热轧和热处理U75V钢单轴棘轮-疲劳交互作用实验研究

钢轨服役过程中,由循环滚动载荷诱发的棘轮效应是其疲劳失效的主要原因之一。针对现役的热轧和热处理U75V钢开展单调拉伸、应变和应力控制疲劳实验,揭示热处理工艺对材料基本力学性能、循环特性和棘轮行为的影响,进而讨论棘轮效应与疲劳失效行为之间的交互作用。实验结果表明:热处理U75V钢的屈服强度和抗拉强度较热轧态有显著提升,二者均表现出循环软化特性。在相同载荷水平下热处理U75V钢抗棘轮变形能力和疲劳性能明显优于热轧态,当应力幅与屈服应力之比恒定时,相同平均应力下热轧U75V钢棘轮效应更显著。加载的平均应力和应力幅对U75V钢疲劳寿命的影响存在竞争作用,较强的棘轮行为使两种U75V钢疲劳寿命均降低。     

高速客车制动盘材料SiCp/A356 细观热疲劳仿真

采用三维有限元方法模拟高速客车制动盘的非连续SiC颗粒增强铝基复合材料体元的循环热应力应变场．并按球对称模型,对颗粒增强复合材料中热膨胀差（DCTE）热应力进行了弹塑性有限元分析．探讨了颗粒增强铝基复合材料发生晶界分离失效的形成机理．证明了温度达到最大时,界面结合处产生热压应力;而在温度冷却至室温时,产生热拉应力,而一般认为压应力对疲劳损伤没有影响,因此,可将循环热疲劳过程简化为某一恒温下的疲劳过程．     

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·     

1 mm厚304L不锈钢冷轧板的低周疲劳性能分析

为了研究304L奥氏体不锈钢的低周疲劳特性,选用1 mm厚304L不锈钢冷轧板为研究对象,采用单向静态拉伸试验法和变应力低周疲劳试验法对其光滑试件进行试验,并利用Basquin公式和Manson-Coffin修正公式预测其疲劳寿命。静拉伸结果表明:304L不锈钢具有良好的塑性,光滑试件的屈服强度和抗拉强度分别是材料本身的2. 25倍和1. 90倍;低周疲劳试验结果表明:随着加载应力水平的增加,疲劳寿命持续衰减,持续加载过程中试件产生了循环硬化现象。两种方法的预测结果基本处在2倍分散带内,但Basquin公式比Manson-Coffin修正公式更适合预测该材料的低周疲劳寿命。     

大鼠皮肤的循环力学性能研究

通过循环疲劳试验,研究了平均应力和应力幅值对大鼠皮肤力学性能的影响.结果表明:大鼠皮肤在拉-拉循环载荷作用下表现出明显的应变累积特性(即棘轮效应),棘轮应变曲线可划分为瞬态、稳态和加速失效3个阶段;棘轮应变及其应变率随平均应力或应力幅值的增加而增大,导致大鼠皮肤的损伤累积加速进而降低其疲劳寿命;循环应力-应变曲线中的滞后环面积、切线模量能够表征大鼠皮肤的循环特性,滞后环面积和切线模量呈现负相关的关联;对应循环疲劳失效的整个过程,滞后环面积经历减小、稳定、迅速增加3个过程;应力-应变滞后环面积随应力幅值的增加而增大,但平均应力对应力-应变滞后环面积的影响没有线性关系,在试验范围内当平均应力为12,MPa时滞后环的面积最小.结合Basquin模型和SWT模型,可以预测在不同平均应力与应力幅值作用下大鼠皮肤的低周循环疲劳寿命.通过石蜡切片技术和HE染色方法,研究拉伸和循环加载对皮肤微观结构的影响.结果表明,拉伸破坏和循环疲劳破坏都归因于纤维束的滑移和断裂,但两者发生断裂破坏的表现形式不同,前者表现为长裂纹扩展导致的拉伸断裂,后者则为短裂纹扩展导致的疲劳断裂.     

摩擦系数对支承辊次表层接触疲劳损伤的影响

以正交剪应力作为滚动接触次表层疲劳损伤评价的临界应力,分析了摩擦系数对滚动接触次表层正交剪应力幅及应力比的影响规律.根据疲劳损伤累积理论及非对称循环应力幅修正公式,建立了支承辊次表层接触疲劳应力与寿命计算模型,用于评价支承辊次表层接触疲劳损伤.实例分析了摩擦系数对支承辊次表层接触疲劳损伤的影响,结果表明:随着应力比及摩擦系数增大,支承辊的次表层接触疲劳损伤增大,因此,降低支承辊接触摩擦系数,可改善支承辊的疲劳损伤.     

焊接对热轧H型钢高应变低周疲劳行为的影响

对热轧H型钢热轧和焊接后的高应变低周疲劳循环应力响应曲线、循环应力应变关系和应变寿命关系进行了分析,通过Coffin-Manson公式得到疲劳寿命计算公式,计算出Nf=100周时的循环韧度值σa·Δεt。结果表明,H型钢焊接试样的循环韧度比热轧试样的循环韧度降低38%。热轧试样表现出明显的循环稳定特性,焊接试样表现出循环软化直接断裂的应力响应特征。焊接试样的断口扫描电镜观察发现,疲劳裂纹在焊接接头的粗晶区表面处萌生,断口瞬断区具有明显的韧窝特征,表明材料焊接后保持较高的韧性。     

LT1350涂层线涂布钢辊疲劳断裂失效机理分析

涂布钢辊在工作中同时承受弯矩、扭矩的作用。钢辊的辊轴零件在较小的交变载荷作用下,过早发生了疲劳断裂失效,其断裂类型为脆性断裂。疲劳断裂的发生是多个因素联合作用的结果,主要因素有：交变循环应力;轴径变化引起轴根部的应力集中;因熔化焊接工艺引起的钢辊焊接头区域微观组织改变;焊缝区的焊接缺陷;焊后表面质量,等。这些因素导致焊缝区及零件表面的缺陷成为疲劳微裂纹萌生的起源,而焊接残余应力的存在使平均应力增大,使焊缝缺陷加快扩展到相邻的轴体内部,导致辊轴过早发生疲劳断裂失效。     

LT1350涂层线涂布钢辊疲劳断裂失效机理分析

涂布钢辊在工作中同时承受弯矩、扭矩的作用。钢辊的辊轴零件在较小的交变载荷作用下,过早发生了疲劳断裂失效,其断裂类型为脆性断裂。疲劳断裂的发生是多个因素联合作用的结果,主要因素有：交变循环应力;轴径变化引起轴根部的应力集中;因熔化焊接工艺引起的钢辊焊接头区域微观组织改变;焊缝区的焊接缺陷;焊后表面质量,等。这些因素导致焊缝区及零件表面的缺陷成为疲劳微裂纹萌生的起源,而焊接残余应力的存在使平均应力增大,使焊缝缺陷加快扩展到相邻的轴体内部,导致辊轴过早发生疲劳断裂失效。     

铸轧温度和辊套厚度对辊套应力场的影响

针对铸轧辊套在复杂工况下承受较大的耦合应力时容易产生疲劳磨损和表面开裂问题,应用AN-SYS软件建立了铸轧辊辊套二维模型,得到了辊套的温度分布规律;通过间接法将热分析结果导入结构模型中,得到了辊套在热应力、过盈装配应力和铸轧力共同作用下的应力分布规律,以及不同的铸轧温度和辊套厚度对辊套应力值大小的影响。结果表明:辊套厚度大于25mm和温度为500℃的工况对延长辊套寿命有利。     

基于温度场近似分析解的铸轧辊套热应力解析模型

双辊连续铸轧是一种高效制备金属薄带坯的先进技术.在双辊连续铸轧过程中,铸轧辊套起结晶器与热轧辊双重作用,直接完成结晶凝固与热轧变形过程,其使用性能与其热应力场密切相关.根据铸轧辊套温度场的特点,运用Galerkin方法,得到了铸轧辊套温度场的近似分析解;对铸轧辊套的热应力场进行了数学描述,并应用Airy应力函数法,获得了铸轧辊套热应力解析模型.图1,参12.     

考虑应力松弛的涡轮盘蠕变-疲劳寿命快速预估方法

对于航空发动机涡轮盘来说,主要存在蠕变失效和疲劳失效这两种失效模式;在循环工作条件下,蠕变损伤和疲劳损伤不断累积,且蠕变损伤和疲劳损伤存在交互作用.此外,由于金属材料在高温和高应力下存在明显的蠕变变形,从而造成涡轮盘存在应力松弛现象.因此,蠕变-疲劳损伤分析就成为涡轮盘寿命预测的重要组成部分.基于线性损伤累积理论,提出了在典型梯形循环转速谱作用下考虑应力松弛的涡轮盘蠕变-疲劳寿命的工程化快速算法.并利用算例验证了该方法的有效性.     

冲击载荷作用下的锻锤热力耦合分析

以用于径向锻造且由基体、过渡层、耐磨层三部分构成的材料复合锻锤为研究对象,分析瞬态热流、循环冲击载荷和热载荷导致的锻锤裂纹失效问题。通过构建热力耦合模型确定锻锤的裂纹危险区域,探讨冲击载荷、温度场与变形的传递关系,进而得到锻锤分别在冲击载荷、温度场和热力耦合作用下的应力和变形分布特征。研究结果表明,锻锤温度场分布不均匀,热影响区主要位于耐磨层工作面,温度随工作面纵向深度的增加而降低;耐磨层的机械应力远大于热应力,是产生疲劳裂纹的主要原因;锻锤变形主要是机械应力和热应力共同作用的结果,最大变形区域位于耐磨层工作面靠近预变形区一侧。仿真分析结果与锻锤实际失效情形一致,可为锻锤的优化设计提供参考。     

考虑应力梯度及附加强化的多轴疲劳寿命预测

以多轴缺口件为研究对象,考虑应力梯度和非比例附加强化对疲劳寿命的影响,建立一种适用于多轴缺口件的疲劳寿命预估模型.首先,以最大剪切应变幅作为损伤参量,借助坐标变换原理确定临界面位置,研究了裂纹萌生和扩展的物理机制;其次,利用有限元方法获得临界面上非均匀应力场,提取特定路径上的应力分布并进行归一化处理,给出多轴加载时的等效应力梯度因子;最后,考虑相位差的影响提出一种新的非比例附加强化因子,基于Manson-Coffin方程提出了一种多轴疲劳寿命预测方法.将本文模型、Smith-Watson-Toper(SWT)模型和Manson-Coffin方程的计算结果与实验寿命进行对比,结果表明本文方法的预测精度高于SWT模型和MansonCoffin方程.     

考虑服役年龄的零件强度-应力可靠性动态建模与仿真

基于强度-应力干涉理论设计的零件,通常由于没有考虑服役时间导致零件疲劳失效.这种静可靠度设计不能正确反应零件在服役过程中可靠度的变化,印使设计一定的安全裕度也往往在服役过程中由于可靠性不满足要求而导致零件失效.充分考虑服役年龄对机械零件强度分布的影响,建立零件强度-应力可靠度动态模型,探讨疲劳失效对零件可靠度的变化;通...     

高应力幅循环历史对U78CrV钢棘轮行为的影响

U78CrV钢轨广泛应用于我国重载铁路,在服役过程中承受具有不同循环历史的滚动接触疲劳载荷,由此诱发的棘轮行为将加剧钢轨的疲劳失效。首先开展低应力幅和高应力幅下的非对称应力控制循环实验,随后进行具有不同循环周次高应力幅循环历史的低应力幅值循环实验,揭示应力幅和应力循环历史对U78CrV钢棘轮行为的影响。实验结果显示,U78CrV钢在非对称应力循环载荷作用下表现出显著的棘轮行为,应力幅的增加会提高棘轮应变和棘轮应变演化率;预加载的高应力幅循环周次越高,随后的低应力幅下的棘轮行为越明显;不同循环周次的高应力幅循环历史降低了低应力幅循环的棘轮应变率,但增加了耗散能密度;不同高应力幅循环历史下的低应力循环疲劳寿命与失效棘轮应变和稳定耗散能密度密切相关,随着失效棘轮应变和稳定耗散能密度的增加而降低。基于稳定耗散能密度建立了幂律函数,可以合理预测高应力幅循环历史的低应力循环疲劳寿命。研究结果对U78CrV钢轨的疲劳失效评估具有重要的参考价值。     

基于热固振耦合的某附件壳体蠕变-热疲劳寿命预测方法

提出一种基于热固振耦合的某附件壳体蠕变 热疲劳寿命预测方法,主要是基于ANSYS Fluent模块进行流固热耦合,仿真结果得到的附件壳体温度场分布并通过实测数据进行结果验证,再通过温度场数据传递途径结合ANSYS Workbench模块进行附件壳体热固振耦合仿真得到壳体应力应变场,然后基于线性累计损伤理论耦合附件壳体蠕变持久寿命和热疲劳寿命,最终得到其蠕变 热疲劳寿命预测结果。针对附件壳体,一方面对比分析了单纯热疲劳寿命（41 063个循环寿命）与蠕变 热疲劳（39 054个循环寿命）,通过结果得知航空发动机附件系统高热环境下蠕变作用对附件壳体热疲劳寿命是存在显著影响的;另一方面对比分析了基于稳态温度场的蠕变 热疲劳（23 334个循环寿命）与基于瞬态温度场（考虑温变速率）的蠕变 热疲劳（24 545个循环寿命）,结果表明温变速率在一定程度上影响航空发动机附件系统结构的蠕变 热疲劳寿命。     

锌冶炼冷凝器W管的失效分析与对策

针对某冶炼厂冷凝器W管寿命短且频繁发生爆裂的问题,探讨其失效原因,寻找提高寿命的方法.基于“导致裂缝损坏的最主要原因是液体金属脆化现象(LMF),而应力集中对LMF的存在和发展的影响极大”的观点,对W管进行了残余应力测量、热应力有限元以及材质和制造工艺的分析.研究结果表明:造成W管失效的根本原因是W管的材料耐腐蚀性较弱,高温腐蚀使W管厚度减小;而W管的弯曲外侧存在显著的残余应力,工作中又受显著的热应力作用,极易产生裂纹并迅速扩展,导致裂缝损坏而失效;此外,据此制定了提高W管寿命的措施.     

复合材料层压板疲劳寿命预测方法

测定了碳纤维／树脂基T300／QY8911复合材料的3组典型单轴循环应力下的S-N曲线．基于试验数据，建立了多轴循环应力作用下单向板的寿命模型，并通过整合平面应力分析、失效分析和材料性质退化模块模拟多向层压板的疲劳失效过程．这种方法试图基于单向板在确定应力比下的疲劳试验结果，预测同种材料体系的任意铺层形式的多向层压板在复杂循环应力作用下的疲劳寿命．对于以分层破坏为主控因素的层压板，基于层间应力的计算结果，用计算面内累计损伤的方法计算分层损伤，层压板的寿命等于分层扩展寿命和分层后子层板剩余寿命之和．考虑分层扩展后，层压板的寿命预测结果得到明显改善．     

复杂应力状态下20g材料热机械疲劳试验研究

现代工业正在向着高速、高温、高压的方向发展,疲劳问题严重威胁着现代工业设备的安全。据统计,在各类零部件的断裂失效中,约有80%是疲劳破坏引起的,其中常见的一种疲劳失效为复杂应力状态的热机械疲劳失效,因为其涉及高应变循环载荷、温度循环载荷、蠕变载荷和环境效应等,目前对这个复杂过程的机制还没有一个完整性的认识,对它的物理和力学模型的讨论也未能有一个统一的定论。所以对热机械疲劳问题的研究具有巨大的理论和工程实际意义。本文通过对焦碳塔常用材料20g进行热机械疲劳总寿命试验,比较了不同缺口形式、不同应变幅、不同保载时间对热机械疲劳总寿命的影响。