疲劳裂纹扩展速率的统计分析及疲劳寿命的概率预测

通过对Paris模型的分析,得到m和logC的线性关系.试验结果的数据分析表明了m和C分别符合正态分布及对数正态分布,并运用统计结果对疲劳寿命进行了概率预测.     

预腐蚀桥梁缆索高强钢丝疲劳试验

为了研究桥梁缆索高强钢丝腐蚀后的疲劳性能,采用酸性盐雾试验制作了6种不同腐蚀程度的钢丝试件共30根,并对这些试件进行了单轴拉伸疲劳试验.分析了腐蚀程度、应力水平对高强钢丝的影响,研究了预腐蚀桥梁缆索高强钢丝的疲劳性能退化规律.试验结果表明:腐蚀使得钢丝的疲劳寿命显著降低,腐蚀下的高强钢丝应力-疲劳寿命曲线仍呈双直线形式,在相同应力幅下,钢丝疲劳寿命对数值随质量损失率线性降低.通过试验数据建立了预腐蚀桥梁缆索高强钢丝的疲劳曲面方程,并给出了不同保证率以及失重率下的钢丝疲劳强度建议值.     

管节点疲劳裂纹扩展规律和寿命估算

对Ｔ型管节点的疲劳试验进行分析，研究疲劳裂纹的扩展规律，用“柔度法”计算应力强度因子范围ΔＫ，确定材料常数ｃ，ｍ，提出并运用“直线－曲线模式法”估算管节点疲劳寿命，结果与试验吻合，具有一定的实用参考价值。     

大型构件疲劳裂纹随机扩展寿命的预测

本文利用作者先前提出的疲劳裂纹扩展概率分析模型ｄａ／ｄＮ＝（ΔＫ／Ｋ０）ｍ（ｉ）／Ｚ（ｘ）对裂纹扩展进行数值模拟，进而提出常幅载荷作用下预测大型构件的疲劳裂纹随机扩展寿命的有效方法。数值模拟和以往的实验结果表明，本文所提出的方法能有效地模拟疲劳裂纹的随机扩展过程，推导出其扩展寿命的概率分布函数和进行可靠性分析，预测构件的寿命和推算其最小寿命。     

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。     

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。     

残余压应力场中疲劳短裂纹扩展速率的预测

通过对Newman中心孔裂纹闭合模型加以改进,引入经有限元分析计算得到的残余应力再分布曲线,建立了用于单边圆缺口短裂纹闭合力及扩展速率预测的改进模型。为了验证模型的合理性,对40Cr调质态板状试样的缺口部位进行喷丸,测定裂纹扩展时的残余应力再分布,实测短裂纹的闭合力及扩展速率。结果表明,模型计算与实验测定符合较好。残余压应力提高了裂纹闭合力,减小了最大应力强度因子,从而降低了有效应力强度因子幅值,使裂纹扩展速率下降。     

各种表面裂纹疲劳扩展分析方法的比较

介绍了两类预测表面裂纹疲劳扩展中的形貌变化及其剩余寿命的方法,并进行实验验证。结果表明,“Ｃｙｃｌｅ ｂｙ ｃｙｃｌｅ”方法的估算最为准确,川原正言等的经验方法也具有较好的精度。     

沥青混合料裂纹扩展阶段的疲劳寿命预测

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,文中基于能耗的观点,研究了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3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的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很好的抗裂性能和抗疲劳性能;混合料累积疲劳破坏能符合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.通过拟合VanDijk能耗公式参数而建立的以断裂韧度为参数的预测模型可以方便地预测沥青混合料裂纹扩展阶段的疲劳寿命.     

基于裂纹扩展的锈蚀拉索疲劳寿命评估

将平行钢丝索视为一个多裂纹竞争的串-并联模型,通过点蚀不均匀系数确定锈蚀钢丝的初始裂纹尺寸. 基于疲劳裂纹扩展速率模型各参数的概率分布,采用疲劳失效全过程Monte-Carlo模拟法计算了不同断丝率下拉索的疲劳寿命,并通过试验数据对计算结果进行了验证. 结果表明：拉索断丝率随疲劳次数增加符合幂级数的增长规律,当拉索的断丝率达到10%之后,拉索的断丝率迅速增长而失去抵抗疲劳荷载的能力. 纤维束模型中串联钢丝单元划分越多,拉索的疲劳寿命越短,但这种趋势会随着钢丝单元数的增加而逐渐趋于稳定. 锈蚀拉索的疲劳寿命服从Weibull分布,点蚀效应缩短了钢丝裂纹萌生寿命,随锈蚀程度的增加,拉索疲劳寿命均值大幅下降,变异性减小,其抗疲劳性能快速劣化. 通过雨流计数法将随机荷载历程转化为疲劳荷载谱块的重复作用,基于钢丝的腐蚀发展规律计算了不同腐蚀程度拉索的疲劳寿命,建立了随机荷载作用下拉索腐蚀程度与疲劳寿命劣化之间的关系模型. 根据P-dc-N曲线可对锈蚀拉索服役期的疲劳可靠性进行评估,应用时需要准确掌握拉索钢丝的缺陷或腐蚀细节信息.     

基于改进裂纹扩展模型的船舶焊接结构疲劳寿命可靠性预报

摘要： 结合考虑应力比的改进Paris公式,推导焊接结构疲劳极限状态方程.采用数值积分方法求解疲劳裂纹扩展寿命,结合Monte Carlo模拟方法给出了船舶结构疲劳寿命可靠性预报的流程,并对某大型集装箱船甲板进行了疲劳寿命可靠性预报,讨论了各参数对预报结果的影响.结果显示,采用数值积分方法的计算结果与cycle-by-cycle方法的计算结果差别较小,而计算速度相比于cycle-by-cycle方法有显著提高.此外,改进Paris公式的应用可以减小预报结果的变异系数,初始裂纹尺寸对疲劳寿命及可靠性影响显著,最终裂纹尺寸则影响不大.文中所述数值积分方法和可靠性预报流程可为工程结构快速进行疲劳裂纹扩展寿命计算或疲劳寿命可靠性预报提供参考.     

加载波形对车轴钢疲劳裂纹扩展速率的影响

采用电位法裂纹测量技术与断口形貌分析相结合，讨论了加载波形对车轴钢长、短裂纹扩展速率的影响。结果表明，车轴钢对加载波形的变化具有一定的敏感性，在相同的驱动力（△Ｋ）作用下，矩形波加载的裂纹扩展速率普遍高于正弦波加载的裂纹扩展速率。从断口形貌ＳＥＭ照片上也证实了这一点。     

随机载荷加载下疲劳裂纹扩展速度的一种计算方法

为了揭示出随机载荷加载下,疲劳裂纹扩展速度的规律,利用临界平面方法,把多轴随机载荷等效为单轴随机载荷,并进而简化为单轴多级恒幅载荷谱,然后利用恒幅疲劳裂纹扩展的速度公式,计算裂纹的总增加量,推导出随机载荷加载下疲劳裂纹扩展速度的计算公式。通过对试件的疲劳寿命预测,验证了该公式的正确性。     

车轴钢疲劳小裂纹扩展特性

本文论述了车轴钢在疲劳试验研究中小裂纹扩展的特性,并与传统的断裂力学中长裂纹扩展特性进行了比较,发现两者不同的特性.疲劳小裂纹扩展速率存在着先快后慢,尔后又加速扩展并逐渐接近长裂纹扩展速率的特性.在小裂纹扩展范围内,其特性是复杂的.     

疲劳裂纹的闭合和扩张行为

本文在讨论疲劳裂纹闭合现象的基础上,阐述了疲劳裂纹闭合的四种诱发机制,介绍了几种疲劳裂纹闭合参数(诸如裂纹张开应力强度因子 K _(op),裂纹面残留位移δ_R 和裂纹闭合长度Δa 等)的测量方法。并对它们的应用特点做了比较分析。文中详细评述了材料,试样几何,环境,应力比以及载荷谱等因素对疲劳裂纹闭合行为的影响,指出了目前研究工作中存在的问题,提出了今后研究工作的方向。此外,还就疲劳裂纹闭合现象的几种有代表性的定量模型做了介绍和评论。     

轮对蠕滑条件下钢轨疲劳裂纹萌生寿命预测

采用多体动力学与三维弹性体非赫兹滚动接触理论,得到不同轨底坡、超高、摩擦系数与曲线半径等多种轨道条件下的轮轨蠕滑状态,将接触力分别施加于钢轨有限元模型的接触斑位置,分析轨头应力应变响应,得到所有节点的疲劳参量.研究疲劳参量的组成类型,若剪应力与应变部分占主要组成部分,则采用剪切型裂纹萌生预测公式,否则采用拉伸型预测公式.分别预测导向轮与非导向轮作用下的曲线外轨疲劳裂纹萌生寿命,结果表明,外轨疲劳裂纹主要由导向轮作用产生,非导向轮对其影响很小;裂纹萌生寿命随曲线半径的增大而延长,随摩擦系数的增大而减小;设置1∶20轨底坡可以延缓外轨疲劳裂纹萌生,尤其是在半径较小的曲线上效果更明显;过超高能延缓曲线外轨疲劳裂纹萌生;当摩擦系数大于0.3时裂纹萌生于曲线外轨表面,而小于0.3时裂纹萌生位置则逐渐向轨头内部转移.     

20Cr结构钢疲劳小裂纹扩展行为的研究

对正火20Cr的疲劳小裂纹扩展行为进行了研究。使用应力强度因子范围△K对小裂纹和长裂纹的扩展速率进行关联。结果表明，在应力比R=0的恒幅载荷下，小裂纹效应不明显；在R=-1的恒幅栽荷下，小裂纹效应则较为突出，且穿透裂纹均由多条小裂纹汇合而成。随着裂纹长度的增加，小裂纹的扩展速率出现一个由快变慢又加速的过程。     

工模具钢的疲劳裂纹扩展速率与门坎值

用三点弯曲疲劳试验测定了M2高速钢和含铌基体钢等三种工模具材料的疲劳裂纹扩展速率da/dN和门坎值ΔK_(th)并从合金成分和热处理工艺角度分析了显微组织的影响。试验结果表明,ΔK_(th)随基体韧性的皮善、残余奥氏体量的增加和晶粒尺寸的增大而提高。中速区的da/dN主要取决于基体韧性的好坏,较多韧性相使其减小,较大碳化物使其增大,而晶粒尺寸对其影响不明显。     

给定存活率下45钢的疲劳寿命估算

基于临界损伤原理,在以损伤应变范围作为金属材料疲劳裂纹萌生寿命控制参量的基础上,推导了一个新的疲劳裂纹萌生寿命(Fatigue Crack Initation Life, FCIL)估算模型,并给出了模型中始裂抗力系数和始裂门槛值与金属拉伸性能参数之间的关系。与郑氏公式不同,新的FCIL估算模型中疲劳延性指数不恒等于-0.5,而是一个材料常数,用以反映材料抵抗疲劳破坏的能力。以新的FCIL估算模型为基础,建立了含缺口45钢具有给定存活率的疲劳寿命预测公式(PSN曲线公式)。与基于郑氏公式的PSN公式相比,新的PSN曲线公式可以更为准确地预测45钢具有给定存活率的疲劳寿命。