缺口参数对应力集中系数和疲劳缺口系数的影响

选取带有Ⅴ型缺口的45钢圆形试样,通过循环载荷试验研究缺口参数对理论应力集中系数和疲劳缺口系数的影响和两个系数之间的关系.通过试验,得到理论应力集中系数、疲劳缺口系数随缺口参数的变化曲线,确定理论应力集中系数与疲劳缺口系数的数学关系式.结果表明,缺口根部圆角半径对两个系数的影响很大;在一定条件下,两个系数呈现很好的线性关系.     

缺口应力集中对AL6061铝合金超高周疲劳性能的影响

利用超声疲劳试验方法考察了AL6061铝合金缺口试样的疲劳强度,分别对板状光滑试样和缺口试样进行了10~5周次～10~(10)周次范围内的对称疲劳试验。试验载荷为轴向拉压R=-1,加载频率为20 kHz,环境温度为室温,试验结果显示,在10~(10)周次范围内光滑试样和缺口试样的S-N曲线都出现了极限平台型的特征,存在传统疲劳理论定义的疲劳极限,且试样的疲劳性能随着应力集中系数的增加而降低。大多数试样疲劳裂纹萌生于表面,但随着疲劳周次的增加,AL6061铝合金疲劳缺口系数和疲劳缺口敏感系数增加。理论应力集中系数为2.54的试样其疲劳缺口敏感系数为0.89,理论应力集中系数为3.27的试样其疲劳缺口敏感系数为0.82,疲劳缺口敏感系数接近1,表明AL6061铝合金具有非常高的缺口敏感性,在实际工程应用中,须充分考虑应力集中对该材料及相应结构疲劳强度的影响。     

基于缺口应力法的焊接接头多轴疲劳分析

鉴于当前焊接接头疲劳评估曲线只适用于单轴加载情况,基于缺口应力法对焊接接头进行了多轴疲劳分析。通过联合焊接接头的多轴疲劳试验名义应力数据和有限元法所计算的缺口应力集中系数,获得了5种焊接接头的各向缺口应力;根据Von Mises、IIW和EESH 3种多轴疲劳准则计算出等效缺口应力并将其统一在同一坐标系统下;最后采用最小二乘法拟合出适用于多轴疲劳评估的缺口寿命曲线。与IIW标准推荐的单轴曲线相比,这些多轴缺口疲劳曲线具有更低的倾斜度和更高的疲劳等级,即多轴加载时明显降低了10~3~10~6次中周范围内的疲劳强度值,而对10~6~10~7次高周疲劳范围的影响则相对有限。     

一种估计疲劳缺口系数Kf的新方法

从能量观点出发建立了缺口局部应力应变分析的基本关系，以Ｋｆ－√ＫεＫσ作为Ｋｆ的定义式推导出包括材料循环特性、缺口根部塑性变形和理论应力集中系数等复杂因素综合影响的Ｋｆ关系式。采用恒幅疲劳试验结果对其进行了验证，并与其它Ｋｆ公式的结果作了比较。最后对上述Ｋｆ关系式进行了讨论。     

多轴变幅非比例加载方式对缺口尖端应力应变场的影响

对带有U形缺口的圆柱形试件,利用有限元分析软件计算各种多轴循环加载情况下缺口根部的局部应力应变场,给出并讨论缺口根部的局部应力应变响应及其数值结果.计算结果表明:对恒幅拉伸与变幅扭转复合加载,恒幅拉伸载荷分量在一般性的缺口尖端应力应变场分析中可以忽略;非比例加载相位差的存在对滞回线的偏移有一定影响;对变幅拉伸与变幅扭转载荷复合加载,两种载荷分量都影响滞回线的形状,影响程度取决于其在双轴加载中的相对应力幅值大小.     

考虑应力梯度的多轴缺口件疲劳寿命预测方法

以缺口附近疲劳损伤影响区的场强为损伤参量,结合Manson-Coffin方程提出一种多轴比例加载下缺口件疲劳寿命预估方法.首先,借助坐标变换矩阵定义应变能密度最大的平面为临界面,克服了传统能量法作为标量难以描述裂纹萌生和扩展方向的不足.其次,利用有限元软件分析临界面上等效应力分布规律,拟合距离危险点5 mm内等效应力分...     

缺口敏感性对工件疲劳行为的影响

为解决不同半径孔的疲劳缺口因子对工件寿命影响行为的预测和评价,在线弹性断裂力学的基础上,采用分析的方法探索疲劳缺口的影响因素,提出了一个考虑裂纹闭合的方法,讨论了裂纹闭合在非扩展裂纹形成上的影响,得到了材料晶粒尺寸较大时的小裂纹生长率低,其时的裂纹闭合能使裂纹生长终止,也得到了疲劳缺口因子与应力集中之间的关系,特别是微小孔的疲劳缺口因子随裂纹闭合减小较明显.该结果便于对工件使用寿命进行预测.     

缺口对GH33A合金在复杂应力条件下力学行为的影响——高温合金力学冶金(11)

本文研究了缺口对GH33A合金在高温低周疲劳及劳疲/蠕变交互作用下的力学行为。结果表明:缺口使GH33A合金低周疲劳寿命缩短,其缩短的程度随缺口尖锐程度的增加而加剧。低周疲劳高应力时,保载时间的作用引入了蠕变分量,促使低周疲劳寿命Nf降低。在低周疲劳固定最大应力,改变最小应力而造成蠕变/疲劳交互作用情况下,其断裂寿命在一定条件下具有最大值,断裂机制可由纯疲劳断裂逐步转化为纯蠕变断裂,其程度主要决定于蠕变应力(或疲劳应力)分量所占比例的大小。     

缺口对车轴钢疲劳性能的影响

采用钼丝进行线切割,制作了车轴钢表面缺口试样,运用有限元方法,计算了不同缺口的理论应力集中系数,通过旋转弯曲试验得到光滑试样和缺口试样的疲劳寿命(S-N)曲线,研究了不同缺口应力集中系数下车轴钢的参数变化规律.结果表明,缺口对材料疲劳寿命的影响,不仅仅表现在其S-N曲线相对于光滑试样S-N曲线整体下降,而且不同缺口S-N曲线左段的直线部分斜率也是不同的.     

钢网架螺栓球节点用高强螺栓的缺口效应分析

在悬挂吊车作用下,螺栓球节点网架的疲劳主要表现为节点的疲劳,而节点的疲劳关键是高强螺栓的疲劳．在影响高强螺栓疲劳性能的众多因素中,应力集中是其发生疲劳断裂的主要原因之一．本文从缺口效应出发,分析了高强螺栓疲劳裂纹的开展．并建立有限元模型,针对钢网架螺栓球节点常用的8种高强螺栓规格进行了单缺口应力集中分析．得到相应的应力集中系数,同时分析了螺纹牙根圆角半径对应力集中的影响,并提出了降低螺纹疲劳缺口敏感性的一些措施,为进一步以热点应力幅建立螺栓球网架疲劳设计方法奠定了基础．     

微孔洞在材料表面的深度变化对应力集中及疲劳裂纹萌生的影响规律研究

采用线弹性有限元法模拟分析了微孔洞相对材料表面深度的变化对应力集中及疲劳裂纹萌生的影响,研究结果表明:微孔洞直径尺寸大小仅影响相应的应力集中分布区域的大小,而微孔洞相对材料表面深度的位置决定了其最大应力集中系数的大小.当微孔洞处于材料表面下并与表面相切时,应力集中系数达到最大值,当微孔洞相对材料表面深度的位置偏离此位置时,应力集中系数急剧下降.研究结果合理解释了实验中观察到的疲劳裂纹在微孔洞处萌生现象,即疲劳裂纹优先在与样品表面相切上半部的微孔洞上萌生,尤其在样品表面下且与表面相切的微孔洞处.     

Effects of stress ratio on the temperature-dependent high-cycle fatigue properties of alloy steels

This paper addresses the effects of stress ratio on the temperature-dependent high-cycle fatigue (HCF) properties of alloy steels 2CrMo and 9CrCo, which suffer from substantial vibrational loading at small stress amplitude, high stress ratio, and high frequency in the high-temperature environments in which they function as blade and rotor spindle materials in advanced gas or steam turbine engines. Fatigue tests were performed on alloy steels 2CrMo and 9CrCo subjected to constant-amplitude loading at four stress ratios and at four and three temperatures, respectively, to determine their temperature-dependent HCF properties. The interaction mechanisms between high temperature and stress ratio were deduced and compared with each other on the basis of the results of fractographic analysis. A phenomenological model was developed to evaluate the effects of stress ratio on the temperature-dependent HCF properties of alloy steels 2CrMo and 9CrCo. Good correlation was achieved between the predictions and actual experiments, demonstrating the practical and effective use of the proposed method.     

长骨纵向缺损对其扭转刚度和应力分布影响

为研究临床上开窗对长骨力学性质的影响，建立了一个股骨中段的外侧皮质带有矩形缺损的力学模型；采用有限元方法，计算了骨缺损的宽度为股骨外径(D)0．1～0．3倍、长度为股骨外径1～5倍时．股骨的扭转刚度和应力分布．计算结果表明：骨缺损长度为D时．对股骨扭转刚度和剪应力分布的影响较小；骨缺损长度从2D增至4D时扭转刚度急剧减小．而且剪应力的最大值位于骨缺损中心．研究认为临床骨科手术中长骨开窗的尺寸应控制在小于3D～4D．且术后应避免长骨承受扭转力的作用．     

低温条件下铝制翅片-隔板-封条钎焊结构的应力特性的数值模拟

基于热-弹性理论,建立了铝制翅片-隔板-封条钎焊结构的热结构应力分析模型.采用热-结构耦合的方法,模拟分析了铝制翅片-隔板-封条钎焊结构的应力分布.结果表明,等效热应力、等效结构应力和等效应力均在钎焊结构的钎焊接头处产生应力集中,这主要是由于钎焊接头处母材和钎焊层材料性能的不完全匹配和钎焊接头处的结构具有不连续性造成的.等效热应力、等效结构应力和等效应力沿典型路径在钎焊接头处的分布主要受正应力的影响.在热-结构耦合作用下,等效应力主要受等效热应力的影响.因此,热边界的选取对模拟结果的影响是非常重要的.     

构造参数对顶板与U肋连接焊缝应力的影响

针对钢桥面板顶板与U肋连接焊缝在不同构造参数下的应力变化,分析该细节的受力机理,对比两种不同U肋构造的应力分布特征;建立局部足尺模型,通过提取顶板焊缝的应力梯度,分析应力的变化情况,得出顶板与U肋连接焊缝在不同构造参数下的应力分布规律。结果表明,截断U肋与完整U肋均可如实反映顶板与U肋连接焊缝的受力情况;顶板厚度与熔透率越大,顶板与U肋连接焊缝的总体应力越小,即改善受力性能的效果越好; U肋厚度对顶板与U肋连接焊缝的应力影响不大。     

低载强化对圆柱齿轮残余应力影响的试验研究

以经过表面工艺处理的高强度齿轮单齿弯曲为例,试验研究了疲劳极限以下小载荷强化和疲劳损伤载荷对齿根残余应力的影响.结果表明,经过强化小载荷对反复锻炼后,单齿弯曲疲劳强度和疲劳寿命还能够得到强化和提高;小载荷的反复锻炼不会影响和破坏齿根表面的残余应力;疲劳极限附近的损伤载荷加载到疲劳寿命中期对齿根的残余应力没有显著影响;屈服强度附近的损伤载荷加载到疲劳寿命中期,齿根的残余应力明显衰减.     

腹板几何尺寸变化对梯形波纹腹板工字钢梁应力集中的影响

为了分析析板几何尺寸的变化对梯形坡纹腹板工字钢梁应力集中的影响,建立相应的ABAQUS有限元分析模型,并利用已有的梯形波纹腹板工字钢梁实验结果对有限元模型的正确性进行了验证;运用ABAQUS有限元软件对梯形波纹腹板工字钢梁进行了大量的非线性有限元分析,研究了腹板的波幅、厚度、平行段长度、坡纹转角、转角半径等对腹板和翼缘中应力集中程度的影响及其规律。结果表明,梯形波纹腹板工字钢梁有限元分析模型是合理的:腹板的波纹转角、转角半径、腹板厚度的变化对梯形波纹腹板工字钢梁应力集中的影响较大,而腹的波幅和平行段长度的变化对钢梁的应力集中影响较小。     

应力幅比对2A12-T4铝合金多轴疲劳裂纹萌生及扩展行为的影响

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,仅靠单轴载荷来简化复杂载荷状态的失效预测方法将不再适用。因此,准确预测复杂载荷下工程结构的多轴疲劳失效行为对提高结构安全性具有重要意义。疲劳裂纹萌生及扩展是疲劳失效行为最直观的反应,针对2A12-T4铝合金实心圆棒试件,在相同的等效von Mises应力幅值下,开展了不同应力幅比下的多轴疲劳试验。采用金相显微镜对试件表面裂纹萌生及扩展行为进行了观测,研究了不同应力幅比下试件表面裂纹形态及扩展路径,探讨了不同应力幅比下2A12-T4铝合金多轴疲劳失效行为。结果表明,对于2A12-T4铝合金,试件表面均存在多条裂纹,导致疲劳破坏的主裂纹只有1条;裂纹萌生方向接近于最大切应力幅值平面,裂纹扩展第Ⅰ阶段的长度与方向同时受到应力幅比的影响;主裂纹扩展路径主要沿着最大切应力幅值平面,最大切应力幅值是引起2A12-T4铝合金多轴疲劳失效的主要控制参量。     

应力集中对2024铝合金高周疲劳寿命的影响

研究了2024铝合金常温下的高周疲劳性能,获得了2024铝合金在不同应力状态下的S-N曲线.分析了疲劳试样的断口形貌和裂纹萌生/扩展机理,以及疲劳试样的组织结构与疲劳性能之间的关系.结果表明,疲劳极限随着应力集中系数的增加而降低,当应力集中系数相同时,疲劳极限随着应力比的减小而降低;2024铝合金的疲劳断口以穿晶断裂为主;第二相颗粒起到了阻碍疲劳裂纹扩展的作用,使2024铝合金的高周疲劳强度得到了明显提高.     

铝合金材料残余应力及缺陷对裂纹扩展的影响

对于铝合金材料中存在的Ⅰ型裂纹及混合型预裂纹,研究了残余应力及其材料中存在的缺陷对其扩展方向的影响.对应于实验过程中的实际裂纹,通过有限元解析模拟计算出无残余应力状态下裂纹端部的应力强度因子KⅠ和KⅡ,从理论上利用Erdogan-Sih的б0假说对裂纹的扩展方向作了预测.结果表明,无论是Ⅰ型预裂纹还是混合型预裂纹,其预测的裂纹扩展方向都与裂纹扩展的实验结果基本吻合.即裂纹的扩展方向主要受到循环载荷的影响,而与残余应力无关.