超载处理对16Mn钢疲劳裂纹扩展速率的影响——Ⅱ.容器部分

本文对16Mn钢压力容器中轴向贯穿疲劳裂纹的超载迟滞效应进行了试验研究。基本循环载荷应力比R=0,未经超载的疲劳裂纹扩展速率采用裂纹顶端张开位移变化量回归。试验使试板上的结论在容器中得到了验证。校核了Willenborg和Matsuoka模型在压力容器中的可用性。应用Matsuoka模型估算压力容器迟滞效应是可行的。本文建议,确定最大超载比时应综合考虑裂纹是否会失稳、容器是否会发生屈服以及裂纹的韧带屈服范围等因素。     

超载对X52管线钢疲劳裂纹扩展的影响

试验研究了裂纹扩展过程中超载载荷迟滞效应。在恒定的应力比下,在不同强度因子幅下通过计算过载影响区大小来确定影响区内的迟滞裂纹扩展速率,并与无超载情况下的裂纹扩展速率相比较,定性地说明X52管线钢裂纹扩展中的迟滞效应。     

超载对应力集中区裂纹疲劳扩展的影响

用具有对称裂纹的中心圆孔宽板试件,研究了超载对结构应力集中产生的塑性变形区中的裂纹疲劳扩展速率的影响。发现在塑性区中裂纹超载迟滞效应和在弹性区中裂纹的超载迟滞效应相似。在裂纹萌生前施加超载于结构元件,对以后应变集中区裂纹的萌生及疲劳扩展均有显著的迟滞作用。因此预超载技术可以用于延长有应力集中结构元件的疲劳寿命,例如带接管的焊接压力容器。     

疲劳裂纹在TA2板中扩展及超载迟滞效应的实验研究

以中心裂纹拉伸M(T)试样为试件,研究了TA2钛板中Ⅰ+Ⅱ复合型缺口裂纹在不同载荷条件下的扩展情况,重点研究了在恒幅载荷和超载载荷下新裂纹的起裂、扩展和迟滞。结果发现在TA2材料中,从I+II复合型缺口裂纹尖端起裂的新裂纹是以Ⅰ型裂纹型式向前扩展的,并且与缺口裂纹取向以及是否受到超载无关;裂纹疲劳扩展速率和Ⅰ型应力强度因子变化幅之间的关系符合Paris公式;经过超载后,裂纹在TA2材料中的起裂和扩展难度显著提高,而且裂纹越短,超载迟滞效应越明显,超载后在裂纹尖端附近形成的残余压应力塑性区是产生超载迟滞效应的原因。     

超载处理对16Mn钢疲劳裂纹扩展速率的影响——Ⅰ.试板部分

本文研究了超载对16Mn疲劳裂纹扩展速率的影响。试样为中心贯穿裂纹试板,基本载荷应力比R=0,在试验中包括了超载比和超载时裂纹长度的影响,得出了与前人基本相同的结论,即迟滞效应随超载比的增加而提高、随超载时裂纹长度的增长而下降。采用Willenborg和Matsuoka两种模型,计算迟滞寿命并与实测值作了比较:按Willenborg模型计算,在超载比较小时与实测值十分接近,超载比较大时则远远偏离实测值,且偏于不安全。按Matsuoka模型计算与实测值基本接近,且(?)部分偏安全。初步证实了Matsuoka模型是估算16Mn材料超载迟滞效应的比较理想的模型。     

压力容器内外交错分布裂纹的相互作用分析

压力容器在制造、安装以及使用过程中都有可能产生裂纹,这些表面裂纹会随着容器的使用而发生扩展甚至破裂,严重影响了压力容器的使用安全性。因此开展了对压力容器内外壁表面裂纹相互作用的研究。通过使用ANSYS有限元分析软件,建立内压作用下含裂纹压力容器模型,分析了不同倾角以及交错角情况下裂纹应力强度因子的变化规律。发现单裂纹应力强度因子随倾角的增大而减小;内外壁双裂纹的相互影响作用随交错角的增大而减小。研究对含角度双裂纹相互作用下的失效评定具有一定的意义。     

变幅载荷下的疲劳裂纹扩展

通过１６Ｍｎ钢在高－低，低－高－低和低－高加载情况下，不同超载比时的裂纹扩展了实验研究，获裂纹长度与循环次数，裂纹扩展速率与裂纹长度的相应变化曲线，实验表明，在高－低和低－高－低加载下疲劳裂纹扩展具有迟滞效应，其随超载比增大而增大，文中使用常数的Ｗｉｌｌｅｎｂｏｒｇ模型对具有迟滞效应情况进行了寿命分析，计算表明在大超载比下与实验结果相比明显偏大，上述现象对变幅载荷下有裂纹机械构件的安全寿命预测具有     

超载试验中TC18钛合金低周疲劳特性与断口分析

为了研究超载试验对TC18钛合金低周疲劳特性的影响,常温下,本文在恒幅低周疲劳和间隔超载载荷两种工况下,对两种厚度的β锻TC18钛合金中心开孔试样进行了研究,对其低周疲劳性能及断口形貌开展了深入探索。同时,在应力比和恒幅载荷相同的情况下,与无超载情况下的裂纹扩展速率进行了对比分析。疲劳试验结果表明：β锻TC18钛合金存在明显的超载迟滞效应;每100次恒幅载荷间隔2次1.3倍超载载荷时,低周疲劳寿命约为恒幅低周疲劳寿命的2倍。     

超载试验中TC18钛合金低周疲劳特性研究与断口分析

为了研究超载试验对TC18钛合金低周疲劳特性的影响,常温下,在恒幅低周疲劳和间隔超载载荷两种工况下,对两种厚度的β锻TC18钛合金中心开孔试样进行了研究;对其低周疲劳性能及断口形貌开展了深入探索。同时,在应力比和恒幅载荷相同的情况下,与无超载情况下的裂纹扩展速率进行了对比分析。疲劳试验结果表明:β锻TC18钛合金存在明显的超载迟滞效应;每100次恒幅载荷间隔2次1.3倍超载载荷时,低周疲劳寿命约为恒幅低周疲劳寿命的2倍。     

缠绕式容器的疲劳分析与实验研究

本文研究了缠绕层对内筒含穿透裂纹的容器疲劳扩展速率的影响。结果表明：即使在等壁厚、等裂纹长度、等应力的条件下，内筒含穿透裂纹的缠绕式容器的裂纹扩展速率也明显小于单层容器的裂纹扩展速率，缠绕层数越多，上述作用越显著。本文还得出了缠绕式容器的鼓胀系数计算式。揭示了：压力容器或高压管道只要适当缠绕几层扁平钢带，其疲劳、断裂性能就可较显著地得到改善。     

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.     

Fractographic analysis of the overload effect on fatigue crack growth in 2024-T3 and 7075-T6 Al alloys

The effect of single overload on the fatigue crack growth in 2024-T3 and 7075-T6 Al alloys was analyzed. Fatigue tests under constantamplitude loading with overload peak were carried out on V-notched specimens. Fractographic analysis was used as a principal approach to explain the crack growth retardation due to the overload. Scanning electron microscopy(SEM) analyses were conducted on the fractured surface of failed specimens to study the retardation effect. The obtained results show that the overload application generates a plastic zone in both aluminum alloys. The generated plastic zone is three times larger in the case of 2024-T3 compared to 7075-T6, and thus, a significant crack retardation was induced for 2024-T3. The retardation effect due to the overload for 2024-T3 and 7075-T6 lasted for about 10 mm and 1 mm, respectively, from the point of overload application.     

双轴等拉低周疲劳实验装置

本文给出能在一般单向加载液压疲劳试验机上做双轴等拉低周疲劳实验研究的双向拉伸装置,并对有关影响因素进行了讨论。 本试验是在百吨液压低周疲劳试验机上进行的。双向拉体装置已经受近百万次疲劳载荷,其中交变载荷幅围5.5,t亦经受近20万次。在使用过程,各构件完好合手使用要求,将十字试样进行低周疲劳断裂试验,成功地开出合格裂纹,用它进行超速条件下叶轮材料性能研究亦取得初步结果。可以认为它适用于平而应力集中问题低周疲劳性能的研究。若使用液压高、中周疲劳试验机,它还可用于双轴载荷下裂纹试样裂纹扩展的研究。 本文指出了双向拉伸装置有待改进的方面。     

基于损伤力学与安全衰减路径的含裂纹缺陷压力容器扩展寿命分析

针对含裂纹缺陷压力容器的疲劳裂纹扩展寿命问题,在裂纹缺陷的安全衰减路径仿真基础上,提出了一种预测裂纹缺陷疲劳扩展寿命的计算方法。首先根据裂纹长度和深度的几何关联变化模型,基于该关联模型与失效评定图（FAD）仿真裂纹缺陷的安全衰减路径轨迹,然后采用数学积分方法求解安全衰减路径的长度和剩余轨迹线段长度,以此为度量建立裂纹缺陷安全裕度及损伤程度的计算模型,结合低周疲劳试验数据,在Lemaitre能量损伤理论上建立一种裂纹疲劳扩展寿命预测模型。此外,本文对某压力容器进行了算例分析,并运用本文提出的模型计算结果与Paris公式的计算结果及扩展有限元仿真的结果进行对比,结果表明,该方法对压力容器含裂纹缺陷的疲劳寿命评估有一定的实用价值。     

Q345R疲劳裂纹扩展过程的声发射研究

为了建立疲劳过程与声发射参数之间的关系,对压力容器常用钢材的典型代表——Q345R的疲劳裂纹扩展过程的声发射信号进行详细研究. 结果表明:Q345R疲劳裂纹扩展的声发射过程分为三个明显的阶段,累积计数值和累积能量值可以很好地表征整个疲劳裂纹扩展过程;声发射参数在第2阶段到第3阶段的转折点比线弹性断裂力学定义下的要提前,表明声发射技术对疲劳进入失稳扩展阶段更加敏感;建立了Q345R声发射计数率和能量率与疲劳裂纹扩展速率的关系,它可以为Q345R剩余寿命的预测提供依据.     

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。     

压力容器低周疲劳裂纹扩展率的工程计算方法

针对工程上常见的破坏性极大的压力容器的疲劳问题 ,提出了一个适合于压力容器的弹塑性疲劳裂纹扩展率计算公式 .该公式采用弹塑性分离的形式 ,主要适用于Paris区和高速扩展区的一部分 .通过公式的验证 ,说明该公式的合理性 ,并给出了便于应用的工程计算方法 .     

动脉硬化血管疲劳裂纹扩展与破裂理论与数值分析

 动脉粥样硬化的斑块破裂是中风和心肌梗死的主要原因.斑块破裂与血液和剪切应力存在一定的关系.基于血管是天然的周期性低应力环境,本文将血管斑块破裂处理成一个疲劳问题,将血管简化成圆筒,探讨斑块中的裂纹扩展与疲劳破坏,并考查血管内外径比、血栓、血压等因素对疲劳寿命的影响.应力强度因子的计算采用经典圆筒内壁单边裂纹的理论公式,疲劳裂纹扩展利用著名的Paris法则,并利用数值方法求解裂纹扩展过程.研究发现,在血管内外径比不变时,内径的大小对疲劳裂纹扩展的影响几乎可以忽略不计;血栓形成会增加血管壁厚,降低应力集中,该单一因素在疲劳意义上反而会有利;血压对血管疲劳寿命的影响非常大,成指数次减小或增加.     

压力容器疲劳加载下埋藏裂纹扩展规律的研究

针对压力容器埋藏裂纹扩展过程中其几何形状变化难以确定的问题,运用Newman和Raju方法获得裂纹前沿的应力强度因子,并结合Paris公式得到不同裂纹的深度与长度变化的关系式.同时,通过将椭圆形裂纹前沿离散化成为距离相等的多个点,并使用Simpson求积法,获得不同材料压力容器埋藏裂纹在循环载荷作用下埋藏裂纹的几何形状变化关系.结果表明：在拉力作用下,埋藏裂纹的疲劳扩展总是趋向于最优扩展路径的方向扩展.初始裂纹深长比和指数m越大,则收敛于最优扩展路径的速度越快,即形成近似于圆形的趋势更快.     

锅炉压力容器寿命估算方法

对锅炉压力容器中疲劳裂纹进行分析和研究 ,建立裂纹扩展速率与断裂力学参数之间的关系 ,提出了计算锅炉压力容器寿命的一种新方法 .