残余应力与拘束对GH4169合金疲劳及蠕变-疲劳裂纹扩展速率影响研究

为深入理解残余应力与拘束在疲劳载荷下的交互作用,以镍基高温合金GH4169为研究对象,选用紧凑拉伸(CT)试样,对不同拘束CT试样的上方施加不同大小的预加载荷从而在裂尖产生不同应力。将该应力作为残余应力,系统研究残余应力和拘束交互作用下GH4169合金的疲劳和蠕变–疲劳裂纹扩展速率。结果表明：随着裂尖残余压应力的增加,不同拘束下GH4169合金的疲劳和蠕变–疲劳裂纹扩展速率均降低。与低拘束试样相比,高拘束试样的疲劳和蠕变–疲劳裂纹扩展速率对残余应力的变化更加敏感,这主要与裂尖Mises应力和垂直于裂纹扩展方向的正应力有关。与疲劳裂纹扩展速率相比,蠕变-疲劳裂纹扩展速率对残余应力的变化更加敏感。     

基于裂纹扩展的两级加载下的疲劳-蠕变寿命预测

取加载一个周期内拉应力作用下的应变能密度增量为材料的损伤变量,由迟滞回线所围面积导出了该损伤变量的计算式;依据材料被损伤会使裂纹扩展,裂纹的扩展会导致试件发生断裂的事实,以J积分为裂纹扩展的控制参量,将裂纹扩展看作纯疲劳损伤与蠕变损伤二者共同的贡献,考虑疲劳-蠕变的交互作用,导出了在两级应力加载下的疲劳-蠕变寿命的表达式;该表达式与加载的波形、材料的疲劳-蠕变速率相关。应用该表达式对316L钢在550℃两级应力梯形波加载下的疲劳-蠕变寿命进行了预测,预测值在1.5倍误差因子以内,预测精度较高。     

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。     

迭加压应力的疲劳蠕变交互作用下的断口分析

对在700℃,迭加压力过载峰sp=-196MPa的复杂波形载荷作用下,试样的显微断口形貌进行了分析。由于Sp的作用使得疲劳条纹呈现有规律性的半圆弧形宽间距条纹,借助于它,测得疲劳裂纹扩展速率da/dN与△K的关系服从Paris公式;疲劳裂纹Ⅱ阶段与Ⅰ阶段扩展交替出现的形貌证实了:在大应力条件下,裂纹的扩展并不是长裂纹的延伸,而是短裂纹的“超前开动”及“跃迁式”连接过程。由于Sp的作用,断口上出现了三种不同形貌的“台阶”结构及宽条纹上的“挤入”、“挤出”、“二次裂纹”形貌,证实了疲劳条纹形成的滑移机制及形成上述形貌的晶体学位向关系。裂纹的疲劳蠕变混合形貌反映了高温下交互作用的影响。     

恒位移速率下Fe—15Cr—25Ni合金蠕变裂纹扩展行为

在恒位移速率条件下研究了Ｆｅ－１５Ｃｒ－２５Ｎｉ合金的蠕变裂纹扩展行为，蠕变裂纹扩展分为慢速扩展阶段和稳态扩展阶段。稳态裂纹扩展由加载点位移速率控制，不受晶粒尺寸和温度因素的影响。在慢速扩展阶段，小晶粒具有较高的裂纹摭展抗力，计算出的裂纹扩展表观激活能低于蠕变激活能。断口分析表明：随晶粒尺寸的增大，温度的升高，加载点位移速率的降低，材料呈蠕变脆性断裂。     

不同裂纹扩展阶段对SCC裂尖蠕变场的影响

裂尖区域蠕变是核电材料应力腐蚀裂纹扩展的主要驱动因素之一,为研究不同裂纹扩展阶段下SCC裂尖蠕变场的变化规律,采用紧凑拉伸试样建立了SCC裂尖蠕变的有限元模型,以核电常用的奥氏体304不锈钢为研究对象,分析裂尖蠕变以及蠕变对裂尖力学场的影响,同时以裂纹长度的变化表征裂纹扩展的不同阶段,进而研究了不同裂纹扩展阶段下对裂尖蠕变及蠕变率的影响规律,通过ABAQUS数值模拟分析软件计算可得,高蠕变量区域主要集中分布在近裂尖区域,裂纹长度对SCC裂尖蠕变场的影响较大,随着奥氏体304不锈钢裂纹长度的不断增加,裂尖蠕变量以及蠕变率也在不断增加。随着蠕变的推进,到达稳态蠕变阶段时蠕变率均趋向于同一水平,且随时间的继续增加,蠕变率变化不大,同时裂纹扩展速率随着裂纹长度呈现出指数的增加规律,在应力腐蚀开裂初始阶段,裂纹扩展速率较慢,随着裂纹长度的增加,扩展速率越来越快。为进一步研究基于蠕变致SCC开裂的结构安全性评价提供一定的理论参考。     

变幅载荷疲劳裂纹扩展预测模型

为克服变幅载荷疲劳裂纹的预测中受到的实验成本、时间、载荷谱型等诸多因素的限制,在常幅载荷下S-N曲线与疲劳裂纹扩展曲线关系的基础上,研究了变幅载荷下两曲线之间的关系,并结合疲劳累积损伤理论,推导了块谱载荷裂纹扩展裂纹长度的预测方法,同时考虑了超载迟滞效应的影响,最后进行了实验研究.实验与计算结果表明该方法有效、便于工程应用,该方法可用于结构设计阶段对疲劳裂纹扩展寿命的预测.     

GH36合金持久缺口敏感性与蠕变和疲劳及其交互作用下的裂纹扩展速率

研究了GH36合金持久缺口敏感性对裂纹扩展速率的影响。结果表明:通过软化的热处理制度来改善材料的持久塑性达到消除持久缺口敏感性的目的,对在蠕变或以蠕变为主的应力条件下延缓裂纹的扩展具有重要意义;而在低周疲劳或以疲劳为主的应力条件下,裂纹扩展速率对强度敏感,而与材料是否存在持久缺口敏感性无关;提高强度可显著提高材料的抗低周疲劳裂纹扩展能力。为使材料在蠕变、疲劳以及蠕变疲劳交互作用下都只有高的抗裂纹扩展能力,应对材料进行强韧化。     

预蠕变损伤对高温疲劳宏观裂纹扩展的影响

针对ＳＵＳ３０４不锈钢光滑试棒预先导入１０７３ Ｋ·ｃｐ－ｔｙｐｅ条件下的预蠕变疲劳损伤，然后开小切口进行时间依存性 ９２３ Ｋ·ｃｐ－ｔｙｐｅ，１０７３ Ｋ·ｃｐ－ｔｙｐｅ及循环数依存性９２３ Ｋ·ｐｐ－ｔｙｐｅ的宏观裂纹扩展试验，考察了试棒内部因预蠕变疲劳而产生的大量的粒界微小裂纹对高温疲劳宏观裂纹扩展的影响．结果如下： １．预损伤加速了９２３ Ｋ·ｃｐ－ｔｙｐｅ下的蠕变裂纹扩展，对于同一蠕变Ｊ积分范围△Ｊｃ，损伤值越大，裂纹扩展速度ｄｌ／ｄＮ也越大．这种加速起因于主裂纹与微小裂纹的合体． ２．１０７３ Ｋ·ｃｐ－ｔｙｐｅ下的预损伤材料和处女材料的ｄｌ／ｄＮ在同一△Ｊｃ。下相等．即，损伤材料的裂纹扩展速度的上限值由１０７３ Ｋ·ｃｐ－ｔｙｐｅ下的处女材料的ｄｌ／ｄＮ－△Ｊｃ关系给出． ３．在９２３ Ｋ·ｐｐ－ｔｙｐｅ条件下，对于同一疲劳Ｊ积分范围△Ｊｆ，预损伤材料的ｄｌ／ｄＮ要比处女材料快１０倍左右．一般ｐｐ－ｔｙｐｅ的破坏形式为粒内破坏．预损伤材料的场合，因为试棒内部分布有大量的微小粒界裂纹，主裂纹便沿这些破坏阻抗最小的微小裂纹边合体边扩展，主要在粒界上扩展．即微小粒界裂纹是裂纹扩展阻抗减小的主因．     

多孔铜合金高温压缩蠕变行为的数值模拟

采用RDL05电子蠕变疲劳试验机,在不同温度（550,600,650,700℃）以及不同应变速率（10-4,10-3,10-2／s）条件下对多孔铜合金进行高温压缩实验,获得多孔铜合金真应力一应变曲线,计算并得到相应温度下的蠕变本构方程．采用ANSYS软件对多孔铜合金进行高温压缩蠕变模拟,研究了孔径、载荷、孔形等因素对多孔铜合金蠕变性能影响．研究结果表明,孔径越大,温度、载荷越高,多孔铜合金蠕变变形越大,蠕变速率更快,蠕变性能越不稳定;在蠕变过程中,内棱孔壁处容易引起应力集中;孔隙形貌对多孔铜合金结构影响很大,随着孔形边数的增加,多孔铜合金结构越不稳定;在相同载荷下,三角形孔压缩量最小,圆形孔压缩量最大．     

2.25Cr-1Mo钢蠕变裂纹扩展的有限元模拟

编制了有限元程序CCGC-1以模拟计算高温材料蠕变裂纹的扩展。在静态裂纹时,本程序与BERSAFE程序计算的结果相当符合。同时本程序又可模拟裂纹的扩展,使蠕变的数值计算更符合实际情况。例如对国产2.25 Cr-1 Mo钢在565℃下蠕变裂纹扩展问题进行计算得到的C~*对裂纹扩展速率dα/dt的关联结果,与其他同事用实验得到的结果基本一致。     

0Cr18Ni9钢腐蚀疲劳弯曲裂纹扩展行为研究

计算分析0Cr18Ni9钢的疲劳弯曲裂纹在NaCl水溶液腐蚀状态下与未腐蚀状态下的扩展速率与应力比R、加载频率f、应力强度因子的变化幅值、弯曲裂纹尖端张开位移变化幅值、弯曲裂纹尖端J积分变化幅值的关系.研究结果表明,随应力比R不断增大及加载频率f逐渐减小,0Cr18Ni9钢的疲劳弯曲裂纹在NaCl水溶液腐蚀状态下的扩展速率逐渐增大,其扩展速率增大的程度在裂纹扩展的第一阶段较明显,第二阶段有所减弱,第三阶段趋于平缓;在NaCl水溶液腐蚀状态下的疲劳断裂特性方面,线弹性疲劳弯曲裂纹与弹塑性疲劳弯曲裂纹与各影响因素的关系具有相似性.     

循环蠕变加载下疲劳裂纹扩展速率的探讨

根据循环蠕变加载下应力-应变迟滞徊线的周期性,提出了在一个循环周期内以应变能密度为损伤参量,并把材料的机械疲劳损伤和蠕变损伤统一处理的方法,以解决这两种损伤之间的交互作用问题;指出了在循环蠕变的加速现象中包含了这两种损伤之间的交互作用的效果;借助于等效杨氏模量概念,对静蠕变公式进行修正后用于循环蠕变的应变计算,进而对能量密度进行计算。然后参照单轴疲劳的研究过程,导出了循环蠕变加载下基于能量密度的疲劳裂纹扩展速率公式。     

GH132合金疲劳蠕变交互作用下裂纹扩展速率研究

通过对650℃、不同应力条件下GH132合金的裂纹扩展速率的测定结果表明: (1)由于GH132合金的蠕变与疲劳裂纹的扩展机构不同,使得前者有更大的环境敏感性。 (2)在疲劳蠕变交互作用条件下,裂纹的扩展过程受K_(max)及ΔK共同控制(K_(eq)=K+(max)+αΔK)。通常的ΔK描述法已不能全面解释裂纹扩展速率与寿命之间的对应关系。     

冲击疲劳裂纹扩展(英文)

本文综合归纳了金属材料的冲击疲劳裂纹扩展研究。讨论了冲击应力特征参量 ,如应力幅值 ,加载时间 ,2次应力峰值和过载 ,对冲击疲劳裂纹扩展速率的影响 ;对材料在冲击和非冲击疲劳载荷作用下的裂纹扩展行为进行了比较。结果表明 :冲击应力特征参量对冲击疲劳裂纹扩展速率的影响规律与其裂纹尖端的微观变形、断裂机制有关 ;材料在冲击和非冲击疲劳载荷作用下的裂纹扩展速率存在 3种不同的关系 ,并取决于材料在冲击和非冲击疲劳载何作用下的裂纹扩展机理 ;应力幅值 ,应力花样和材料的显微组织对材料的冲击疲劳裂纹扩展的影响大于对非冲击疲劳裂纹扩展的影响 ,冲击载荷常导致材料脆化并加速材料的疲劳裂纹扩展。     

Ⅰ-Ⅲ型复合加载下铝合金疲劳裂纹扩展速率

通过有限元数值模拟和疲劳裂纹扩展试验,研究了铝合金材料在Ⅰ-Ⅲ复合型加载条件下的疲劳裂纹扩展规律,得到了在不同加载情况下裂纹的应力强度因子、裂纹前缘能量场和塑性区半径.在分析Ⅰ型拉力载荷对裂纹扩展的基础上,着重分析了Ⅲ型加载对Ⅰ型裂纹应力强度因子及裂纹前缘能量场的影响.结果表明:应力强度因子KⅠ随着Ⅲ型加载的增大而减小,而裂纹附近塑性区半径增大.进行Ⅲ型静态加载会使疲劳裂纹扩展速率减小,在一定范围内,Ⅰ-Ⅲ复合型疲劳裂纹扩展速率随着Ⅲ型加载的增加而减小;而在进行Ⅲ型循环加载会使疲劳裂纹扩展速率增大,在一定范围内,Ⅰ-Ⅲ复合型疲劳裂纹扩展速率随着Ⅲ型加载的增加而增大.     

冲击疲劳裂纹扩展

本文综合归纳了金属材料的冲击疲劳裂纹扩展研究。讨论了冲击应力行征参量,如应力幅值,加载时间,2次应力峰值和过载,对冲击疲劳裂纹扩展速率的影响;对材料在冲击和非冲击疲劳载荷作用下的裂纹扩展行为进行了比较。结果表明：冲击应力特征参量对冲击疲劳裂纹扩展速率的影响规律与其裂纹尖端的微观变形、断裂机制有关;材料在冲击和非冲击疲劳载荷作用下的裂纹扩展速率存在3种不同的关系,并取决于材料在冲击和非冲击疲劳载何作用下的裂纹扩展机理;应力幅值,应力花样和材料的显微组织对材料的冲击疲劳裂纹扩展的影响大于对非冲击疲劳裂纹扩展的影响,冲击载荷常导致材料脆化并加速材料的疲劳裂纹扩展。     

岩体蠕变裂纹起裂与扩展的损伤力学分析方法

将损伤力学与断裂理论相结合，通过对近裂尖瞬态应力场近似表达的推导，提出了岩体蠕变裂纹起裂与扩展的损伤力学分析理论，建立了岩体蠕变裂纹扩展的损伤累积模型．这一分析理论和模型可用于蠕变主裂纹起裂时间的预测以及裂纹时效扩展特征的分析．     

疲劳裂纹扩展速率与随机载荷的疲劳寿命程序模拟

本文主要探讨了恒幅和变幅载荷作用下疲劳裂纹扩展规律及随机载荷作用下疲劳寿命的模拟方法。通过对１６Ｍｎ钢的疲劳裂纹扩展试验、分析和数据处理估算出材料的疲劳寿命，说明考虑了载荷实际变动能更接近准确地估算疲劳寿命，为生产设计提供了依据。 对随机载荷的统计分析建立概率模型，并用数值计算方法——蒙特卡罗法产生随枫序列，由计算机程序模拟计算出疲劳寿命．它和变幅试验结果基本符合．说明此法应用于断裂力学中是可行的．它是对传统疲劳试验和分析方法的改进和发展．     

压水堆一回路环境中304不锈钢的蠕变特性分析

裂尖结构蠕变应变是核电结构材料应力腐蚀裂纹扩展的主要驱动力之一,为了了解核电结构材料在核电高温水环境下的蠕变特性,本文利用高压釜模拟核电一回路高温高压水环境,对核电结构材料304不锈钢进行了不同应力下的单轴拉伸蠕变实验,基于时间硬化本构模型得出了其在320℃下的蠕变本构方程,并结合ABAQUS有限元分析软件建立了高应力下获取蠕变的数值模拟方法。结果表明,应力和时间对蠕变变形有着很大的影响,蠕变速率在初期很大,随着蠕变时间的延长,由于合金加工硬化现象的产生,导致蠕变速率逐渐减少并趋于稳定;温度一定时,蠕变变形和蠕变速率同样随着应力的增大而增大。利用ABAQUS可以有效获取高应力下蠕变规律的数值模拟方法,研究结果为核电结构材料安全性评定提供了一定的参考作用。