的可靠性.     

环氧乳化沥青粘层剪切疲劳性能

采用应力控制方式、半矢正弦波荷载波形、10 Hz加载频率和取值为0.1的循环特征值,以剪切断裂为疲劳破坏标准,在60℃恒温条件下,以0.2~0.7的应力水平在MTS810材料试验机上进行45°斜剪疲劳试验,对最佳配方和最佳洒布量的沥青路面及桥面沥青铺装层环氧乳化沥青粘层的剪切疲劳性能进行了研究,建立了剪切疲劳寿命回归方程.结果表明:应力水平对疲劳寿命有较显著的影响,60℃高温条件下,当应力水平由0.2增加到0.7时,沥青路面及桥面铺装环氧乳化沥青粘层的疲劳寿命降幅分别为97.4%和99.3%;建立的疲劳寿命对数与剪应力回归方程有较高的精度,且桥面铺装结构剪切疲劳寿命较沥青路面对剪切应力更为敏感.     

镀层材料热及力学特性对枪管寿命的影响

为研究枪管镀层材料性能对枪管寿命的影响,综合运用身管镀层剪切失效理论和疲劳损伤累积理论,提出了基于镀层界面剪切疲劳损伤的枪管寿命预测模型.以某小口径步枪为研究对象,基于有限差分法,对内膛涂镀铬、钽和氮化硅三种不同材料的枪管在10连发射击过程中的温度场分布、镀层内应力分布以及枪管寿命进行了数值计算,研究了镀层材料的热及力学特性对枪管寿命的影响.研究结果表明,镀层的热扩散系数、影响因子η及断裂长厚比是影响枪管寿命的几个关键性能,其中断裂长厚比对界面切应力和枪管寿命的影响最大,拥有较大断裂长厚比的镀层可以在射击过程中显著降低界面切应力,进而提高枪管寿命.      

采用威布尔分布的道岔梁的寿命预测及评估

由于跨座式单轨车辆行驶的道岔梁受循环动载荷作用时会在局部产生裂纹,循环作用的应力或应变作用次数积累后,焊缝脆弱区会产生疲劳断裂,故文中借助有限元理论和疲劳损伤累计理论对道岔梁进行寿命预测.基于静态叠加法,借助多体动力学软件ADAMS,建立动力学仿真模型并获取载荷谱;在有限元软件中获得单位载荷下的应力-应变结果,并利用疲劳分析软件Femfat对焊缝进行建模,定义其接头类型,进行仿真计算.结合实际运行工况对焊缝进行寿命预测,结果表明:在极限工况下,焊缝疲劳强度能满足实际工况的运营需求.     

频率对BG-P110油管钢腐蚀疲劳裂纹扩展的影响

油管服役工况下,受腐蚀介质和交变载荷的共同作用,腐蚀介质腐蚀油管内外壁而产生表面结构不连续。当有拉伸、弯曲、振动载荷出现时,表面结构不连续处会产生应力集中,发生腐蚀疲劳断裂失效。以宝钢BG-P110油管材料为对象,通过不同载荷频率下的疲劳和腐蚀疲劳裂纹扩展试验,分别测量大气和3.5 wt%Na Cl环境下的疲劳裂纹扩展速率。结合断口形貌和成分分析,分析频率对BG-P110油管材料腐蚀疲劳裂纹扩展的影响。交变载荷相同时,腐蚀环境加快BG-P110油管的疲劳裂纹扩展速率;腐蚀环境相同时,频率越低BG-P110油管疲劳裂纹扩展速率越大。     

钢结构节点在循环往复荷载作用下的超低周疲劳断裂预测

进行了一个方钢管柱与H形钢梁直接焊接节点试件在往复荷载作用下的试验和有限元分析,采用已校准的微观断裂判据退化有效塑性应变模型(DSPS)和循环空穴扩张模型(CVGM)对其进行了超低周疲劳断裂预测,并对两个栓焊混接边柱节点试件进行了预测.预测结果与试验结果相比有较高的精确度.随后进行了损伤退化参数对断裂预测结果的敏感性分析,得出其取值对预测结果不敏感.因此,微观断裂判据对钢结构节点的超低周疲劳断裂预测有较好的适用性.     

中碳钢在变幅载荷下疲劳裂纹加速扩展的研究

通过对带有环状Ｖ型切口的４５￣＃钢圆棒料在恒幅过载和变幅过载下的低周次疲劳试验，表明变幅递增过载的裂纹扩展速率比恒幅过载裂纹扩展速率显著增大。基于试验事实和断口分析，探讨了过载下的疲劳裂纹扩展机制，说明过载时裂纹扩展速率瞬时显著增大是裂纹钝化的结果，进而寻找到了促使裂纹加速扩展的适宜加载方式，为超低周疲劳断裂的工程应用提供了依据。     

循环塑性与疲劳裂纹扩展门槛值

基于材料的循环塑性预测了疲劳裂纹扩展的门槛值.所提出的模型强调材料的循环塑性对疲劳裂纹扩展的影响.结合无位错区理论和内聚区理论计算循环载荷下裂纹吸附区的J积分值,并以J积分作为断裂参数建立裂纹扩展的标准.由此计算的疲劳裂纹扩展速率符合通常的模式,预测的门槛值与实验拟合较好.当前模型的主要特点是近门槛疲劳主要由材料的循环变形行为确定,进而由标准循环加载的实验确定,这对于工程实际有重要意义.     

7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接头腐蚀疲劳断口

利用电子显微镜和扫描电镜对7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接头腐蚀疲劳断口进行研究,分析了 7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接头腐蚀疲劳裂纹的发展过程。结果表明,搅拌摩擦焊接头腐蚀疲劳裂纹萌生 于焊核区和热力影响区的交界处并逐渐向热力影响区内部扩展,最终延伸并断裂于热影响区。腐蚀疲劳断 口存在多个裂纹源,裂纹源萌生于腐蚀坑处。腐蚀疲劳裂纹扩展分为低速扩展、稳态扩展和快速亚稳态扩展 3个阶段。在低速扩展阶段,产生了很多点蚀坑。在稳态扩展阶段,腐蚀疲劳具有脆性断裂特征。在快速亚 稳态扩展阶段,循环荷载成为裂纹扩展的主要驱动力而腐蚀作用的影响减弱。腐蚀疲劳裂纹扩展的瞬断区 呈现以脆性断裂为主的断裂特征。     

Q345B钢框架梁柱节点焊缝低周疲劳试验

为了研究不同加载制度下的钢框架梁柱节点焊缝低周疲劳性能,设计并完成了六个足尺全焊接梁柱节点焊缝低周疲劳试验,研究了节点焊缝的疲劳裂纹萌生及扩展规律,分析了循环幅值、加载历程对节点疲劳性能的影响,比较了在常幅、变幅及随机荷载作用过程中的疲劳损伤累积程度。结果表明:在三种加载制度下,梁翼缘焊接孔处焊趾最易萌生疲劳裂纹,最终断裂的路径均为焊接孔焊趾裂纹斜向发展,与翼缘焊缝端部裂纹汇合,造成全截面断裂;试件直接经历等幅大变形对节点的疲劳性能较为不利,经历由小变形到大变形的加载过程更能发挥耗能能力;常幅加载的幅值越大,节点累积损伤的速率越快,越早发生疲劳断裂.     

随机荷载作用下疲劳裂纹扩展新算法

认为疲劳裂纹扩展的机理是惯性效应,并在断裂力学的基础上,通过引入惯性效应因子导出等幅荷载作用下疲劳裂纹扩展速率解析表达式.将随机载荷用通用的傅立叶变换转换为等幅非对称循环载荷的叠加,这一方法具有力学概念清晰、简便的特点.通过与试验数据和其它方法的对比研究,证明了该方法的有效性.成功地将等幅载荷作用下疲劳裂纹扩展新公式推广到随机载荷作用.     

应力比对WC-Co硬质合金疲劳性能的影响

采用三点弯曲疲劳法,研究了不同粘结相含量以及粘结相成分的硬质合金在两种不同应力比(R=0.1和R=0.5)加载时的疲劳行为,并结合SEM对疲劳机理进行了分析.结果表明:硬质合金疲劳断裂过程同时存在脆性断裂和韧性断裂.在两种应力比疲劳加载时都发现,增加钴含量,合金的疲劳敏感性先减小后增大,添加Ni和Cr能降低合金的疲劳敏感性.大应力比疲劳加载时,粘结相疲劳断裂过程由脆性断裂向韧性断裂转变.增大应力比对合金的疲劳敏感性也有影响.     

基于DBSCAN算法与GMM 理论的铝合金板孔边疲劳裂纹萌生监测

针对航空结构中多孔铝合金板在疲劳载荷作用下的孔边裂纹萌生监测问题,以光纤传感系统为基础结合小波分解、含噪声的密度空间聚类以及高斯混合模型,提出了一种孔边裂纹萌生监测方法。首先以光纤光栅传感系统采集循环加载条件下多孔铝合金板孔边裂纹萌生至结构断裂全程中孔边微应变并构建孔边微应变曲线。对孔边微应变曲线进行小波分解,得到微应变曲线的低频分量与高频分量,并以低频分量最小值及高频分量突变作为孔边裂纹萌生特征。在分析裂纹萌生时引入DBSCAN 算法与GMM 理论用于计算孔边裂纹萌生时的疲劳加载循环数并进行比较与分析得到多孔铝合金板孔边主裂纹的萌生位置以及孔边主裂纹裂纹萌生时的疲劳加载循环数。试验结果表明:此监测方法能够准确定位出孔边主裂纹的萌生位置,计算孔边主裂纹萌生时的疲劳加载循环数,且疲劳加载循环数计算误差在5%以内。在未来可应用于全机地面疲劳试验、结构健康监测等多种场景。     

微晶玻璃的疲劳行为

本文系统研究了Ｋ２Ｏ－ＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３－ＳｉＯ２－Ｆ多元系统的可切削微晶玻璃的疲劳行为．研究材料在静载荷、动载荷、循环载荷作用下的疲劳断裂的宏观规律，得到了材料在空气中三种载荷形式下的疲劳指数（应力腐蚀指数）ｎ分别为６９５４，３５２和１８１８．实验结果表明，应力腐蚀指数ｎ的大小强烈依赖于加载方式，并能作为材料抵抗裂纹扩展的某种抗力指标，循环载荷和动载荷对材料造成了附加损伤，致使在相同应力水平下材料寿命明显下降