大型构件疲劳裂纹随机扩展寿命的预测

本文利用作者先前提出的疲劳裂纹扩展概率分析模型ｄａ／ｄＮ＝（ΔＫ／Ｋ０）ｍ（ｉ）／Ｚ（ｘ）对裂纹扩展进行数值模拟，进而提出常幅载荷作用下预测大型构件的疲劳裂纹随机扩展寿命的有效方法。数值模拟和以往的实验结果表明，本文所提出的方法能有效地模拟疲劳裂纹的随机扩展过程，推导出其扩展寿命的概率分布函数和进行可靠性分析，预测构件的寿命和推算其最小寿命。     

疲劳裂纹扩展可靠性分析的N-J模型方法

引入参数不确定性概念,采用概率统计方法研究了疲劳裂纹扩展过程中的可靠性问题,建立了以疲劳寿命N和J积分为随机变量的疲劳裂纹扩展可靠性模型,即N-J可靠性分析模型,并用Monte-Carlo法模拟了J积分的分布.与已有可靠性分析模型相比较,N-J模型更适合于描述疲劳裂纹扩展的可靠性问题.     

蠕变引起的疲劳裂纹扩展

为了保证火电厂的蒸汽管道、汽轮机转子等零件的安全运行，确定疲劳裂纹的扩展率有重要意义。根据时间相关断裂力学的理论，提供了一种计算蠕变扩展率的方法。介绍了时间相关断裂力学有关的裂纹尖端参数，指出用参数Ｃｔ，ａｖ作为衡量蠕变裂纹扩展的参数是适宜的；讨论了疲劳对蠕变裂纹扩展的影响，指出材料的疲劳屈服极限和抗蠕变能力是决定这种影响大小的主要因素；并给出了蠕变裂纹扩展率的计算公式     

Ⅰ—Ⅱ复合型裂纹亚临界扩展研究

对两种工程材料ＬＹ１２－ＣＺ铝合金和１６Ｍｎ钢的薄板斜拉伸试件进行了裂纹扩展试验研究，提出了用当量裂纹法预测Ｉ－Ⅱ复合型裂纹亚临界扩展寿命的方法。实验结果表明，当量裂纹法预测复合型裂纹疲劳寿命的方法简单可行。     

低碳低合金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属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。     

表面粗糙度对构件疲劳强度影响的预测

为研究表面粗糙度对疲劳强度的影响，从Ｆｏｒｏｓｔ规律Δσ＾ｍａ＝Ｃ和稳态疲劳门坎关系ΔＫｔｈ＝２Δσ（ａ）＾１／２出发，导出临界粗糙度的凹槽深度Ｒ０＝Ｃ／Δσ＾ｍ０和长，短裂纹交界点的深度α＾ｍ－２２＝（ΔＫｔｈ／２）＾２ｍ／Ｃ＾２。     

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     

不同应力下7B04铝合金的疲劳断口

采用金相、电镜扫描显微技术对不同应力下铝合金的疲劳断口显微组织进行分析和对比研究,揭示该合金疲劳裂纹萌生与扩展的微观特征。研究结果表明:疲劳裂纹一般在材料表面或近表面处萌生,与表面的距离随加载应力升高而减小,在应力为285MPa时裂纹于距表面约250μm处萌生,而在430MPa时裂纹萌生于材料表面;在裂纹源附近观察不到疲劳辉纹,且加载应力越高,这个区域的面积就越小,而裂纹扩展区的疲劳辉纹间距随应力的增大而增大;裂纹形成后,微裂纹沿着与应力轴呈45°角的最大切应力方向向纵深扩展,然后转向与拉应力轴正交的方向扩展,最后瞬断,且随着应力的增大,断口上疲劳裂纹扩展区的面积减小,瞬断区的面积增大。     

应力比和频率对腐蚀疲劳裂纹扩展的影响

采用微机辅助直流电位法，研究了应力比和频率对ＬＹ１２ＣＺ铝合金在３．５％ＮａＣｌ水溶液中腐蚀疲劳裂纹扩展的影响．结果表明，应力比升高，裂纹扩展速率升高，但频率变化对裂纹扩展速率无显著影响．文中给出了裂纹扩展速率定量表达式     

包含△K和Kmax二参数的疲劳裂纹扩展模型

除了材料自身特性和环境因素外,疲劳裂纹扩展的方式取决于裂纹尖端附近的应力场.而该应力场由外加应力和残余应力组成,受到引起循环塑性区的应力强度因子变化幅度△K和产生单调塑性区的最大应力强度因子Kmax的共同影响.因此,驱动裂纹扩展的外部驱动力应该是△K和Kmax.通过比较Vasudevan和Sadananda,Kuiawski、张嘉振等人提出的3种典型的二参数疲劳裂纹扩展模型的特点,提出了一个兼顾内、外应力,适合变幅载荷下疲劳裂纹扩展的新模型.     

随机载荷下大型构件疲劳裂纹扩展寿命的预测

本文从影响疲劳裂纹扩展随机性的外因（载荷条件）和内因（材质的分布规律）着手,探讨它们的交互作用对随机载荷作用下构件疲劳裂纹扩展的影响,采用数值模拟的方法,对桥梁、船舶、飞机、特殊容器等大型构件所承受的实际载荷谱以及材料对裂纹扩展的阻力系数等进行模拟,并进而对疲劳裂纹的随机扩展过程进行模拟,提出随机载荷作用下大型构件疲劳裂纹扩展寿命的预测及其可靠性分析方法．     

包含ΔK和Kmax二参数的疲劳裂纹扩展模型

除了材料自身特性和环境因素外,疲劳裂纹扩展的方式取决于裂纹尖端附近的应力场。而该应力场由外加应力和残余应力组成,受到引起循环塑性区的应力强度因子变化幅度ΔK和产生单调塑性区的最大应力强度因子Kmax的共同影响。因此,驱动裂纹扩展的外部驱动力应该是ΔK和Kmax。通过比较Vasudevan和Sadananda,Kujawski、张嘉振等人提出的3种典型的二参数疲劳裂纹扩展模型的特点,提出了一个兼顾内、外应力,适合变幅载荷下疲劳裂纹扩展的新模型。     

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     

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.     

Fatigue reliability analysis of kiln welded shell

<正>This paper presents a probabilistic reliability method for the welded shell during crack growth.The crack growth model incorporated with a failure assessment diagram(FAD),which can provides a better estimation of the critical crack length,is developed to describe fatigue failure.All variables for particular welded joints of the shell are studied. Among them,the stress variables are based on the calculated stress by using the finite element(FE) code ANSYS. Fatigue reliability analysis of the welded shell is performed by using the Monte Carlo simulation method.The failure probability curve of the example kiln is significantly useful to determine the repair schedule of shell cracks.     

引入应变循环损伤的材料裂纹扩展行为预测模型

根据循环载荷下的裂尖循环弹塑性应力应变场分析,结合Manson-Coffin经验关系,定义了基于循环塑性区内材料塑性应变幅值的单位平均损伤;根据Miner疲劳线性累积损伤理论,以裂尖扩展方向的循环塑性区尺寸为裂纹裂尖的单位扩展量,提出了基于低周疲劳损伤预测I型裂纹扩展速率的新预测模型.新模型中给出的参数均有明确的物理意义,不需要人为调试.Cr2Ni2MoV和X12CrMoWVNbN 10-1-1两种转子材料的低周疲劳试验结果表明,新模型对这两种材料裂纹扩展速率的预测结果与试验结果吻合良好.利用相关文献中提供的6种材料的低周疲劳性能数据,进一步验证了新模型用于裂纹扩展速率预测的良好适用性.     

铸造奥氏体不锈钢的疲劳裂纹扩展

用紧凑拉伸试样研究了载荷比、单峰过载和两步高-低幅加载对Z3CN20-09M铸造奥氏体不锈钢疲劳裂纹扩展速率的影响。当应力强度因子范围相同时,疲劳裂纹扩展速率随载荷比的增大而增大。单峰过载使裂纹扩展速率先有短暂的增加后长距离的减速扩展,出现裂纹扩展迟滞现象。两步高-低幅加载时,若两步的最大载荷不同,第二步裂纹扩展也会出现迟滞现象。用两参数模型和Wheeler模型能够预测恒幅载荷和变幅载荷下的疲劳裂纹扩展行为。     

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.     

海洋结构裂纹检测与维修优化

首先讨论了海洋结构含裂纹构件的失效准则及修复构件疲劳性能的评价模型。应用概率断裂力学方法提出了一个描述海洋结构检测与维修过程的可靠性模型 ,该模型同时考虑了疲劳和断裂两种失效形式 ,并可以评价检测、维修过程对平台可靠性的影响。基于该模型 ,开发了一个描述裂纹萌生与扩展过程的可靠性数值仿真器 ,用于对服役平台的检测和维修进行优化。用该数值仿真器对一个实例进行计算的结果表明 ,对裂纹进行检测优化时 ,不计断裂失效是不合理的。