高应力幅循环历史对U78CrV钢棘轮行为的影响

U78CrV钢轨广泛应用于我国重载铁路,在服役过程中承受具有不同循环历史的滚动接触疲劳载荷,由此诱发的棘轮行为将加剧钢轨的疲劳失效。首先开展低应力幅和高应力幅下的非对称应力控制循环实验,随后进行具有不同循环周次高应力幅循环历史的低应力幅值循环实验,揭示应力幅和应力循环历史对U78CrV钢棘轮行为的影响。实验结果显示,U78CrV钢在非对称应力循环载荷作用下表现出显著的棘轮行为,应力幅的增加会提高棘轮应变和棘轮应变演化率;预加载的高应力幅循环周次越高,随后的低应力幅下的棘轮行为越明显;不同循环周次的高应力幅循环历史降低了低应力幅循环的棘轮应变率,但增加了耗散能密度;不同高应力幅循环历史下的低应力循环疲劳寿命与失效棘轮应变和稳定耗散能密度密切相关,随着失效棘轮应变和稳定耗散能密度的增加而降低。基于稳定耗散能密度建立了幂律函数,可以合理预测高应力幅循环历史的低应力循环疲劳寿命。研究结果对U78CrV钢轨的疲劳失效评估具有重要的参考价值。     

对接粘接结构的扭转疲劳损伤行为研究

通过圆柱对接试件的扭转疲劳实验,分析了平均剪应力、剪应力幅值和循环周期3个因素对粘接结构的应变变程、应变率和疲劳寿命的影响.结果表明:平均剪应力对粘接结构的循环加载应力-应变响应影响很大.在平均剪应力非零的情况下,有棘轮应变出现,并且棘轮应变随着平均剪应力的增加而增加,棘轮应变率也随之增加;在改变剪应力幅值,而平均剪应力为零的情况下,虽然粘接试件没有出现棘轮效应,但由于循环蠕变和循环软化的原因,循环加载的应力-应变的曲线斜率随着剪应力幅值的增加出现下降的趋势,剪应力幅值增加,应变变程也随之增加,同时剪应力幅值越高应变稳定期越短;在改变循环周期情况下,应变变程影响不大,只是随着循环周期的缩短,后期的循环软化略有增加;在疲劳寿命影响方面,随着平均剪应力和剪应力幅值的增加,疲劳寿命都明显下降,但循环周期对粘接试件的扭转疲劳寿命的影响不大.     

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.     

热轧和热处理U75V钢单轴棘轮-疲劳交互作用实验研究

钢轨服役过程中,由循环滚动载荷诱发的棘轮效应是其疲劳失效的主要原因之一。针对现役的热轧和热处理U75V钢开展单调拉伸、应变和应力控制疲劳实验,揭示热处理工艺对材料基本力学性能、循环特性和棘轮行为的影响,进而讨论棘轮效应与疲劳失效行为之间的交互作用。实验结果表明:热处理U75V钢的屈服强度和抗拉强度较热轧态有显著提升,二者均表现出循环软化特性。在相同载荷水平下热处理U75V钢抗棘轮变形能力和疲劳性能明显优于热轧态,当应力幅与屈服应力之比恒定时,相同平均应力下热轧U75V钢棘轮效应更显著。加载的平均应力和应力幅对U75V钢疲劳寿命的影响存在竞争作用,较强的棘轮行为使两种U75V钢疲劳寿命均降低。     

高铁齿轮钢18CrNiMo7-6循环变形行为 实验和本构模型

采用RPL100电子式蠕变疲劳试验机,对高铁齿轮钢18CrNiMo7-6开展了不同应变幅值下的对称应变循环实验,研究了齿轮钢在对称应变循环下的循环软硬化行为;对齿轮钢18CrNiMo7-6在不同应力工况下开展了非对称应力循环下单轴棘轮行为实验,研究了齿轮钢棘轮变形的演化规律.结果显示,在实验研究循环周次内齿轮钢18CrNiMo7-6在对称应变控制循环下表现出循环软化的特征,在非对称应力控制循环下呈现出衰减的棘轮应变率和常棘轮应变率两阶段.通过在Ohno-Abdel-Karim非线性随动硬化律中引入与累积塑性应变相关的棘轮参数的演化方程,建立了修正的循环弹塑性本构模型.模拟结果显示,该模型能够合理预测齿轮钢18CrNiMo7-6的循环软化特征和棘轮行为的演化规律.     

冷锻模具材料高速基体钢应变控制室温疲劳性能

对冷锻模具材料高速基体钢进行了室温下的单轴静态拉伸试验和应变控制单轴对称拉压低周疲劳试验,获得了静态拉伸力学性能和低周疲劳性能参数.通过对试验数据进行拟合,得到了高速基体钢材料在室温下静态单调拉伸应力-应变关系、循环应力-应变关系以及循环应变-寿命曲线.试验结果表明,该模具材料在本试验控制的循环应变幅范围内发生了循环软化,疲劳断裂之前未观察到明显的应力饱和现象.以控制应变幅为1.5%的试样为例,对材料的低周疲劳行为特性进行了分析.材料的循环应力响应分为明显软化,软化效应减弱和瞬时断裂3个阶段.     

Inconel 718合金短管高温低周疲劳行为

基于位移循环加载试验,对反应堆压力容器密封元件Inconel 718合金O形环短管试样变形幅控制下进行了常温和300℃高温低周疲劳试验研究.结果表明,在循环加载中试样发生接触力松弛,当位移压缩比峰值不低于8%且压缩比幅值超过0.6%时试样会产生低循环疲劳失效.采用弹塑性接触有限元方法对引发疲劳裂纹的试样危险局部的应力应变进行了分析,给出了位移压缩比幅值与危险局部应变幅值的短管疲劳寿命估算式.疲劳试样断口微观分析表明,在初始大变形引起的裂纹萌生区,断口微观形貌表现为晶体滑移与解理撕裂,而在裂纹扩展区表现为解理撕裂与疲劳辉纹共生的混合型裂纹扩展.     

10CrNiMo高强钢的低周疲劳特性

采用圆形横截面光滑试样,通过轴向不同应变幅控制的低周疲劳试验,研究了10CrNiMo高强钢的低周疲劳特性,包括循环应力-应变行为、应变-寿命特点、循环应力响应及其力学滞后现象,给出了相应的疲劳参数、循环软硬化特性及应变滞后规律.对裂纹扩展方向及试样疲劳断口的观察表明:裂纹扩展面与轴向力呈现多角度关系,裂纹萌生于试样表面,沿断口周边分布,且具有多源性;疲劳裂纹主要以锐化--钝化机制扩展.     

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.     

预应变对低合金钢循环变形力学行为的影响

通过恒应变控制的低循环疲劳试验,研究了预应变对低合金钢循环拉伸应力幅与循环压缩应力幅、循环应力幅、平均应力(真应力、真应变简称应力、应变)等的影响,为进一步研究预应变对钢循环行为的影响提供了基础.