超载对应力集中区裂纹疲劳扩展的影响

用具有对称裂纹的中心圆孔宽板试件,研究了超载对结构应力集中产生的塑性变形区中的裂纹疲劳扩展速率的影响。发现在塑性区中裂纹超载迟滞效应和在弹性区中裂纹的超载迟滞效应相似。在裂纹萌生前施加超载于结构元件,对以后应变集中区裂纹的萌生及疲劳扩展均有显著的迟滞作用。因此预超载技术可以用于延长有应力集中结构元件的疲劳寿命,例如带接管的焊接压力容器。     

疲劳裂纹在TA2板中扩展及超载迟滞效应的实验研究

以中心裂纹拉伸M(T)试样为试件,研究了TA2钛板中Ⅰ+Ⅱ复合型缺口裂纹在不同载荷条件下的扩展情况,重点研究了在恒幅载荷和超载载荷下新裂纹的起裂、扩展和迟滞。结果发现在TA2材料中,从I+II复合型缺口裂纹尖端起裂的新裂纹是以Ⅰ型裂纹型式向前扩展的,并且与缺口裂纹取向以及是否受到超载无关;裂纹疲劳扩展速率和Ⅰ型应力强度因子变化幅之间的关系符合Paris公式;经过超载后,裂纹在TA2材料中的起裂和扩展难度显著提高,而且裂纹越短,超载迟滞效应越明显,超载后在裂纹尖端附近形成的残余压应力塑性区是产生超载迟滞效应的原因。     

变幅载荷下的疲劳裂纹扩展

通过１６Ｍｎ钢在高－低，低－高－低和低－高加载情况下，不同超载比时的裂纹扩展了实验研究，获裂纹长度与循环次数，裂纹扩展速率与裂纹长度的相应变化曲线，实验表明，在高－低和低－高－低加载下疲劳裂纹扩展具有迟滞效应，其随超载比增大而增大，文中使用常数的Ｗｉｌｌｅｎｂｏｒｇ模型对具有迟滞效应情况进行了寿命分析，计算表明在大超载比下与实验结果相比明显偏大，上述现象对变幅载荷下有裂纹机械构件的安全寿命预测具有     

超载处理对16Mn钢疲劳裂纹扩展速率的影响——Ⅰ.试板部分

本文研究了超载对16Mn疲劳裂纹扩展速率的影响。试样为中心贯穿裂纹试板,基本载荷应力比R=0,在试验中包括了超载比和超载时裂纹长度的影响,得出了与前人基本相同的结论,即迟滞效应随超载比的增加而提高、随超载时裂纹长度的增长而下降。采用Willenborg和Matsuoka两种模型,计算迟滞寿命并与实测值作了比较:按Willenborg模型计算,在超载比较小时与实测值十分接近,超载比较大时则远远偏离实测值,且偏于不安全。按Matsuoka模型计算与实测值基本接近,且(?)部分偏安全。初步证实了Matsuoka模型是估算16Mn材料超载迟滞效应的比较理想的模型。     

超载处理对16Mn钢疲劳裂纹扩展速率的影响——Ⅱ.容器部分

本文对16Mn钢压力容器中轴向贯穿疲劳裂纹的超载迟滞效应进行了试验研究。基本循环载荷应力比R=0,未经超载的疲劳裂纹扩展速率采用裂纹顶端张开位移变化量回归。试验使试板上的结论在容器中得到了验证。校核了Willenborg和Matsuoka模型在压力容器中的可用性。应用Matsuoka模型估算压力容器迟滞效应是可行的。本文建议,确定最大超载比时应综合考虑裂纹是否会失稳、容器是否会发生屈服以及裂纹的韧带屈服范围等因素。     

压力容器疲劳裂纹扩展的超载迟滞效应及其估算

本文通过ST45钢轴向穿透裂纹模拟容器的内压疲劳裂纹扩展试验,探讨了在压力容器上推广、应用超载迟滞效应的问题。文中考虑常规压力容器水压试验的加载规定,着重研究了1.5倍小超载比情况下的迟滞特性,并讨论了超载点裂纹长度、基本循环内压大小及超载后停歇对迟滞效应的影响。最后选用 Wheeler、Will-enborg、广义Willcuborg、松冈(Matsuaka)、Maarse等五个较有名的数学模型计算试验容器的迟滞效应大小。研究表明:压力容器1.5倍的小超载,迟滞效应也是相当明显的,可使带有20mm左右裂纹的试验容器寿命提高约80％,Willenborg模型是估算压力容器上小超载迟滞效应较为理想的模型。     

变幅载荷疲劳裂纹扩展预测模型

为克服变幅载荷疲劳裂纹的预测中受到的实验成本、时间、载荷谱型等诸多因素的限制,在常幅载荷下S-N曲线与疲劳裂纹扩展曲线关系的基础上,研究了变幅载荷下两曲线之间的关系,并结合疲劳累积损伤理论,推导了块谱载荷裂纹扩展裂纹长度的预测方法,同时考虑了超载迟滞效应的影响,最后进行了实验研究.实验与计算结果表明该方法有效、便于工程应用,该方法可用于结构设计阶段对疲劳裂纹扩展寿命的预测.     

超载试验中TC18钛合金低周疲劳特性与断口分析

为了研究超载试验对TC18钛合金低周疲劳特性的影响,常温下,本文在恒幅低周疲劳和间隔超载载荷两种工况下,对两种厚度的β锻TC18钛合金中心开孔试样进行了研究,对其低周疲劳性能及断口形貌开展了深入探索。同时,在应力比和恒幅载荷相同的情况下,与无超载情况下的裂纹扩展速率进行了对比分析。疲劳试验结果表明：β锻TC18钛合金存在明显的超载迟滞效应;每100次恒幅载荷间隔2次1.3倍超载载荷时,低周疲劳寿命约为恒幅低周疲劳寿命的2倍。     

超载试验中TC18钛合金低周疲劳特性研究与断口分析

为了研究超载试验对TC18钛合金低周疲劳特性的影响,常温下,在恒幅低周疲劳和间隔超载载荷两种工况下,对两种厚度的β锻TC18钛合金中心开孔试样进行了研究;对其低周疲劳性能及断口形貌开展了深入探索。同时,在应力比和恒幅载荷相同的情况下,与无超载情况下的裂纹扩展速率进行了对比分析。疲劳试验结果表明:β锻TC18钛合金存在明显的超载迟滞效应;每100次恒幅载荷间隔2次1.3倍超载载荷时,低周疲劳寿命约为恒幅低周疲劳寿命的2倍。     

铸造奥氏体不锈钢的疲劳裂纹扩展

用紧凑拉伸试样研究了载荷比、单峰过载和两步高-低幅加载对Z3CN20-09M铸造奥氏体不锈钢疲劳裂纹扩展速率的影响。当应力强度因子范围相同时,疲劳裂纹扩展速率随载荷比的增大而增大。单峰过载使裂纹扩展速率先有短暂的增加后长距离的减速扩展,出现裂纹扩展迟滞现象。两步高-低幅加载时,若两步的最大载荷不同,第二步裂纹扩展也会出现迟滞现象。用两参数模型和Wheeler模型能够预测恒幅载荷和变幅载荷下的疲劳裂纹扩展行为。     

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.     

冲击疲劳裂纹扩展(英文)

本文综合归纳了金属材料的冲击疲劳裂纹扩展研究。讨论了冲击应力特征参量 ,如应力幅值 ,加载时间 ,2次应力峰值和过载 ,对冲击疲劳裂纹扩展速率的影响 ;对材料在冲击和非冲击疲劳载荷作用下的裂纹扩展行为进行了比较。结果表明 :冲击应力特征参量对冲击疲劳裂纹扩展速率的影响规律与其裂纹尖端的微观变形、断裂机制有关 ;材料在冲击和非冲击疲劳载荷作用下的裂纹扩展速率存在 3种不同的关系 ,并取决于材料在冲击和非冲击疲劳载何作用下的裂纹扩展机理 ;应力幅值 ,应力花样和材料的显微组织对材料的冲击疲劳裂纹扩展的影响大于对非冲击疲劳裂纹扩展的影响 ,冲击载荷常导致材料脆化并加速材料的疲劳裂纹扩展。     

Fractographic analysis of the overload effect on fatigue crack growth in 2024-T3 and 7075-T6 Al alloys

The effect of single overload on the fatigue crack growth in 2024-T3 and 7075-T6 Al alloys was analyzed. Fatigue tests under constantamplitude loading with overload peak were carried out on V-notched specimens. Fractographic analysis was used as a principal approach to explain the crack growth retardation due to the overload. Scanning electron microscopy(SEM) analyses were conducted on the fractured surface of failed specimens to study the retardation effect. The obtained results show that the overload application generates a plastic zone in both aluminum alloys. The generated plastic zone is three times larger in the case of 2024-T3 compared to 7075-T6, and thus, a significant crack retardation was induced for 2024-T3. The retardation effect due to the overload for 2024-T3 and 7075-T6 lasted for about 10 mm and 1 mm, respectively, from the point of overload application.     

多轴变幅加载下疲劳裂纹扩展速度的研究

为了揭示出在多轴变幅加载下疲劳裂纹扩展速度的规律,利用了临界平面概念,把多轴载荷等效为单轴载荷,在考虑变幅加载的特征下,逐级利用恒幅疲劳裂纹扩展的速度公式,计算裂纹的总增加量,导出了等效载荷谱块作用下的疲劳裂纹扩展速度公式。通过对典型试件的疲劳寿命预测,验证了该公式的正确性。     

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。     

水电站直埋蜗壳结构受力特性与承载力

基于损伤理论,采用ABAQUS程序对某大型水电站直埋蜗壳方案进行非线性有限元计算,实现了蜗壳加载过程及超载的数值仿真,研究了此新型结构在内水压力上升的过程中钢蜗壳和钢筋应力、混凝土开裂区和机墩上抬位移的变化规律以及结构的超载能力．结果表明：当荷载达到0．5倍的设计内水压力时,蜗壳外围混凝土将进入开裂阶段,钢蜗壳和钢筋应力变化加快,机墩上抬位移变化速率也增加;但是在设计荷载作用下直埋蜗壳的整体安全度仍然很高,其内水压力的超载安全系数在2．0以上．这种蜗壳结构型式应用于实际工程是完全可行的．     

中碳钢在变幅载荷下疲劳裂纹加速扩展的研究

通过对带有环状Ｖ型切口的４５￣＃钢圆棒料在恒幅过载和变幅过载下的低周次疲劳试验，表明变幅递增过载的裂纹扩展速率比恒幅过载裂纹扩展速率显著增大。基于试验事实和断口分析，探讨了过载下的疲劳裂纹扩展机制，说明过载时裂纹扩展速率瞬时显著增大是裂纹钝化的结果，进而寻找到了促使裂纹加速扩展的适宜加载方式，为超低周疲劳断裂的工程应用提供了依据。     

包含ΔK和Kmax二参数的疲劳裂纹扩展模型

除了材料自身特性和环境因素外,疲劳裂纹扩展的方式取决于裂纹尖端附近的应力场。而该应力场由外加应力和残余应力组成,受到引起循环塑性区的应力强度因子变化幅度ΔK和产生单调塑性区的最大应力强度因子Kmax的共同影响。因此,驱动裂纹扩展的外部驱动力应该是ΔK和Kmax。通过比较Vasudevan和Sadananda,Kujawski、张嘉振等人提出的3种典型的二参数疲劳裂纹扩展模型的特点,提出了一个兼顾内、外应力,适合变幅载荷下疲劳裂纹扩展的新模型。     

断裂力学在转化管剩余寿命预测中的应用

在８３０～１０００°Ｃ温度和３．３～７．８ ＭＰａｍ初始应力强度因子下研究了运 行８１ ０００ ｈ的ＨＫ ４０转化管的蠕变裂纹扩展行为，由裂纹扩展速率与温度的Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ 关系和裂纹扩展速率与断裂时间的反比关系导出Ｌａｒｓｏｎ－Ｍｉｌｌｅｒ参数（Ｐ），从而建立 了初始应力强度因子（Ｋｒｒ）和 Ｌａｒｓｏｎ－Ｍｉｌｌｅｒ参数关系外推寿命的方法．