循环载荷下缺口板弹塑性应变分布测定

用电测法测定了带有中心圆孔矩形铝合金（ＬＹ－１２－ＣＺ）板在循环载荷作用下横截面的弹塑性应变分布，同时测定了循环载荷下孔边应力──应变回线，弹塑性应变集中系数Ｋε和应力集中系数Ｋσ，并和四种近似公式的计算结果进行了比较。发现在循环加载情况下用电测法绘制载荷──应变回线，并根据回线出现畸变的现象，可以灵敏的检测裂纹的萌生和早期扩展。     

云纹干涉法测定循环载荷下的弹塑性应变场

本文介绍了应用高灵敏度云纹干涉法测定循环载荷下有限宽度带孔受拉板的孔边弹塑性应变场。运用本文方法可以实时地观察到清晰的云纹干涉图──全场位移分量图。并用错位干涉术获得全场应变分量。与电测法相结合又能灵敏地检测到裂纹的萌生和早期扩展。测试结果表明，在最小横截面上的弹塑性应变分布与电测法所得结果相符。     

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。     

表面小裂纹热锻模的疲劳寿命分析

基于材料自由表面特性并考虑微观结构非均匀性,根据金属疲劳裂纹萌生的微细观过程理论,建立材料表面塑性应变分布模型。由于局部塑性变形在萌生可分辨疲劳小裂纹的循环周次中占主导地位,本文将局部应力应变法应用于热锻模表面小裂纹扩展分析,选取表面最大塑性应变作为出现热机械疲劳裂纹的预测依据,计算的热锻模使用寿命与实践结果相吻合,能基本预测热锻模寿命。该模型为表面强化工艺能提高热锻模的疲劳强度提供了理论依据。     

轮对蠕滑条件下钢轨疲劳裂纹萌生寿命预测

采用多体动力学与三维弹性体非赫兹滚动接触理论,得到不同轨底坡、超高、摩擦系数与曲线半径等多种轨道条件下的轮轨蠕滑状态,将接触力分别施加于钢轨有限元模型的接触斑位置,分析轨头应力应变响应,得到所有节点的疲劳参量.研究疲劳参量的组成类型,若剪应力与应变部分占主要组成部分,则采用剪切型裂纹萌生预测公式,否则采用拉伸型预测公式.分别预测导向轮与非导向轮作用下的曲线外轨疲劳裂纹萌生寿命,结果表明,外轨疲劳裂纹主要由导向轮作用产生,非导向轮对其影响很小;裂纹萌生寿命随曲线半径的增大而延长,随摩擦系数的增大而减小;设置1∶20轨底坡可以延缓外轨疲劳裂纹萌生,尤其是在半径较小的曲线上效果更明显;过超高能延缓曲线外轨疲劳裂纹萌生;当摩擦系数大于0.3时裂纹萌生于曲线外轨表面,而小于0.3时裂纹萌生位置则逐渐向轨头内部转移.     

转子叶片裂纹扩展故障诊断实验研究

设计了旋转机械振动监测实验台，通过实验采集了不同裂纹宽度的转子叶片裂纹振动信号，应用小波包分析技术对采集到的振动信号从低频到高频作4尺度小波分解，通过信号的小波包分析谱、信号的小波包分解频段细化图、信号频段小波重构波形对叶片裂纹扩展进行识别、分析，结果表明：叶片裂纹存在高频冲击，并且表现为轻微的颤动、裂纹扩展、振动加剧，当裂纹宽度为叶片宽度的一半时，裂纹迅速扩张，叶片很快断裂．这就为转子叶片裂纹故障的监测与诊断提供了依据．     

含不同角度穿透裂纹板拉伸断裂的有限元模拟

对含不同预置角度穿透裂纹板受拉伸断裂过程进行了数值模拟.选用增量型弹塑性本构关系,采用自编有限元程序求解虚功原理方程,裂纹扩展参照了LS-DYNA商业计算软件处理断裂问题的单元失效方法,考核了不同幅值载荷和预置裂纹角度的影响,给出了不同时刻等效应力云图和指定点的应力、应变随时间变化曲线.计算结果表明:当应力波在板中传播时,会在裂纹尖端引起应力集中,板产生垂直裂纹和水平裂纹.垂直裂纹扩展垂直于加载方向,水平裂纹扩展平行于加载方向,两者均与预置裂纹角度无关.板上不同位置的应力变化仅和相对裂尖位置相关,而与预置裂纹角度无关.相对裂尖位置、与板边界距离和加载位置是影响应变随时间变化的主要因素.当载荷幅值较小时,不会出现裂纹扩展.当载荷幅值较大时,聚集在裂纹尖端的应变能需较长时间才能释放,这会影响水平裂纹的出现时间.     

高温环境2A12–T4铝合金多轴疲劳失效规律研究

许多工程结构在服役过程中往往承受着复杂的多轴疲劳载荷和热力耦合作用,仅靠常温情况下的单周载荷来简化复杂多轴载荷状态的失效预测方法将不再适用。为研究2A12–T4铝合金的高温多轴疲劳失效规律,本实验在175℃环境温度下,选取等效Von-Mise应力幅值,通过间断式加载记录不同拉扭加载循环下的裂纹萌生与扩展情况,研究特定加载路径对裂纹萌生与扩展的影响。实验结果表明,相位差为0时,裂纹萌生方向沿MSSA平面;在相位差为45°时,裂纹萌生传播方向与最大切应力平面方向相近,最大切应力在裂纹萌生过程中起到主要作用;在λ=0.5、φ=0和λ=1.0、φ=0两种情况下,裂纹萌生初期沿着最大切应力平面方向传播,传播过程中存在第I阶段向第II阶段转变的过程;在λ=0.5、φ=45°和λ=1.0、φ=45°两种情况下,不存在明显的第I阶段向第II阶段转变的过程;对比4种加载方式下的疲劳裂纹萌生期与疲劳寿命比,发现切应力比重的增大加速裂纹的萌生过程,相位差的存在阻碍了裂纹的萌生过程。     

45#钢的疲劳损伤过程研究

本文主要通过扫描电镜对 45 # 优质碳素钢的疲劳损伤过程进行断口及显微组织分析 ,研究了疲劳裂纹萌生的位置、形状、扩展过程和扩展途径 ,确定出了微裂纹开始形成时的循环次数。     

基于近场动力学的二维疲劳裂纹扩展模型

为模拟二维疲劳裂纹的扩展,建立了一种基于普通态基近场动力学的疲劳裂纹扩展模型.首先,在普通态基近场动力学模型的基础上,利用动态松弛算法得到最大循环载荷下键的应变值,并通过计算物质点的平均键应变值确定裂纹尖端位置及损伤区域.然后,在模拟过程中设置循环断键数,当损伤区域内的断键数达到循环断键数时,更新键的应变值并进行下一轮运算.最后,分别通过模拟紧凑拉伸试样和中心斜裂纹板的疲劳裂纹扩展来验证模型的有效性.结果表明,设置合适的循环断键数后,模型计算效率得到提高,且能获得精细的裂纹扩展路径和准确的裂纹扩展速率,所得裂纹扩展路径及a-N曲线均与试验结果一致.     

基于花萼状涡流传感器的损伤监测智能垫片

针对飞机金属螺栓连接结构中螺栓孔孔边裂纹定量监测需求,提出了一种基于花萼状涡流传感器的损伤监测智能垫片,构建智能垫片监测半解析模型,分析垫片材料电磁属性对损伤监测效果的影响,并进行在线监测试验验证分析结果. 半解析模型结果表明,智能垫片各个感应通道的幅值比变化量随垫片磁导率增大而增大,而随垫片电导率增大而减小. 程序载荷谱作用下2A12-T4铝合金试件疲劳裂纹监测试验结果表明,铝合金和不锈钢材料的支撑垫片均能有效实现裂纹损伤的定量监测,但不锈钢材料的智能垫片其监测曲线比铝合金材料的智能垫片平滑,监测效果好. 将各通道幅值比变化曲线中的拐点作为特征点,通道1能够对累积损伤进行监测,通道2,3,4能够对疲劳裂纹扩展长度进行定量监测,监测精度达到1 mm.      

铝合金车轮弯曲疲劳寿命的仿真分析与试验研究

该文运用有限元分析软件ABAQUS,对某铝合金车轮旋转弯曲疲劳寿命进行了仿真分析,得出易于产生疲劳裂纹的应力集中点及其最大应力值。其次,采用疲劳寿命名义应力法建立了铝合金车轮的S-N曲线,计算应力集中点的应力幅与平均应力,将等效应力幅取对数代入S-N曲线,预测所分析铝合金车轮的疲劳寿命。最后,进行了改进前后铝合金车轮的旋转弯曲疲劳台架试验,验证了仿真结果。分析表明,名义应力法可以较好预测铝合金车轮的疲劳寿命。     

变幅载荷下铝合金疲劳寿命概率分布的预测方法

研究了超载对ＬＹ１２ＣＺ铝合金疲劳裂纹起始寿命的影响,得出了超载前后带存活率的疲劳裂纹起始寿命的定量表达式．提出了在变幅载荷下,铝合金切口件疲劳裂纹起始寿命概率分布的预测方法,并进行了实验验证．结果表明这种预测方法是切实可行的．     

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.     

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。     

Low cycle fatigue behavior of micro-grain casting K4169 superalloy at room temperature

The strain-controlled low cycle fatigue tests were carried out at 298 K for the newly developed micro-grain casting K4169 superalloy,and the cyclic stress response,deformation and fracture behaviors of the alloy were studied.The results show that the fatigue life of the alloy was increased by more than two times compared with other casting K4169 alloys.This can be partly attributed to grain refinement impeding crack initiation and propagation.When the strain amplitude was in plastic range(Δε     

含孔型缺口的纤维金属层板剩余强度

纤维金属层板(fiber metal laminates,FMLs)作为混合层板家族中一员,由铝合金层和预浸料层交替铺设而成.相比于铝合金板,含缺口的纤维金属层板强度下降更为明显.为研究含孔型缺口的纤维金属层板的剩余强度,测试了光滑试样的静力拉伸性能和缺口试样的剩余强度.分析了铺层结构对剩余强度的影响,引入应力失效模型预测了纤维金属层板含孔型缺口的剩余强度,讨论了含缺口纤维金属层板的失效模式、损伤萌生和扩展过程.结果显示:带孔GLARE3层板的强度下降约为40%,铺层增加后缺口敏感性下降,特征长度增加,约在90%的剩余强度时缺口处有损伤发生.     

两种结构用铝合金循环加载试验研究

铝合金材料的滞回性能是研究铝合金结构抗震性能的基础.针对国产6082-T6和7020-T6铝合金,采用等幅升幅、等幅交替和循环拉伸3种不同的加载制度进行循环加载试验,最大应变控制在±4%.试验采用标距与直径比为1.5的小标距试件防止其在循环加载时发生受压失稳.小标距试件和标准试件的单调拉伸结果对比表明,在4%的应变范围内,小标距试件和标准试件的试验结果相差很小,因此采用小标距试件进行循环加载试验是可行的.通过循环加载试验获得了铝合金材料的应力-应变关系及滞回特性.试验结果显示,铝合金材料有良好的滞回性能和延性,加载方式对其骨架曲线有一定影响.     

火焰筒掺混孔边裂纹在变温情形下的J积分、C(t)积分

针对某型火焰筒高温条件下裂纹萌生以及扩展问题,利用含裂纹圆孔模型和有限元方法分别在稳定温度场和瞬态变化温度场下进行数值模拟,通过J积分和C（t）积分结果估计裂纹尖端场强度。J积分和C（t）积分在两种情况下表现出明显差异,表明瞬态温度场下的裂纹扩展与稳态温度场下的情况显著不同。对这种现象进行了初步探讨,利用J积分和C（t）积分判断火焰筒掺混孔边裂纹扩展趋势。