材料构型力驱动的复合型疲劳裂纹扩展行为研究

基于材料构型力断裂准则,提出了一种描述复合型疲劳裂纹扩展规律的新模型,该模型不仅能够预测复合型裂纹的扩展路径,而且可以计算裂纹扩展寿命。以该模型为基础,对疲劳问题中的复合型裂纹扩展失效问题进行了研究。首先,根据材料构型力理论,建立了复合型疲劳裂纹扩展模型,开发了构型力的有限元计算程序,实现了疲劳裂纹扩展的数值计算;其次,采用构型力驱动准则,对Ⅰ型和I-II复合型疲劳裂纹进行了数值分析,计算了裂纹扩展路径以及扩展寿命,数值分析结果与试验结果基本一致,从而验证了该方法的有效性。最后,针对工程实际中可能出现的复杂疲劳裂纹扩展问题,具体研究了边界裂纹与圆孔缺陷干涉作用下的金属板疲劳问题,结果表明:斜裂纹角度以及孔洞与裂纹的相对位置均会影响扩展路径以及疲劳寿命;对于不含圆孔的斜裂纹问题,裂纹角度越大,寿命就越长,而对于含圆孔的边界裂纹问题,由于孔洞的存在导致了裂纹朝孔洞方向偏转和裂纹扩展速率减小,并可能发生止裂现象。     

焊接接头疲劳裂纹扩展随机模型

用随机过程理论与试验数据相结合的方法建立了焊接接头疲劳裂纹扩展的随机模型,根据随机模型分析了焊接接头疲劳裂纹扩展的统计规律。     

7085-T7452铝合金复合型疲劳单裂纹应力强度因子计算

为探究7085-T7452铝合金I-Ⅱ复合型加载下疲劳裂纹扩展机理,利用ANSYS软件建立了含裂纹T7452铝合金的有限元模型,运用最大环向拉应力准则计算复合型裂纹扩展方向,计算出T7450铝合金复合型加载下裂纹尖端应力强度因子;同时研究了复合型裂纹扩展过程中I、Ⅱ型裂纹应力强度因子变化规律.     

力学性能非对称焊接接头疲劳裂纹扩展规律

研究了硬对软（ＣＳ）、软对硬（ＣＨ）和软硬中（ＳＨＭ）三种典型的力学性能非对称焊接接头疲劳裂纹扩展规律．结果表明：力学性能非对称性对焊接接头的疲劳裂纹扩展规律有很大影响．起始裂纹在软区的硬对软力学性能非对称焊接接头，起始裂纹越靠近硬区，疲劳裂纹扩展速率越快；起始裂纹在硬区的软对硬力学性能非对称焊接接头，起始裂纹越靠近软区，疲劳裂纹扩展速率越慢；起始裂纹在硬区的软硬中力学性能非对称焊接接头，硬夹层宽度越窄，疲劳裂纹扩展速率越慢．     

力学性能非对称焊接接头疲劳裂纹扩展规律

研究了硬对软（ＣＳ）、软对硬（ＣＨ）和软硬中（ＳＨＭ）三种典型的力学性能非对称焊接接头疲劳裂纹扩展规律。结果表明：力学性能非对称性对焊接接头的疲劳裂纹扩展规律有很大影响。起始裂纹在软区的硬对软力学性能非对称焊接接头，起始裂纹越靠近硬区，疲劳裂纹扩展速率越快；起始裂纹在硬区的软对硬力学性能非对称焊接接头，起始裂纹越靠近软区，疲劳裂纹扩展速率越慢；起始裂纹在硬区的软硬中力学性能非对称焊接接头，硬夹层宽     

等效结构应力法的焊接疲劳评估

为了在设计阶段准确地计算出空间任意走向的焊缝疲劳寿命,采用等效结构应力法对管状T型焊接接头的疲劳寿命进行了评估。建立了3种网格尺寸的管状T型焊接接头有限元模型,并计算结构应力。运用FE-weld疲劳评估软件计算出焊缝处的应力循环次数,并与试验数值进行比较。比较结果表明:等效结构应力法对焊接接头疲劳评估具有网格不敏感性和较高的准确性。     

残余压力场下的疲劳裂纹扩展特性

以１６Ｍｎ钢焊接接头为研究对象，对焊接残余压应力场下的疲劳裂纹扩展特性进行了研究．测定了应力比为０．２，０．４，０．６条件下，母材、热影响区、焊缝的疲劳裂纹扩展速率，同时对残余压应力场的变化情况进行了分析和研究，提出了预测１６Ｍｎ钢焊接接头疲劳裂纹扩展速率的数学模型     

残余压力场下的疲劳动裂纹扩展特性

以１６Ｍｎ钢焊接接头为研究对象，对焊接残余压应力场下的疲劳裂纹扩展特性进行了研究，测定了应力为０．２，０．４，０．６条件下，母材，热影响区，焊缝的疲劳裂纹扩展速率，同时对残余压应力场的变化情况进行了分析和研究，提出了预测１６Ｍｎ钢焊接接头疲劳裂纹扩展速率的数学模型。     

正交异性钢桥面横向焊接接头的疲劳寿命估算

针对正交异性铁路钢桥面构造细节,设计2个足尺钢桥面构件进行静载和高周疲劳承载试验。在试验研究的基础上,建立钢桥面有限元模型,并进行分析计算,计算结果与试验值基本吻合。在1阶段模型的基础上,采用子模型技术建立纵肋焊缝位置带半椭圆表面裂纹的2阶段模型,用退化奇异单元模拟该部位裂纹尖端应力场,通过位移外推得到不同裂纹深度下裂纹尖端的应力强度因子K。基于初始裂纹尺寸的合理判定,对Paris公式积分推导得到纵肋焊接接头裂纹扩展曲线并估算疲劳寿命,计算结果解释了试验中裂纹的萌生和发展规律。建议钢桥面纵肋焊接接头按EC33中的71级或铁路桥梁钢结构设计规范中IX细节进行疲劳设计。     

低碳低合金钢焊接接头的疲劳裂纹扩展性能

对Ｅ３６，ＣＦ６０，ＨＱ６０，ＨＱ７０和ＮＶＤ４０低碳低合金结构钢焊接接头的疲劳裂纹扩展性能进行了实验研究．结果表明，在应力比Ｒ＝０．１的实验条件下，各钢种焊接接头的焊缝金后均具有良好的抗疲劳裂纹扩展能力，焊缝金属的显微组织变化对其亚临界疲劳裂纹扩展速率的影响较小，仍可用Ｐａｒｉｓ公式来描述该阶段的疲劳裂纹扩展过程．     

一种超细晶粒钢焊接宽板抗断裂性能的数值评估

800 MPa超细晶粒钢具有优良的综合力学性能,但焊接热作用可能导致焊接热影响区的晶粒长大及局部软化。通过数值分析方法,以800 MPa超细晶粒钢母材性能为参照,对其实际焊接接头的抗断裂性能进行了评估。采用MARC商用软件,对不同中心贯穿裂纹尺寸的母材及其实际焊接接头拉伸板模型进行了三维有限元计算和拉伸过程模拟。焊接方法为脉冲熔化极混合气体保护焊,焊接板的中心裂纹处于焊缝与热影响区之间的熔合区。用作对比的母材板的裂纹尺寸和位置、网格划分、边界条件等与焊接板完全相同。根据计算结果,分析了焊接接头力学不均匀性对应力应变场的影响,并依据全面屈服理论对裂纹张开位移(CTOD)值进行了分析。结果表明,焊接接头的CTOD值均低于同裂纹尺寸的全母材。因此,该拉伸板的抗断裂性能应优于全母材,焊接接头的局部软化并未对结构承载造成不利影响。     

一种超细晶粒钢焊接宽板抗断裂性能的数值评估

800MPa超细晶粒钢具有优良的综合力学性能，但焊接热作用可能导致焊接热影响区的晶粒长大及局部软化。通过数值分析方法，以800MPa超细晶粒钢母材性能为参照，对其实际焊接接头的抗断裂性能进行了评估。采用MARC商用软件，对不同中心贯穿裂纹尺寸的母材及其实际焊接接头拉伸板模型进行了三维有限元计算和拉伸过程模拟。焊接方法为脉冲熔化极混合气体保护焊，焊接板的中心裂纹处于焊缝与热影响区之间的熔合区。用作对比的母材板的裂纹尺寸和位置、网格划分、边界条件等与焊接板完全相同。根据计算结果，分析了焊接接头力学不均匀性对应力应变场的影响，并依据全面屈服理论对裂纹张开位移（CYOD）值进行了分析。结果表明，焊接接头的CTOD值均低于同裂纹尺寸的全母材。因此，该拉伸板的抗断裂性能应优于全母材，焊接接头的局部软化并未对结构承载造成不利影响。     

含裂纹体焊接接头J-Q断裂准则的工程化方法

针对单参数H积分在焊接接头裂端场应用的困难，提出一个适合于含裂纹体焊接接头裂端场的J-Q双参数准则。为了能够在工程实际中应用，从改变焊缝材料性能的角度出发，利用有限元数值解对Q因子的分布规律进行了讨论，通过直线回归得到了该参量的工程计算方法，并对J-Q双参数断裂参量在断裂场中的有效性进行了验证，从而得到了焊材变化时焊接接头裂纹体裂端场的工程估算方法。     

JM积分在低强钢焊接接头应力腐蚀破裂计算中的应用

运用悬臂弯曲应力腐蚀破裂试验的方法，研究了低强钢焊焊接头的应力腐蚀裂纹的亚临界稳定扩展问题，提出了用弹塑性断裂力学参量ＪＭ描述应力腐蚀理解纹尖端应力应变场。分析了在ＳＣＣ下ＪＭ的计算方法；通过试验与计算测得了焊接接头各区的ｄａ／ｄｔ－ＪＭ曲线，并分析了各区的ＳＣＣ敏感性大小。     

喷熔修形法提高焊接接头疲劳强度

针对工程实际应用的需要,给出了一种提高焊接接头疲劳强度的处理方法．焊接结构中,接头的疲劳强度远远低于母材,其疲劳裂纹主要起源于接头焊趾处、采用Ni60和Fe38两种合金粉末对Q235B钢十字接头焊趾处进行了啧熔修形处理和高频疲劳试验．结果表明,经过喷熔修形处理后,Ni60和Fe38喷熔修形态十字接头的2×10^6条件疲劳极限分别提高了64．5％和42％用ANSYS对3种状态接头焊趾处应力集中系数进行计算,结果发现,Ni60和Fe38喷熔修形态十字接头焊趾区的应力集中系数较原始焊态分别减小57．5％和37％．     

钢在恒温超塑焊接过程中焊接面断口分析

通过对 40Cr T10A钢恒温超塑性固相焊接过程中焊接面断口的观察与分析 ,认为超塑性固相焊接接头形成过程中焊接面各微区焊合状态是非均匀的 ,并呈现出不同的断口形貌特征 ;若按微观上断口形貌特征分类 ,整个断口可分为类原始界面区、准冶金结合区和冶金结合区 3个特征区域 ;接头形成过程可描述为冶金结合区增加、准冶金结合区逐渐增大而类原始界面区逐渐减小的过程。     

EH36钢焊接接头在超长寿命区间的疲劳性能

采用自行研制的TJu．HJ—I型超声疲劳试验装置对EH36钢无余高焊接接头在超长寿命区间的疲劳性能进行研究．试验结果表明：在10^7循环周次以后试件仍然会在焊接接头发生断裂,并且s—N曲线仍呈下降趋势,没有出现传统意义上的疲劳极限．尽管不存在余高,焊接接头表面不存在应力集中,但是大部分试件仍然在焊接接头处断裂．通过扫描电子显微镜分析断口可以观察到,裂纹源大部分处于表面机械加工微痕及次表面微观缺陷处．另外,焊接接头中缺陷引起的“鱼眼”与母材中的“鱼眼”并不完全相同,前者的鱼眼中不存在视觉黑暗区．     

线圈骨架摩擦焊接头裂纹形成的原因分析

对线圈骨架DT4A纯铁和1Cr18Ni9Ti不锈钢摩擦焊接头裂纹的形成进行了原因分析。分析认为摩擦焊接参数没有得到优化，轴向压力卸载过早，焊接不起；而且异种材料物理性能线胀系数上有很大差别，导致摩擦焊接界面周边处形成最大张应力以及奥氏体与非奥氏体不锈钢之间的组织应力容易驱使裂纹的形成。     

脉冲电流作用下炮钢裂纹尖端的金相组织分析

利用材料的电热效应对炮钢进行裂纹止裂实验,并对裂纹尖端材料进行金相组织分析.结果表明:对带有裂纹试件进行脉冲放电裂纹止裂,裂纹尖端处瞬间形成微小焊口,尖端附近组织发生相变,不仅可以达到止裂的目的,还提高了材料的抗断裂能力.