镍钛形状记忆合金热机械循环变形行为试验研究

镍钛形状记忆合金在应用过程中,不可避免地承受热机械循环载荷作用,进而导致材料的结构性和功能性疲劳失效。热力学循环变形试验在自主开发的热机械循环试验平台上开展,并实时采集力、位移和温度信号,提取循环应力、应变和温度演化曲线,研究热机械循环变形对形状记忆效应的劣化作用。试验结果表明:机械循环载荷将轻微降低镍钛形状记忆合金在升温过程中的应变回复能力;同时,形状记忆效应随着热机械循环和温度循环次数的增加出现显著劣化。研发的热机械循环变形试验平台可用于揭示镍钛形状记忆合金功能性退化机理,为进一步对形状记忆合金器件的性能评估提供有益参考。     

高速钢工作辊温度分布和考虑平均应力的热疲劳寿命研究

高速钢工作辊在热轧过程中需承受严苛的循环热载荷,导致热疲劳成为工作辊失效的一个重要原因,而相关研究大多忽略了轧辊热轧过程中平均应力的影响。为此,文章建立真实工况下的工作辊热轧过程模型,应用Manson-Coffin公式仿真分析考虑平均应力影响的工作辊热疲劳寿命。分析结果表明：工作辊咬合区表面存在巨大的温度梯度和热应力梯度,循环的热应力应变导致工作辊热疲劳失效;不考虑平均应力工作辊热疲劳寿命为387 614转,而考虑平均应力后工作辊热疲劳寿命为464 727转,比不考虑平均应力的寿命提升19.9%;考虑平均应力的影响使得Manson-Coffin公式在工作辊热轧过程中的热疲劳计算更符合实际。     

应用ANSYS浅析复杂应力状态下20g材料试样热机械疲劳总寿命

本文利用已有的20g热机械疲劳总寿命试验数据,应用有限元分析软件模拟试验条件,对不同试件进行应力应变计算,找出危险部位,通过对危险部位的试验结果、计算数据进行分析,探讨能表征试件热机械疲劳总寿命的参量,并建立用该参量表征热机械疲劳总寿命的经验公式。     

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。     

疲劳失效中的循环滞回能

在四种常用钢的完全对称恒应变控制疲劳实验的基础上,分析了它们的循环滞回能的循环特性,并讨论了不同循环特性材料的循环滞回能的数学描述。通过确定循环滞回能-寿命和失效总吸收能-寿命的理论与实验关系式,得出:循环滞回能表示疲劳损伤时,忽略了循环过程中材料的内部缺陷、热耗散以及加工等因素引起的次裂纹所产生的能耗;总失效吸收能与循环滞回能的关系和循环滞回能的循环变化性质有关。     

GH33A合金热机械循环塑性性能

针对ＧＨ３３Ａ高温合金材料在温度与机械应变同时交变条件下的热机械循环塑性性能，就相位差对该材料在热机械循环状态下的循环硬化，。循环软化和疲劳寿命的影响进行分析和讨论。结果表明：相位差影响材料的循环硬化与软化；在５７０－８２５℃的温度交变条件下，同相热机械疲劳寿命比反相热机械疲劳寿命短。     

热机械疲劳寿命的应变唯象描述

通过比较热机械疲劳寿命的３种不同唯象描述方法，讨论了相位差对疲劳寿命的影响，提出对疲劳寿命的唯象描述应采用总应变范围△εｔ或非弹性应变范围△εｉｎ，才符合工况模拟试验和疲劳寿命预测的基本条件。     

疲劳剩余寿命分布的当量关系及可靠性计算方法

通过大量试验分析了两级载荷作用下疲劳寿命分布参数的变化规律,研究了非恒幅循环载荷下的疲劳强度可靠性问题的特点及计算方法,通过对疲劳过程中剩余寿命分布规律的分析和研究,针对程序载荷作用下疲劳过程的物理本质,提出了一个以载荷循环数一疲劳寿命干涉模型为基础,以“损伤等效原则”计算不同载荷水平之间的当量循环次数,并充分考虑不同载荷历史下剩余寿命分布参数的变化的疲劳可靠性计算方法。     

疲劳剩余寿合分布的当量关系及可靠性计算方法

通过大量试验分析了两级载荷作用下疲劳寿命分布参数的变化规律，研究了非恒幅循环载荷下的疲劳强度可靠性问题的特点及计算方法。通过对疲劳过程中剩 余寿命分布规律的分析和研究，针对程序载荷作用下疲劳过程的物理本质，提出了一个以载荷循环数－疲劳寿命干涉模型为基础，以“损伤等效原则”计算不同载荷水平之间的当量循环次数，并充分考虑不同载荷历史下剩余寿命分布参数的变化的疲劳可靠性计算方法。     

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。     

多轴非比例载荷下镁合金AZ21的疲劳性能研究

镁合金作为结构件承受多轴复杂载荷,其失效形式多为多轴疲劳失效.本文在空气环境中对镁合金AZ21分别进行了单轴、纯扭以及多轴循环力学性能研究,揭示了不同加载路径下材料的变形主导机制.疲劳试验结果表明,在相同等效应力幅下,非比例加载路径下镁合金AZ21的寿命较单轴、纯扭路径显著降低.采用Basquin公式预测镁合金AZ21在复杂载荷下的疲劳寿命.通过将路径非比例度的概念引入到Basquin公式中,可合理预测相同加载幅值下圆形路径和菱形路径作用时镁合金AZ21的疲劳寿命.     

局部应力-应变分析在拖拉机零部件疲劳寿命估算中的应用

本文介绍了估算疲劳裂纹形成寿命的局部应力-应变分析法,着重强调了循环塑性应变对疲劳损伤的影响。提出了在用局部应力-应变法估算疲劳寿命时结合载荷谱累积疲劳损伤的方法。编制出驱动轮轴扭转与弯曲载荷谱,并对驱动轮轴的随机疲劳寿命进行了估算。     

大鼠皮肤的循环力学性能研究

通过循环疲劳试验,研究了平均应力和应力幅值对大鼠皮肤力学性能的影响.结果表明:大鼠皮肤在拉-拉循环载荷作用下表现出明显的应变累积特性(即棘轮效应),棘轮应变曲线可划分为瞬态、稳态和加速失效3个阶段;棘轮应变及其应变率随平均应力或应力幅值的增加而增大,导致大鼠皮肤的损伤累积加速进而降低其疲劳寿命;循环应力-应变曲线中的滞后环面积、切线模量能够表征大鼠皮肤的循环特性,滞后环面积和切线模量呈现负相关的关联;对应循环疲劳失效的整个过程,滞后环面积经历减小、稳定、迅速增加3个过程;应力-应变滞后环面积随应力幅值的增加而增大,但平均应力对应力-应变滞后环面积的影响没有线性关系,在试验范围内当平均应力为12,MPa时滞后环的面积最小.结合Basquin模型和SWT模型,可以预测在不同平均应力与应力幅值作用下大鼠皮肤的低周循环疲劳寿命.通过石蜡切片技术和HE染色方法,研究拉伸和循环加载对皮肤微观结构的影响.结果表明,拉伸破坏和循环疲劳破坏都归因于纤维束的滑移和断裂,但两者发生断裂破坏的表现形式不同,前者表现为长裂纹扩展导致的拉伸断裂,后者则为短裂纹扩展导致的疲劳断裂.     

基于等效应变的轮盘低循环疲劳寿命预测

针对轮盘低循环疲劳载荷非对称及其主要寿命区限,提出一种简化的等效应变寿命预测模型,对某型发动机高压压气机I级盘进行了低循环疲劳寿命预测。补充了1Cr11Ni2W2MoV材料轴向应变控制的低循环疲劳试样试验,设计了高压压气机I级盘低循环疲劳试验件,在旋转试验器上进行了轮盘的低循环疲劳试验,得到3个盘的平均低循环疲劳试验寿命为4 280个试验循环。通过与试验寿命的比较,等效应变寿命预测误差为41.8％,Manson-Coffin预测误差为99.2％。结果表明:简化的等效应变寿命预测方法是有效的,而且对试验盘的寿命预测精度比Manson-Coffin预测模型高。     

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.     

应变状态下ZL114A铝合金低周疲劳行为的研究

在室温应变控制下,对ZL114A铝合金进行了单轴低周疲劳试验研究和显微分析,结果表明:材料在低周载荷下,当循环应变幅值小于0.6%,材料没有表现出循环硬化现象.随着循环应变幅值的增加,材料表现出明显的循环硬化现象;且随着应变幅值的增加材料的附加强化程度增大;应变幅值的大小对ZL114A铝合金低周疲劳寿命有较大影响,随着应变幅值的增大,疲劳寿命降低明显;疲劳损伤断口表现出大量的韧窝和韧性断裂的特征.     

疲劳剩余寿命分布的当量关系及可靠性计算方法

疲劳剩余寿命分布的当量关系及可靠性计算方法谢里阳，林文强通过大量试验分析了两级载荷作用下疲劳寿命分布参数的变化规律，研究了非恒惕循环载有下的疲劳强度可靠性问题的特点及计算方法．与传统的只是根据＂失效概率等效＂计算各载荷水平下的当量载荷循环数的疲劳可靠...     

缺口根部残余应变与疲劳循环次数相关性

为了探索疲劳寿命与材料损伤之间的相关性,研究疲劳寿命的预测方法,对缺口根部的残余应变与疲劳循环次数的相关性进行了实验研究.对带缺口GH4169材料拉伸试件进行了疲劳试验,实验中按一定的疲劳循环周次在零载荷状态下停机,并采集试件表面上的白光散斑图;应用数字散斑相关技术测量缺口附近的残余位移场,求出缺口根部的残余应变,得到缺口根部残余应变与疲劳循环次数的相关性曲线,获得了一些对于研究GH4169材料的疲劳寿命很有意义的重要结果.     

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。     

交变接触载荷下的铝合金微动疲劳

针对机械工业中广泛存在的微动疲劳失效问题,自主设计开发了一套接触载荷实时可控的微动疲劳试验系统,研究了恒定接触载荷和交变接触载荷对6061-T651铝合金微动疲劳寿命的影响.结果表明:在交变接触载荷条件下,存在一个临界接触载荷使得微动疲劳寿命最低,且微动疲劳寿命随着平均接触载荷的增加呈现先减小后增加的变化行为;在低接触载荷作用下,交变接触载荷条件下的微动疲劳寿命明显低于恒定接触载荷条件下的微动疲劳寿命;在高接触载荷作用下,交变接触载荷与恒定接触载荷对微动疲劳寿命的影响相近.