疲劳断裂的微观机理和非平衡统计特性(Ⅱ)

本文给出了微裂纹的随机演化方程,结合位错机理解得了微裂纹密度的分布函数,求出了疲劳断裂几率和可靠性,进而导出了σ_a——N曲线、疲劳寿命的统计分布和统计平均值。     

16MnR钢中微裂纹的萌生及扩展

用宏观与微观相结合的方法,研究16MnR钢在低周疲劳下微裂纹的萌生与扩展规律。试样上分别钻有40—200μm的微孔,研究了微裂纹启裂、扩展和微缺陷尺寸对疲劳寿命的影响。结果认为,孔边裂纹启裂机理有两种方式:滑移带启裂和疏松带启裂。前者是由剪应力起主要作用,后者是正应力起主要作用。而滑移带的局部性和裂纹开叉是低周疲劳下微裂纹的两大典型现象。且微缺陷尺寸对疲劳寿命有显著影响,该影响随应力水平的增加而减小。     

疲劳断裂几率、可靠性及寿命的计算

讨论了研究疲劳断裂的几个重要函数——疲劳断裂几率、可靠性及寿命,重点研究了金属的疲劳断裂几率.在详细的数学推导之后,给出了金属疲劳断裂几率即一个变上限复杂积分的近似解析函数表达式,并与计算机的数值曲线进行了比较.从而使疲劳断裂的统计理论具有了实际应用价值。     

固体断裂非平衡统计理论

固体断裂非平衡统计理论或叫非平衡统计断裂力学是用非平衡统计理论的概念和方法结合微裂纹(或微空洞)演化动力学从微观原子机理出发推导出固体材料的强度、断裂韧性和疲劳寿命等宏观力学量的断裂理论, 在这个理论中,微裂纹统计演化方程起着从微观向宏观过渡的核心作用,它的系数可由微裂纹成核长大的微观位错或点缺陷等机理求得,而其解则通过最弱链模型等与宏观力学量相联系,从而可统一推导出微裂纹分布函数、材料的断裂几率、可靠性、各种宏观力学量的统计分布函数、统计平均值和统计涨落,本理论可广泛用于金属、结构陶瓷和玻璃态高聚物的脆性、疲劳、延时和环境等断裂类型．主要阐述了上述思想和方法,并给出了部分新结果,展望了未来发展方向。     

脆性断裂非平衡统计理论(Ⅰ)

本文和下文试图用非平衡统计的概念和方法建立微观机理和宏观特性相结合的脆性断裂理论。 本文给出了微裂纹的演化方程,讨论了微裂纹长大的位错机理,求得了长大的动力学方程和长大速率,探索了断裂韧性的微观物理基础和表达式,解得了微裂纹分布函数。     

一个估算疲劳寿命的解析公式

目的 推导出疲劳断裂概率,可靠性及疲劳寿命的近似解析表达式,使疲劳断裂的非平衡统计理论具有实际应用价值。方法 用非平衡统计理论的概念和方法,结合微观动力学,从微观机理出发进行严格的数学推导。结果 给出了各种情况下疲劳断裂概率、可靠性及疲劳寿命的近似解析表达式。结论 在不同情况下,虽然ｆ（Ｎ）的近似解析表达式需要采取不同的形式,但疲劳寿命可用一个解析表达式表示。     

一种带可靠性的疲劳裂纹扩展速率表达式

利用旧桥梁钢实验研究了疲劳裂纹扩展速率表达式,并以一种新的方法获得了带有可靠性的疲劳裂纹扩展速率表达式.该表达式表明了疲劳裂纹扩展门槛值的存在,它覆盖疲劳裂纹扩展A区和B区.为精确评估在役钢结构的安全寿命提供了理论依据.     

16MnR钢中微裂纹的疲劳扩展

对含有不同微孔缺陷尺寸的16MnR试棒,在低周疲劳下研究了裂纹扩展的规律。试件初始缺陷尺寸对疲劳寿命的影响,可用垂直于载荷方向缺陷截面积的四次方根来表达。探讨了微裂纹扩展速率和描述低周疲劳的Manson-Coffin公式之间的相互关系。     

描述微裂纹成核与扩展的疲劳损伤多尺度模型及其应用

利用多尺度模拟的方法建立了针对疲劳损伤累积过程中微裂纹成核与扩展阶段的疲劳损伤多尺度模型,对模型的有效性进行了实验验证,并将其应用于变幅疲劳载荷下某装甲车传动轴的疲劳寿命评估中.研究结果表明,所提模型能同时预测宏观尺度疲劳损伤与细观尺度微裂纹的成核与扩展率,利用该模型所预测的宏观疲劳损伤值与实验所测值相符.该模型既能合理地描述宏观尺度下不同应力水平的疲劳损伤演化过程,又能综合反映细观尺度下微裂纹的成核与扩展行为.利用这种多尺度疲劳损伤模型可以预测结构在疲劳微裂纹成核与扩展阶段所消耗的疲劳寿命,为各类结构疲劳损伤累积过程评估和准确进行寿命预测提供了一种新途径.     

裂纹萌生寿命估算的热力学模型

本文从裂纹萌生的局部区域热力学参量间关系的分析出发，提出一种疲劳裂纹萌生机理的假定，由此建立了裂纹萌生条件的热力学模型、推导出疲劳裂纹起始寿命的表达式。     

金属热疲劳的非平衡统计理论研究

从微观机理出发探讨金属热疲劳的宏观统计性质,利用疲劳断裂非平衡统计理论,由Raj和Baik的混合模型,从微观机理与宏观特性相结合的角度对热疲劳进行分析研究,得到迁移长大速度,涨落长大系数,热疲劳微裂纹的统计分布和统计平均值,热疲劳断裂概率及可靠性等,届时对结果进行了讨论,结果表明热疲劳微裂纹分布函数,断裂概率,可靠性等与温度的关系。     

柴油机活塞的热疲劳寿命预测

按照热疲劳和高温低周疲劳断裂机制研究了柴油机活塞的寿命和安全性评定，采用Ｍｉｓｅｓ当量准则，求出当量应变范围，通过实验证实，它与寿命之间存在着Ｍａｎｓｏｎ Ｃｏｆｆｉｎ公式关系，并把这一表达式推广到复杂应力状态且摆脱结构形状和尺寸的影响，从而可把实验室中利用试件进行的一维状态下疲劳特性的试验结果用于复杂应力状态不同形状和尺寸的构件。最后把这一成果用于１２Ｖ－１８０型柴油机活塞寿命预测并证实用相热疲     

热带轧机轧辊表面氧化膜疲劳脱落的有限元分析

根据热带轧机工作辊与支撑辊之间的接触应力、带钢与工作辊之间的应力,以及轧制过程中的轧辊热应力解析结果,利用大型有限元分析工具ANSYS分析了热轧带钢轧辊的表面氧化膜疲劳脱落问题·结果表明,随着加载次数的增加,氧化膜在原有微裂纹处沿X方向的疲劳应力增加,这将导致在原有微裂纹处沿Y方向产生疲劳裂纹·在氧化膜与轧辊基体的结合面上,由于剪切应力的增加将发生沿轧辊氧化膜与轧辊基体结合部位X方向疲劳裂纹·由于X方向疲劳裂纹和Y方向疲劳裂纹的不断扩展,使得裂纹相遇而导致了轧辊表面氧化膜的脱落·     

沥青混合料裂纹扩展阶段疲劳寿命预测

由于沥青混合料的疲劳裂纹扩展一般难以用传统的Paris公式描述,本文基于能耗的观点,研究沥青混合料裂纹扩展阶段的疲劳演化规律。试验采用半圆弯曲试验方法,在MTS试验系统上进行了三种级配的沥青混合料的断裂韧度试验和疲劳试验,定义了半圆弯曲试验方法中沥青混合料裂纹起裂点和疲劳破坏点。研究结果表明具有断级配的应力吸收层沥青混合料具有更好的抗裂性能和抗疲劳性能;混合料累积破坏能符合Miner线性假定;沥青混合料的疲劳寿命与断裂韧度有很好的相关性。通过对Van Dijk能耗公式参数拟合建立的以断裂韧度为参数的预测模型可以更方便的预测沥青混合料裂纹扩展阶段的疲劳寿命。     

两平行热疲劳裂纹的应力强度因子计算方法

针对直接计算热疲劳裂纹网中裂纹的应力强度因子有困难的问题,提出用有限元方法计算了若干组(每组两条)平行裂纹发生屏蔽效应时的应力强度因子,研究裂纹间屏蔽效应的规律.定义了热疲劳裂纹的比间距n、屏蔽剩余百分数s和裂纹长度比值f,发现此三者有确定关系且与边界条件及裂纹长度无关.给出了n-s-f的关系曲线,据此可根据单条裂纹的应力强度因子推算两条裂纹发生屏蔽效应时主裂纹的应力强度因子.算例表明,该方法是正确的、有效的.     

显微组织对无限冷硬铸铁轧辊热疲劳性能的影响

文章介绍在无限冷硬铸铁轧辊上切取板状热疲劳试样,在自制的热疲劳试验机上进行了冷热循环实验,研究了显微组织对无限冷硬铸铁热疲劳裂纹萌生及扩展的影响.结果表明,热疲劳裂纹在石墨尖端处、珠光体基体及共晶碳化物中萌生;热疲劳裂纹主要在钢基体与共晶莱氏体界面处、钢基体内扩展及穿越共晶碳化物.     

缺口小裂纹的疲劳扩展速率

将复型技术应用于疲劳小裂纹扩展试验中的裂纹长度测量。在等载荷比R=0.1、不同平均载荷水平影响的疲劳条件下,板试样V型缺口小裂纹疲劳扩展速率做了试验测试;通过结果分析,提出了缺口小裂纹疲劳扩展速率表达式,并以εp为控制参数,求出45~#钢的计算式。     

硬煤截齿刀头硬质合金的热疲劳失效分析

对硬煤综采机的易损件——截齿进行了系统的失效分析．研究中发现，热疲劳所引发的早期疲劳破坏——崩块、剥落是制约其使用寿命的重要原因．采用中等Ｃｏ含量和粗粒度的ＷＣ硬质合金，对抗热疲劳从而提高截齿使用寿命有利     

用正电子探测热疲劳模具钢中的缺陷变化

用正电子寿命方法研究３Ｃｒ２Ｗ８Ｖ模具钢的热疲劳。通过对不同循环次数的热疲劳样品的正电子寿命谱和表面显微硬度的测量，发现表面显微硬度ＨＶ和平均正电子寿命τ随疲劳循环次数Ｎ的变化呈现出类周期振荡特征。讨论了正电子寿命变化所反映出的材料中的缺陷变化，进而初步分析了热疲劳的微观机制。