结构钢疲劳裂纹扩展门槛值预测的新方法

通过对各种疲劳门槛值的理论模型的分析 ,认为结构钢的拉伸性能指标和循环加载条件是裂纹体疲劳门槛值的决定因素 .建立了用屈服强度、抗拉强度、断裂延性和循环加载应力比预测疲劳门槛值的人工神经网络模型 ,并用 1 0种结构钢的 60个样本对该模型进行了训练 .结果表明 ,人工神经网络模型可以很好地描述疲劳门槛值与结构钢拉伸性能指标及应力比之间复杂的定量关系 .应用所训练的人工神经网络模型预测了部分结构钢的疲劳门槛值 ,预测的结果与实测值符合良好     

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.     

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.     

轴向和扭转循环加载下HRB335钢的力学行为研究

采用HRB335钢材进行单轴拉伸试验、纯扭试验以及不同应变幅值下的拉压疲劳试验和扭转疲劳试验。对比拉伸、扭转两种不同加载方式下实测得到的HRB335钢应力—应变曲线、循环稳定滞回曲线和疲劳寿命值,得到该材料在两种不同加载作用下本构行为和抗疲劳特性的差异。针对循环轴向拉压和扭转两种不同加载方式下的Chaboche模型参数确定问题,提出了一种将张量模型退化为一维模型的本构关系计算方法。用这种方法标定了HRB335钢材的Chaboche模型参数,并与试验测试结果和ABAQUS软件计算结果作了比较,证实了该方法的有效性。     

孔隙水压对分级循环加载灰岩声发射Felicity效应的影响

利用渗透-应力耦合试验装置不同孔隙水压下的灰岩试样进行了单轴压缩和分级循环加载试验,探讨了孔隙水压对分级循环加载的灰岩强度特征和Felicity效应的影响,并基于Felicity比变化路径分析了灰岩变形特征.结果表明,孔隙水压对应力-应变曲线有显著影响,软化作用导致压密阶段延长而弹性阶段相对缩短,其峰值应力呈指数衰减.随孔隙水压增加,平均循环峰值应力和循环寿命均为指数衰减,疲劳破坏“门槛值”为峰值应力的67.50%～78.75%,疲劳曲线近似线性减小.每级循环加载声发射的“活跃-平静”期的阶段分界点为上限应力.随孔隙水压增大,Felicity比的变化路径明显缩短且随循环次数近似线性减小,其变化系数与孔隙水压为二次函数关系.Felicity比的稳定阶段预示着发生疲劳破坏,最小Felicity比随孔隙水压呈线性减小.     

Y─TZP和Ce─TZP相变增韧陶瓷循环疲劳性能的影响因素

本文采用压痕弯曲技术，研究了Ｙ—ＴＺＰ和Ｃｅ—ＴＺＰ的疲劳性能的某些影响因素．与金属材料类似，在陶瓷材料中疲劳裂纹的扩展曲线亦可区分为三个阶段．同时研究了循环加载中的应力比以及环境介质对于疲劳裂纹扩展的影响．可以看出，循环加载促进四方→单斜相变．因此循环疲劳与相交增韧是密切相关的过程．     

1420铝锂合金的疲劳裂纹扩展和自抑制

研究了１４２０铝锂合金在２种不同应力比（０．１和０．７）下的疲劳长裂纹扩展特性和闭合效应，测量了裂纹扩展的门槛值和闭合力．虽然１４２０合金具有较低的本征门槛值，然而在低应力比下却呈现出优良的疲劳裂纹扩展特性，表现在低应力比下较高的疲劳门槛值和近门槛区裂纹扩展的自抑制．从实验的角度探讨了该合金“自抑制”现象产生的原因，指出这种作用主要来源于外韧化作用，包括分层韧化作用和晶体学扩展路径导致的高的裂纹闭合效应     

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。     

岩爆分类的人工神经网络预测方法

采用人工神经网络原理，选取影响岩爆的一些主要因素，如地应力、岩石抗压强度、抗拉强度等作为输入参数，建立了岩爆分类与预测的神经网络模型．利用国内外一些工程实例作为学习和训练的样本，并用已经训练稳定的样本对某水电站地下厂房岩爆进行预测．研究表明，与其他岩爆预测方法比较，人工神经网络模型更具有客观性和有效性．     

轴承钢的疲劳裂纹研究

对轴承钢的疲劳裂纹和门槛值进行了仔细研究，提出了该类材料门槛值的理论计算公式，考虑了如应力比、应力集中、曲率半径等影响脆性开裂的主要因素，并给出了实验验证，两者非常吻合．     

描述T225NG钛合金高温单轴棘轮行为的黏塑性本构模型

在350℃下对T225NG钛合金进行了单轴棘轮试验研究，提出了一种新的带有记忆面的黏塑性本构模型．引入了能记忆最大应变的记忆面，在记忆面内和面上采用不同形式的塑性流动律，将单调拉伸响应和循环响应独立开来，简化了模型参数的确定方法．在背应力随动硬化演化方程中引入了等效应变门槛值，可较好地描述T225NG钛合金应力一应变曲线的屈服平台及其后的强化效应．加入黏性指数修正，可描述棘轮应变率随循环次数迅速衰减的试验现象．将模型应用于T225NG钛合金350℃单轴棘轮行为描述中，对饱和棘轮应变的预测结果与试验结果吻合较好．     

基于A-V模型的改进模型及单轴棘轮效应预测

针对A-V模型预测材料棘轮效应初始阶段不理想的缺点，对其参数γ₂进行了修正，同时引入Ramberg-Osgood(R-O)模型和各向同性硬化来计算应力-应变曲线，并确定了A-V模型的材料参数，建立了一种用来描述材料循环塑性行为的改进A-V模型.通过采用改进的A-V模型对Z2CND18.12N奥氏体不锈钢和SS316L钢的单轴棘轮效应进行了预测，并研究了平均应力、应力幅值、应力比和加载历史对单轴棘轮效应的影响.结果表明，改进的A-V模型对材料的棘轮应变预测值与试验值较为一致.     

一种多轴疲劳寿命预测的统一模型

基于SAE 1045中碳钢的单-多轴疲劳试验结果,在研究了扭转名义应力幅与拉伸名义应力幅不同比值时的多轴疲劳寿命预测模型之后,建立了统一的多轴疲劳寿命预测模型。发现：不同的扭转名义应力幅与拉伸名义应力幅之比导致不同的寿命预测模型,为寻求单轴模型与多铀统一模型的关系,假设单轴疲劳寿命预测模型中的疲劳强度指数和疲劳延性指数不变,而对疲劳强度系数乘以1．5435、疲劳延性系数乘以0．6713,以第一主应变幅取代单轴拉压应变幅,则修正后的单轴模型等价于多轴统一模型,利用修正后的单轴模型可以预测任意扭转名义应力幅与拉伸名义应力幅之比时的多轴疲劳寿命。     

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．     

钛合金Ti-6242S高温棘轮行为实验研究

为揭示钛合金Ti-6242S的高温棘轮行为特征,对钛合金Ti-6242S在25~520℃的温度范围内进行了单调拉伸、应变循环和应力循环实验. 结果显示:随着温度的升高,钛合金的弹性模量和名义屈服应力降低,延伸率增加;材料在应变循环下呈现出循环软化特性;在应力循环下,材料呈现出明显的棘轮行为,棘轮应变随着加载的应力幅值和温度的增加而增加,且对加载历史具有依赖性;同时,高温下的棘轮应变由塑性应变和蠕变应变共同贡献. 恒定平均应力下,大的应力幅值导致损伤和棘轮行为的交互作用,急剧缩短材料的疲劳寿命.     

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。     

组合加载下的疲劳破坏与裂纹扩展条件

光滑试样的表面滑移和疲劳破坏是传统的疲劳问题,而疲劳裂纹的扩展属断裂力学的应用范畴.本文用局部应力观点讨论它们各自发生的条件,并说明相互间的区别和联系.在弯扭组合加载条件下,滑移门槛应力、疲劳极限以及裂纹扩展门槛应力的计算结果均与实验值符合较好.     

单侧压下混凝土受拉疲劳试验研究

首次对混凝土在侧压分别为0．25fc和0．50fc作用下进行了受拉疲劳试验,得到了S-N方程,应力应变曲线,应变、疲劳变形模量比与循环次数关系曲线．应变、疲劳变形模量比与循环次数关系曲线表现为三阶段规律,通过定义的对数线性变换把上述三阶段曲线转换为直线,并利用了应变与循环次数关系第二阶段稳定变化的规律,对疲劳寿命进行了预测．     

疲劳寿命计疲劳响应模型研究

对疲劳寿命计恒幅加载的响应性能进行了全域实验研究,得到疲劳响应的电阻变化标定数据曲线．在此基础上,根据电阻变化等效方法,建立了任意循环加载下疲劳响应的数学计算模型,并给出了任意加载下电阻响应误差的全域统计分布函数．通过多级加载实验对计算模型进行验证,说明此计算方法能准确预测电阻变化量。     

纤维增强复合材料层压板的疲劳寿命预测方法

针对纤维增强复合材料层压板的疲劳寿命预测问题,提出了一种将理论与仿真、单向板与多向层压板紧密结合预测疲劳寿命的方法.基于几组碳纤维/树脂基T300/QY8911单向板在循环应力加载下的疲劳试验数据,通过灰色系统GM(1, 1)模型,建立单向板的疲劳寿命模型和损伤函数.与传统的最小二乘法拟合相比,该方法提高了预测精度.通过有限元方法对层压板进行应力分析、失效分析和材料性质退化.将失效分析的结果与建立的单向板疲劳寿命模型和损伤函数结合,从而来计算多向层压板的疲劳寿命和损伤.通过与实验数据及其他预测方法的结果对比,该预测方法降低了疲劳寿命预测相对误差,且与实验结果吻合较好.