缺口对车轴钢疲劳性能的影响

采用钼丝进行线切割,制作了车轴钢表面缺口试样,运用有限元方法,计算了不同缺口的理论应力集中系数,通过旋转弯曲试验得到光滑试样和缺口试样的疲劳寿命(S-N)曲线,研究了不同缺口应力集中系数下车轴钢的参数变化规律.结果表明,缺口对材料疲劳寿命的影响,不仅仅表现在其S-N曲线相对于光滑试样S-N曲线整体下降,而且不同缺口S-N曲线左段的直线部分斜率也是不同的.     

缺口应力集中对AL6061铝合金超高周疲劳性能的影响

利用超声疲劳试验方法考察了AL6061铝合金缺口试样的疲劳强度,分别对板状光滑试样和缺口试样进行了10~5周次～10~(10)周次范围内的对称疲劳试验。试验载荷为轴向拉压R=-1,加载频率为20 kHz,环境温度为室温,试验结果显示,在10~(10)周次范围内光滑试样和缺口试样的S-N曲线都出现了极限平台型的特征,存在传统疲劳理论定义的疲劳极限,且试样的疲劳性能随着应力集中系数的增加而降低。大多数试样疲劳裂纹萌生于表面,但随着疲劳周次的增加,AL6061铝合金疲劳缺口系数和疲劳缺口敏感系数增加。理论应力集中系数为2.54的试样其疲劳缺口敏感系数为0.89,理论应力集中系数为3.27的试样其疲劳缺口敏感系数为0.82,疲劳缺口敏感系数接近1,表明AL6061铝合金具有非常高的缺口敏感性,在实际工程应用中,须充分考虑应力集中对该材料及相应结构疲劳强度的影响。     

一种估计疲劳缺口系数Kf的新方法

从能量观点出发建立了缺口局部应力应变分析的基本关系，以Ｋｆ－√ＫεＫσ作为Ｋｆ的定义式推导出包括材料循环特性、缺口根部塑性变形和理论应力集中系数等复杂因素综合影响的Ｋｆ关系式。采用恒幅疲劳试验结果对其进行了验证，并与其它Ｋｆ公式的结果作了比较。最后对上述Ｋｆ关系式进行了讨论。     

新的缺口试样尺寸系数经验公式

为了全面分析缺口试样尺寸效应,对两种材料(45#和Q235钢)的缺口板试样进行循环拉伸作用下的疲劳性能试验.结果显示:几何相似试样的缺口形状对疲劳寿命影响很小,可以忽略不计;除应力梯度外存在厚度效应,即该方向尺寸具有一个临界值,超过此值时会导致疲劳寿命下降.通过引入表征尺寸变化对疲劳性能影响的特征参量L/G珔,对几何相似试样的疲劳强度测试结果进行曲线拟合,并与采用Peterson法得到的计算值比较,发现文中提出的疲劳强度拟合表达式更有效.最后,根据疲劳强度表达式和尺寸系数的定义得到了拉伸作用下缺口试样尺寸系数的经验公式,该公式与实际情况吻合良好.     

基于相关分析的对接接头缺口应力集中系数不确定性研究

针对对接接头焊缝形状变化引起的缺口应力集中系数不确定性问题，基于参数化有限元分析和相关性分析进行研究。焊缝几何形状的不确定性由引入控制点的几何变化进行模拟，并基于仿真实验生成的大量测试数据样本计算控制点间的相关性，通过蒙特卡洛模拟获得大量随机焊缝数据。在缺口应力法基础上，使用ANSYS进行参数化建模，建立引入焊缝形状不确定性的对接接头有限元模型，对对接接头焊趾处的缺口应力集中系数进行研究，得到不同缺陷等级下的分布规律，总结了焊缝形状不确定性对缺口应力集中系数的影响。在此基础上，基于得到的大量实验数据建立焊缝几何参数的一阶响应面模型。结果表明：缺口应力集中系数与焊趾倾角及焊缝高度呈正相关，与焊缝宽度呈负相关，其中，焊趾倾角的影响最大，焊缝高度的影响最小。     

多缺口参数对磁滞合金棒材应力分布的影响

研究多重缺口参数对磁滞合金棒材应力集中水平的影响.建立磁场环境下磁滞合金试件的力学模型,计算缺口根部应力应变,分析多缺口参数对应力集中系数的变化规律.结果表明:在径向均布磁场与轴向拉伸载荷耦合时,多缺口模型可以降低单缺口模型缺口根部的应力集中,缺口间距、缺口深度对缓和应力集中影响显著.     

对金属材料高温缺口持久试验的研究

为进一步弄清缺口持久断裂的机理,作者采用持久试验,金相分析、有限元计算相结合的方法进行研究,修正了传统的概念。1.各国标准都以棒状缺口试样持久试验的结果来衡量材料的高温性能,传统上认为是反映材料的“缺口敏感性”。研究表明,标准缺口持久试验的实质是反映材料在多向应力作用下的抗主裂纹萌生与扩展的能力。2.各国标准都以理论应力集中系数K_t作为确定试样几何参数的主要依据。对K_t的物理意义,传统上都按缺口处轴向应力的最高值与平均值之比来理解。研究表明,实际的应力集中系数远较K_t值小,K_t实质上是反映了缺口拘束度和应力三向性的高低。3.各国标准都只用棒状缺口试样进行试验,而美国标准ASTME 292-69除棒状外还允许采用板状缺口试样。研究表明,棒状和板状缺口试样的断裂形式及应力应变再分布都不同:K_t值相同或相近的两种试样,持久寿命可能相差达数十倍之多。因此,应特别注意这两种试样各自适用的场合。故传统上一律采用棒状缺口试样的做法是不妥的。     

拉伸载荷下U形缺口薄板试件应力集中系数修正公式

利用平面单元与三维实体单元的有限元方法分别计算了拉伸载荷下对称U形缺口薄板试件的应力集中系数,得到了平面单元计算结果总是小于三维单元计算结果的结论,在此基础上,比较了三维有限元结果与Neuber公式、Barrata-Neal公式的计算结果.发现:对于所研究的6种缺口形状,相较于三维有限元计算结果,Neuber公式和Barrata-Neal公式都低估了缺口应力集中系数,其中,Neuber公式低估的程度界于8.5%-13.3%之间,Barrata-Neal公式低估的最大偏差为5.8%.基于这些事实,利用三维有限元计算结果修正了Neuber公式和Barrata-Neal公式的估算结果,得到了拉伸载荷下U形缺口薄板试件的应力集中系数修正公式.     

钢网架螺栓球节点用高强螺栓的缺口效应分析

在悬挂吊车作用下,螺栓球节点网架的疲劳主要表现为节点的疲劳,而节点的疲劳关键是高强螺栓的疲劳．在影响高强螺栓疲劳性能的众多因素中,应力集中是其发生疲劳断裂的主要原因之一．本文从缺口效应出发,分析了高强螺栓疲劳裂纹的开展．并建立有限元模型,针对钢网架螺栓球节点常用的8种高强螺栓规格进行了单缺口应力集中分析．得到相应的应力集中系数,同时分析了螺纹牙根圆角半径对应力集中的影响,并提出了降低螺纹疲劳缺口敏感性的一些措施,为进一步以热点应力幅建立螺栓球网架疲劳设计方法奠定了基础．     

缺口敏感性对工件疲劳行为的影响

为解决不同半径孔的疲劳缺口因子对工件寿命影响行为的预测和评价,在线弹性断裂力学的基础上,采用分析的方法探索疲劳缺口的影响因素,提出了一个考虑裂纹闭合的方法,讨论了裂纹闭合在非扩展裂纹形成上的影响,得到了材料晶粒尺寸较大时的小裂纹生长率低,其时的裂纹闭合能使裂纹生长终止,也得到了疲劳缺口因子与应力集中之间的关系,特别是微小孔的疲劳缺口因子随裂纹闭合减小较明显.该结果便于对工件使用寿命进行预测.     

基于缺口应力法的焊接接头多轴疲劳分析

鉴于当前焊接接头疲劳评估曲线只适用于单轴加载情况,基于缺口应力法对焊接接头进行了多轴疲劳分析。通过联合焊接接头的多轴疲劳试验名义应力数据和有限元法所计算的缺口应力集中系数,获得了5种焊接接头的各向缺口应力;根据Von Mises、IIW和EESH 3种多轴疲劳准则计算出等效缺口应力并将其统一在同一坐标系统下;最后采用最小二乘法拟合出适用于多轴疲劳评估的缺口寿命曲线。与IIW标准推荐的单轴曲线相比,这些多轴缺口疲劳曲线具有更低的倾斜度和更高的疲劳等级,即多轴加载时明显降低了10~3~10~6次中周范围内的疲劳强度值,而对10~6~10~7次高周疲劳范围的影响则相对有限。     

U71Mn轨钢低周疲劳寿命的研究

通过对U71 Mn轨钢材料低周疲劳的试验,建立了Manson-Coffin关系式,从而为估算U71 Mn轨铜的低周疲劳寿命提供了依据,并根据尖锐缺口裂纹萌生的常规试验,提出了反映尖锐缺口曲率影响的弹塑性疲劳缺口系数K_f~p,据此建立了K_f~p与缺口裂纹萌生寿命N_i的关系.用这种方法同样可以预测材料的低周疲劳寿命.计算表明,两种方法的计算误差在10％以内.     

基圆渐开线涡旋盘齿根综合应力集中系数的确定

分析涡旋齿根应力集中的主要影响因素,建立涡旋齿根应力集中的等效几何模型,在不考虑涡旋齿面质量影响的前提下,以齿根应力疲劳缺口系数和形状变化系数综合形成涡旋齿根综合应力集中系数,并基于机械设计手册数据拟合得到涡旋齿根综合应力影响系数的简化计算公式,实例说明计算结果与对应几何模型从《机械设计手册》中查取的结果吻合较好.     

缺口件疲劳裂纹形成特性研究

通过分析缺口顶端附近的应力场,提出一种表征缺口件疲劳裂纹形成特性的参量,即经过塑性修正ΔＫ１／√Ｒ参量。采用该参量表征,不仅可以将疲劳裂纹形成和扩展阶段有机地结合起来,而且可以对不同缺口半径Ｒ的试样采用统一的参量表征其裂纹形成特性。通过对不同缺口试样进行疲劳试验,验证了在一定寿命范围内其Ｎｉ－ΔＫＩ／√Ｒ曲线保持一致,这一结论为带缺口件的无限寿命和有限寿命设计提供了重要的理论参考依据。     

缺口对转向架用SMA490BW钢的疲劳性能的影响

基于高速列车转向架在运行进程中常因承受各种交变载荷而导致疲劳断裂问题,针对CRH2高速列车转向架用SMA490BW钢试样进行拉伸试验,确保SMA490BW钢的力学性能符合标准要求下,对此种钢进行疲劳性能研究并通过扫描电镜进行断口分析。结果表明：与光滑试件(kt = 1)相比缺口试件(kt = 3),疲劳极限应力减小了61％,S-N曲线左侧的斜率更大;其缺口敏感系数为0.786;光滑试样的裂纹源为角部裂纹,缺口试样的裂纹源为表面裂纹。     

一种新的缺口件疲劳寿命分布计算模型

提出了一种新的缺口件疲劳寿命分布计算模型。该模型将影响缺口件疲劳寿命分布的因素分成微观结构的不均匀性和缺口根部局部应力应变的分散性两部分,并选择应力场强作为局部应力应变量。前一部分的影响可参考光滑试件的疲劳寿命试验数据获得,后一部分的影响通过蒙特卡洛随机有限元法计算得到,最后将两部分的影响有机结合起来,得到缺口件的疲劳寿命分布。进行了材料LY12CZ的中心孔缺口件的寿命分布算例分析,预测结果与试验结果吻合良好,表明该方法是有效的。     

基于残余应力和应力集中系数的凹坑细节疲劳额定值预测

采用有限元分析及试验验证的方法对冲击能量进行研究,给出了冲击能量与尺寸系数之间的关系曲线。对凹坑的不同尺寸系数下的残余应力和应力集中系数进行计算,提成了一种基于残余应力和应力集中系数的凹坑疲劳分析工程方法。通过疲劳分析与试验结果的比较,结果表明：两种吻合很好,适用于工程计算。     

聚合物ABS在缺口影响因素下应变疲劳性能研究

研究聚合物丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)缺口试件在非对称交变应力作用下的应变疲劳性能,并给出其在不同缺口尺寸下的应变疲劳公式及其应变-寿命曲线(Δε-Nf),结果表明ABS应变疲劳缺口系数与缺口底部圆弧半径无关。     

有效应力集中系数的理论研究

从理论上导出了塑性材料或低缺口敏感材料的有效应力集中系数K_f与理论应力集中系数K_t和硬化指数n之间的定量关系:K_f=K~(2/(2+n))计算了缺口疲劳极限△σ_RN和K_f,计算值和测量结果相符,误差一般小于10%。讨论了K_f和△σ_RN的物理意义,提出了疲劳强度应力集中系数K_a=K_t~2+2n/3+n和疲劳强度应变集中系数K_t=K~4/3+n,并得到了从△σ_RN向△K_th应力转变的应力集中系数K_t~*=(△σ_R/△σ_th)~3+n/2最后还导出了Frost规律σ_th~3·a=c中c与σ_R和裂尖半径ρ~*的关系。     

直升机关键金属TB6钛合金的划伤、冲击缺陷容限性能

本文对钛合金TB6材料的划伤和冲击两种典型缺陷容限性能进行了研究。设计了无缺陷、预制划伤和预制冲击缺陷的板状试样并开展了成组法和升降法疲劳试验。试验结果表明两种缺陷均会导致钛合金的疲劳性能下降,且下降程度随着缺陷深度的增加而增大。断口观察表明疲劳源在两种缺陷情况中均倾向于在缺陷底部萌生,但由于冲击缺陷底部在预制时会产生一定塑性区,其疲劳断口形貌与划伤缺陷呈现明显不同的特征。与采用升降法试验测得的疲劳极限相比,采用成组法数据进行S-N曲线拟合推导得到疲劳极限在两种缺陷情况中均偏安全。最后在此基础上运用二次表达式和指数表达式拟合了疲劳缺口系数Kf与理论应力集中系数Kt之间的关系,通过分析发现二次表达式仅对划伤缺陷具有较好的精度,指数关系表达式对两种缺陷均有较好的精度。通过本研究工作,得到了TB6钛合金的划伤、冲击缺陷容限性能,并得到了一种适用于Kf-Kt关系描述的指数表达式。