热疲劳斜裂纹应力强度因子有限元分析

用有限元方法和最大周向应力准则计算了热疲劳斜裂纹的应力强度因子和开裂角的周期变化规律.计算表明:在加热过程中,模型内产生压缩热应力,使两裂纹面相互挤压、错开;由于加热过程生成的压缩塑性变形不能自由恢复,在降温过程的后期产生拉应力使裂纹张开;热疲劳斜裂纹在加热过程以及降温过程的前期是纯Ⅱ型,KⅡ在加热过程结束时达到最大值,在降温过程的后期是Ⅰ,Ⅱ复合型,降温过程结束时KⅠ,Ke达到最大值,裂纹在此时最易开裂.     

高铬铸钢轧辊热疲劳过程的组织和性能

针对现场出现的轧辊热疲劳裂纹较严重问题,研究了高铬铸钢轧辊热疲劳过程的组织和性能.通过约束热疲劳实验及高温拉伸实验,获得了热疲劳循环次数与主裂纹长度的关系,测试了高温状态下材料机械性能.用SEM,EDS分析了晶粒组织、成分偏析对热疲劳裂纹扩展的影响.结果表明:高铬铸钢轧辊的表面状态影响热疲劳裂纹萌生、扩展路径和方式;热循环上限温度及升温速度对裂纹扩展速率的影响较大;材料性能、组织变化等对高铬铸钢的热疲劳性能有明显影响.     

压应力对疲劳裂纹闭合的影响

采用Ｄｕｇｄａｌｅ－Ｂａｒｅｎｂｌａｔｔ模型分析了压缩载荷对疲劳裂纹闭合的影响。在裂纹张开载荷和闭合载荷的确定过程中运用了解析函数形式的奇异积分方程理论。分析和相应的数值计算表明：（１）压缩应力对疲劳裂纹闭合的影响程度取决于压缩应力幅值与材料屈服应力之比；（２）在疲劳裂纹扩展分析中考虑压缩应力的影响是必要的。     

基于累积塑性应变的表面裂纹板CTOD疲劳分析

结合Dugdale模型,以表面裂纹尖端累积塑性应变为控制参量,提出一个低周疲劳载荷下含半椭圆形表面裂纹船体板的裂纹尖端张开位移(CTOD)分析模型.利用有限元法模拟了表面裂纹尖端累积塑性变形、表面裂纹几何特性、应力均值以及材料应变硬化系数等相关因素的影响,结合最小二乘法拟合出基于表面裂纹尖端累积塑性应变的考虑表面裂纹几何特性、应力均值以及材料应变硬化系数影响的CTOD二阶多项式.     

表面小裂纹热锻模的疲劳寿命分析

基于材料自由表面特性并考虑微观结构非均匀性,根据金属疲劳裂纹萌生的微细观过程理论,建立材料表面塑性应变分布模型。由于局部塑性变形在萌生可分辨疲劳小裂纹的循环周次中占主导地位,本文将局部应力应变法应用于热锻模表面小裂纹扩展分析,选取表面最大塑性应变作为出现热机械疲劳裂纹的预测依据,计算的热锻模使用寿命与实践结果相吻合,能基本预测热锻模寿命。该模型为表面强化工艺能提高热锻模的疲劳强度提供了理论依据。     

基于应变控制的4Cr5MoSiV1热作模具钢热机械疲劳行为

采用MTS?热机械疲劳电液伺服试验机研究了4Cr5MoSiV1热作模具钢400～700℃范围内拉压对称机械应变控制的同相及反相热机械疲劳行为.结果表明:当应变幅为±0.50％时,4Cr5MoSiV1钢反相热机械疲劳寿命约为同相的60％;无论同相还是反相加载,应力-应变滞后回线均呈现不对称性,同相加载时表现为平均压缩应力,反相加载时表现为平均拉伸应力.两种加载方式下,最大应力与最大应变及峰值温度均不同步,在高温半周出现应力松弛现象.此外,高温半周呈现持续循环软化,而低温半周呈现初始循环硬化,随后持续循环软化的特征.同相加载时断口以主裂纹、撕裂脊和准解理特征为主,裂纹少而深;反相加载时断口以疲劳条纹和大量的凹坑特征为主,裂纹多而浅.     

幂硬化对疲劳弹塑性弯曲裂纹张开位移的影响

本文主要研究了疲劳载荷作用下的硬化材料弹塑性弯曲裂纹尖端的张开位移问题.综合考虑了疲劳作用应力,塑性区域边界上正应力与剪应力,利用二阶摄动方法与卡氏定理计算了硬化材料弹塑性弯曲裂纹尖端的张开位移的最大值.作图分析了弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移尺寸最大值与材料硬化指数之间的变化关系.在幂硬化材料中,弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移最大值随着材料硬化指数n的增大而减少,当n等速均匀增加时,弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移最大值加速减少,减少的幅度越来越大.当材料的硬化指数相同时,弯曲裂纹尖端张开位移最大值随外载荷的不断减小而逐渐减小.开拓了一个计算硬化材料弹塑性弯曲裂纹张开位移最大值的理论模型的崭新领域.     

基于材料循环RVE的Ⅰ型椭圆裂纹疲劳扩展理论模型研究

基于材料循环RVE和平面应力裂纹尖端循环塑性区内的塑性应变能,建立了Ⅰ型穿透裂纹的疲劳扩展速率SHI-CAI模型。结合7075-T6材料和结构裂纹前缘疲劳扩展最小寿命假定,研究远端拉伸板中半椭圆表面裂纹的疲劳扩展规律,并进行了试验验证。结果表明,结构裂纹前缘疲劳扩展最小寿命假定可用于描述了Ⅰ型穿透裂纹和结构裂纹疲劳扩展之间的联系。最后结合所提出的结构裂纹疲劳扩展理论模型,研究了远端拉伸板中半椭圆裂纹和椭圆嵌入裂纹的疲劳扩展规律。     

冻土非线性断裂破坏过程数值计算分析

冻土具有非线性特征,因此其断裂破坏过程也是非线性的并存在微裂纹损伤区(MDZ),将MDZ简化为虚拟裂纹,并考虑到冻土特性,假定在虚裂纹面上存在着胶结力,提出了冻土断裂破坏的胶结力裂纹模型,并具体讨论了张拉型破坏和压缩破坏的胶结力裂纹模型.其次,依据Paris位移公式,分别推导均布外力作用下,裂纹面上作用有非线性分布胶结力情况的裂纹尖端张开位移一般表达式,进一步导出了三点弯曲梁及压缩破坏的裂尖张开位移表达式,为冻土非线性破坏过程及特征参数的计算提供依据.最后分别对三点弯曲梁模型及有侧限压缩模型进行了数值计算.对三点弯曲梁计算了不同温度下冻土破坏过程曲线,给出了不同土质非线性破坏特征值-临界张开位移值,并与实测值进行比较,二者相符;对压缩模型,给出了裂纹张开位移过程曲线和不同土质张开位移临界值,并与理论预测值进行了比较,二者也基本相符.在计算方法上采用了有限元和解析法相结合的半解析有限元法.     

静态SHS陶瓷内衬复合喷嘴的抗热疲劳性能研究

陶瓷内衬复合管的热疲劳损伤机理不同于整体陶瓷材料,本文采用静态自蔓延法制备出陶瓷内衬复合喷嘴并进行了热疲劳性能试验,分析了影响陶瓷内衬复合管热疲劳性能的影响因素,试验表明复合管切割产生的缺口或裂纹是造成热疲劳损伤的重要原因,在热疲劳循环过程中形成的交变压应力的作用下,切割处的缺口或裂纹向里沿轴向扩展,造成热疲劳损伤和破坏.陶瓷层中的金属颗粒与陶瓷晶体之间的弱结合界面为裂纹扩展通道和内部起裂源,喷嘴的变口径处对热疲劳影响不大,通过改进生产工艺及配方,改善了内衬陶瓷层的抗热疲劳性能.     

残余应力对高周疲劳性能的影响

残余应力对光滑试样高周疲劳的作用,采用多轴应力的Dang-Van 图估算,有较好的线性关系;在裂纹体上作用的残余压应力可提高裂纹的闭合力,从而降低裂纹的扩展速率,甚至停止扩展;对于缺口试样,残余应力的集中和松弛对疲劳极限的作用较为显著。     

冲击和非冲击疲劳载荷下过载对裂纹扩展的影响

对12CrNi3A 钢在冲击和非冲击疲劳栽荷下的过载裂纹扩展延迟效应研究表明:过载对随后裂纹扩展的影响不仅取决于过载力作用下的裂尖塑变,还取决于随后基载力作用下的裂尖塑变.过载对随后裂纹扩展的影响存在两个互为矛盾的方面:一是裂尖塑变损伤促进裂纹扩展;另一是产生残余压应力场和闭合效应延缓裂纹扩展,两方面共同作用结果才能最终决定对随后裂纹扩展的影响.实验结果还表明,冲击疲劳载荷下的过载延迟效应与过载力的冲击速度有关,相同条件下,冲击疲劳载荷下的延迟期 Nd 高于非冲击疲劳载荷;各种因素对过载延迟的影响程度在两种载荷制度下不相同.     

一种镍基单晶高温合金的反相热机械疲劳行为

采用扫描电镜、透射电镜等方法研究了一种镍基单晶高温合金在600～900℃的反相位热机械疲劳行为,旨在探讨单晶合金的热疲劳变形及断裂机制,丰富单晶合金热机械疲劳理论。试验结果表明:当应变幅由0.6%增大至0.9%时,热机械疲劳寿命下降,塑性应变量和应力范围增大。合金的循环应力响应曲线在低温半周表现为循环硬化行为,而在高温半周则表现为循环软化行为。合金主要的变形特征是局部区域滑移带的运动。热机械疲劳裂纹起始于试样表面应力集中处,并沿着滑移带在{111}面向合金内部扩展,拉应力对合金的断裂起到了主导作用。     

16MnR钢应变疲劳裂纹扩展速率的实验研究

通过16MnR裂纹试样在载荷控制和位移控制下的应变疲劳给出了16MnR应变疲劳扩展速率;比较载荷控制与位移控制下裂纹疲劳扩展速率发现,两种方式的应变疲劳所获得的应变疲劳扩展速率差异明显;实验证明裂纹试样的应变疲劳扩展速率与疲劳过程中塑性变形功的大小密切相关。     

多次紧急制动工况下的鼓式制动器热-结构耦合分析

针对汽车鼓式制动器在制动过程中的开裂失效问题,基于运动学、动力学、摩擦学与热-结构耦合的综合分析技术及实验技术,建立了三维瞬态热-结构耦合理论模型及有限元模型;分析多次紧急制动工况下制动鼓温度场和应力场在径向、周向、轴向的分布特征,得到了结构场与温度场的耦合作用结果 ;分析了温度、应力应变、压力三者间的相互耦合作用规律.结果表明:制动鼓的开裂失效主要处于温升大的区域,是由热应力引起的热疲劳失效,且由于周向压应力比径向和轴向压应力大,从而导致制动鼓的裂纹方向均为沿轴向伸展.     

湿铺高分子卷材防治反射裂缝效果研究

应用微机恒温式车辙试验系统对路面结构模型进行滚动疲劳加载试验,模拟行车荷载造成的剪切-弯拉-剪切循环作用,进行裂缝扩展情况跟踪监测,研究在基层和面层层间铺设湿铺高分子卷材防治反射裂缝的效果,并通过试验路进行验证。研究表明:卷材结构裂缝生成时间晚,扩展过程缓慢,且裂缝宽度较细,初裂和终裂疲劳加载次数较无卷材结构分别提高87%和190%。卷材通过自身组成材料特性协助面层受力,上层杜拉纤维增强网起到加筋作用,中间高分子树脂胎体起到应力吸收作用,胎体两侧自粘沥青胶层能够在常温下与基层和面层良好黏结,同时起到应力吸收作用。以水泥胶浆替换乳化沥青粘层,卷材结构初裂和终裂疲劳加载次数再次提高18%和11%,水泥胶浆水化反应增强了复合结构层间黏结和裂缝两侧面层层底联结,将应力传递到面层两侧,有效消除裂缝处的应力集中现象。     

轧件内部裂纹的模拟实验方法与愈合行为

提出一种预置轧件内部裂纹的模拟实验新方法,即钻孔填充法,将其用于普碳钢中厚板内部裂纹的预置,并对其愈合行为进行轧制实验研究.研究了位于轧件中心、厚度方向三分之一处等位置的裂纹愈合情况.实验结果表明,压下率达到50%以上、开轧温度在1100℃时,内部裂纹可完全愈合;且位于轧件厚向中心位置裂纹的愈合程度好于其他位置,采用缓冷方式时裂纹的愈合程度好于空冷.对轧制过程中裂纹愈合的机理进行了分析,认为在轧制变形条件下,压应力状态为裂纹愈合提供了静力学条件,塑性变形过程中大量原子的定向运动,为裂纹愈合提供了物质补给条件,裂纹两侧的金属原子更容易找到新的平衡位置,形成统一的晶格点阵,从而实现裂纹愈合.     

后桥主减速器壳体轴承座的裂解加工数值分析

利用ABAQUS 模拟后桥主减速器壳体轴承座的启裂并进行数值分析.壳体轴承座材料选用基体组织中珠光体体积分数50%的QT450，通过J积分确定了启裂点位置，计算出裂解载荷;分析了启裂时裂尖区域的塑性变形及其对轴承孔失圆量的影响，并进行了实验研究.结果表明，壳体轴承座的启裂点位于靠近裂尖中部位置;塑性区域位于裂尖根部呈蝶形分布，造成的轴承孔失圆度较小;裂解加工质量合格，说明轴承座适合使用裂解技术.研究结果为改进壳体轴承座的生产工艺流程奠定了坚实的理论基础，为壳体轴承座裂解材料的选择、裂解设备的设计、工艺过程的制定提供了参考.     

激光局部强化40Cr钢的缺口疲劳寿命分析

运用弹塑有限元法对４０Ｃｒ钢经激光局部强化前后材料的缺口局部应力应变场进行理论分析，对于强化层内存在的残余压应力按初应力考虑计及其对疲劳裂纹萌生的影响。建立其与萌生寿命之间的宏观规律，为强化材料的寿命估算提供依据。