超声加速疲劳实验研究

通过20kHz压电超声加速疲劳试验机对多种金属材料进行测试，实验地证明了超高周疲劳裂纹往往从试件内部萌生的机制，试件在超过10^7周应力循环后继续发生破坏，研究还发现，材料超高周疲劳的S－N曲线可以表现出另两种有别于传统规范的10^7 极限型，即持续下降型和阶梯下降型。还总结了近年来超声疲劳的研究进展，结合作者多年国外的研究工作，着重从加速超声试验设备的发展，多种材料及条件下的实验研究结果及其重要结论作了概述与讨论。     

高强度钢54SCV6超高周疲劳研究

介绍用２０ＫＨｚ超声波振动疲劳试验机对一组高强度钢５４２ＳＣＶ６的２９个试件的超高周疲劳强度研究结果,研究发现,中材料的高周直到超高周区间疲劳强度随材料寿命的加大呈明显减小,即Ｓ－Ｎ曲线呈明显下降。这一结果与传统的假说认为该区间的疲劳强度为水平渐近线或为一定值完全不同。     

超声振动载荷下LY12合金的超高周疲劳性能研究

简述了超声疲劳试验原理，通过有限元计算及动态模态分析方法，研究了试件在振动过程中应力和振动位移的分布。应用超声疲劳试验技术研究了LY12合金在超声振动载荷(f=20kHz，R=-1)下的超高周疲劳性能。与常规疲劳载荷(f=30Hz)的疲劳性能做了对比分析。结果表明，在10^5～10^7周次之间，超声疲劳与常规疲劳载荷下的试验结果一致，在10^7～10^9周次之间，曲线仍有下降趋势，而未呈现水平。从扫描电镜分析10^7～10^9周之间发生疲劳断裂的试件发现：(1)多数试件的疲劳破坏源于试件表面缺陷；(2)对于一些无明显表面缺陷的试件，在超高周循环下，疲劳破坏会从试件次表面处发生。超高周循环下，表面缺陷和材料内部缺陷都会引起疲劳破坏。     

16MnR钢中温低周疲劳行为研究

通过16MnR钢在中温环境范围内应力控制模式下的低周疲劳试验,研究了环境温度对16MnR钢疲劳性能的影响以及300℃、420℃时材料的循环响应.研究表明: 材料在300℃左右存在"篮脆"现象,疲劳强度明显高于其他温度;在同一温度下,随着平均应力和应力幅度的升高,材料的循环蠕变速率增大;在300℃、420℃两种温度环境下材料表现出循环相关硬化和Masing特性;ASME低周疲劳设计曲线适于16MnR钢300℃时的疲劳设计,但不适于420℃时的疲劳设计.     

CrMoW转子钢高温超高周疲劳与微观组织研究

利用旋转弯曲疲劳试验机,进行超超临界汽轮机CrMoW转子钢在常温与600 ℃条件下超高周疲劳行为的研究。采用透射电子显微镜TEM和扫描电子显微镜SEM分析试样疲劳前后显微结构以及试样的表面与断口。研究结果发现,常温下的S-N曲线在疲劳寿命为5×106周次处出现拐点,但600 ℃条件下,S-N曲线呈现连续下降趋势。高温疲劳后材料的显微组织仍为典型的马氏板条体结构,但马氏体组织退化明显,出现板条碎化,板条界移动或者吞灭,位错密度下降,碳化物粗化、球化以及链状分布等现象。SEM分析表明,高温试样表面产生氧化膜,降低了试样的疲劳性能。常温与600 ℃下,疲劳裂纹主要萌生于试样表面,高温下试样裂纹萌生区发现夹杂,其裂纹萌生是表面裂纹起源和亚表面夹杂物相耦合的结果。     

基于ANSYS的XCQ16钢轴向疲劳实验与有限元仿真

测试了XCQ16钢的力学性能,在实验中获得疲劳寿命曲线,在疲劳损伤累积理论的基础上,通过有限元分析,利用ANSYS中疲劳分析模块,仿真模拟了XCQ16轴向疲劳实验,完成对XCQ16钢的试样疲劳寿命预测。仿真结果表明轴向疲劳仿真是可行的。     

超声加载条件下低合金钢疲劳裂纹扩展寿命

对低合金钢q345狗骨型试样进行了超声疲劳试验,应力比R=-1,研究其在超高周区域内的疲劳寿命特性及破坏机理。试验过程中发现试样疲劳裂纹的扩展会导致试样固有频率的降低,通过有限元模态分析确定了试样断裂瞬间固有频率大小与表面裂纹尺寸的关系,经过对比发现,有限元得到的裂纹半径与断口分析测出的裂纹大小十分吻合。根据实验过程中固有频率的减少情况预测了试样超高周疲劳裂纹扩展寿命的大小,发现其占到疲劳总寿命大小的0.2%～0.5%。     

船舶结构低周疲劳强度分析方法

为了分析船舶结构低周疲劳强度,以连续介质损伤力学和热力学为基础,将损伤耗散势和塑性应变理论相结合,建立了船舶结构低周疲劳强度模型.分别采用船用高强度402钢疲劳试验结果、Manson-Coffin方程法、通用斜率法及高周疲劳S-N曲线外推法对推导模型的适用性和实用性进行评估,并讨论了船舶结构低周疲劳损伤临界值.比较结果...     

高强度材料402钢的低周疲劳性能实验研究

对高强度材料４０２钢进行了低周疲劳性能实验,通过应变为０．２５％到１％,１０级别４０根有效试样恒应变控制实验,给出了４０２钢的应变疲劳曲线图和应变疲劳特性参数,为对４０２钢建造的船舶结构进行疲劳分析提供了可靠的实验数据。     

Q345高周疲劳失效机理及固有耗散能研究

双相钢Q345多用于建筑或机械结构的承力构件,循环载荷的长期作用使得构件在低于其静强度的载荷条件下发生疲劳断裂,经济可靠的强度设计需要对材料的疲劳失效进行研究。作者利用电磁谐振高频疲劳试验机,在载荷频率140 Hz、应力比为-1条件下,得到不同失效概率时材料高周疲劳（10⁴周次< 疲劳寿命< 10⁷周次）应力-寿命（S-N）曲线。利用扫描电子显微镜观察材料受到循环载荷作用后的显微结构的变化和疲劳失效后试样的断面微观形貌,研究材料疲劳裂纹的萌生和扩展。同时,利用红外热像仪记录Q345试样表面的温度场随循环载荷作用周次的变化,研究材料在高频循环载荷作用下的固有耗散能。双相钢Q345在高频循环载荷作用下的疲劳失效主要是由于铁素体-珠光体双相结构在循环载荷作用下的微观强度差异使得微观裂纹首先萌生于相对薄弱的铁素体晶粒,且随循环载荷周次的增加而裂纹逐渐扩展。珠光体晶粒对疲劳裂纹的扩展起阻碍作用,使得疲劳裂纹沿铁素体或铁素体与珠光体之间的晶界向前扩展。当载荷幅值低于其高周疲劳极限时,试样表面温升不明显;有限寿命的载荷条件下,试样表面温度场的变化受到材料微观变形的影响,基于试样表面温度场的变化,能快速确定材料的高周疲劳强度极限。高频循环载荷作用下,单位体积材料的固有耗散能与载荷之间呈非线性关系,在热力学框架内建立了材料的固有耗散能表征模型。     

Stable Fatigue Crack Propagation of 16MnR Steel

A research on the stable fatigue crack propagation of 16MnR steel is investigated systematically in this paper. First, control experiments of 16MnR with compact tension specimen is conducted to study the effect of R-ratios, specimen thickness and notch sizes. The experiments show that the fatigue crack growth (FCG) rate in stable propagation was insensitive to these factors. Then, the stress intensity factor (SIF) is computed and compared by displacement interpolation method, J integral and interaction integral method respectively. The simulation shows that optimization on the mesh density and the angle of singular element improved the computational efficiency and accuracy of SIF and the interaction integral method has an obvious advantage on stability. Finally, the FCG rate is modeled by the Jiang fatigue damage criterion and the extended finite element method (XFEM) respectively. The simulation results of FCG rate are in line with experiments data and indicate that XFEM method is more accurate than Jiang fatigue damage method.     

压力容器接管区模拟异型板失效评定曲线FAC研究

建立了双向受拉不等厚高应变梯度异型板的失效评定曲线ＦＡＣ得到了１６ＭｎＲ材料的ＦＡＣ曲线的三大特征,经与英国通用曲线比较和试验结果验证,选择１曲线不适用于接管高应变缺陷的安全评定,应加一定的安全系数,项研究将小试样与实物容器接管高应变区的安全评定紧密相联,开拓出一条新的途径。     

非均质焊接接头裂纹的失效评定曲线

本文用弹塑性有限元方法对16MnR材料及其与焊接热影响区和焊缝组合的非均质结构做了大量J积分计算,对各种不同组合结构裂纹的失效评定曲线进行了研究,提出了焊接接头焊缝裂纹的工程评定方法。     

中厚板堆冷温度场有限元模拟

利用ANSYS分析软件模拟中厚板16MnR堆冷的温度场,采用JMat—pro软件计算热物性参数,通过试块实测温降曲线来校正模型。结果表明：试块的模拟结果和实验结果吻合较好,计算值和实测值的差小于12℃。把校正后的模型及各项参数应用于实际生产过程中的堆垛预测,如中厚板16MnR堆垛1m,环境温度为25℃,精整拆堆时要求心部温度200℃以下,所需要的参考堆垛时间至少为33h;堆垛1．5m至少需要43h。     

石油化工设备用钢抗震许用应力准则探讨

通过２０ｇ，１６ＭｎＲ，１５ＭｎＶＲ的低周疲劳和模拟Ｅｌｃｅｎｔｒｏ强震波疲劳试验，运用等寿命原理提出了短寿命低周疲劳与地震波疲劳寿命之间关系。并提出了以动力准则来代替现行的静力抗震许用应力准则的构想。     

含硫介质的腐蚀对16MnR钢性能影响

采用拉伸试验和断口分析法,研究了16MnR钢经过一段时间的H2S腐蚀后的材料性能变化.研究结果表明,腐蚀后的16MnR钢性能未发生明显变化.断口为塑性断裂.     

逆焊接处理对金属材料抗疲劳性能的测试

用16MnR,Q235,20g三种石油化工容器、塔类制作常用的材料制成式样后,进行逆焊接加热处理。再对处理后的试样进行应力和疲劳测试。通过对所的数据分析后,得出逆焊接加热处理工艺是一种很有效的调整焊接残余应力的技术。它能够有效的降低金属材料的焊接残余拉应力,如果温差足够大可以在被处理表面形成双向压缩残余应力层,提高金属材料抗疲劳性能。     

开孔Q460高强钢板在低周疲劳加载下的力学性能试验研究

为探讨单调拉伸及低周疲劳荷载下开孔Q460高强钢板的力学性能,对33个开孔材性试件进行试验测试,通过分析试件的应力-应变曲线、骨架曲线和耗能能力对比图,探讨了试件设计尺寸、开孔数量及加载模式等因素对开孔材性试件的强度、刚度、延性和耗能能力等力学性能的影响规律。在此基础上,使用ANSYS有限元分析软件建立了疲劳加载作用下开孔材性试件的精细有限元模型,并与材性试验结果进行了对比分析,验证了模型的正确性和可靠性。试验结果表明,开孔对Q460高强钢试件的力学性能有不利影响,导致应力集中加剧;在疲劳荷载作用下,增加试件轴向的开孔数量有利于提高试件的延性,但对钢材的耗能能力产生不利影响。开孔试件在低周反复荷载下易在开孔位置发生应力集中导致裂缝产生,且孔洞四周存在鼓曲现象,断后试件整体呈马鞍形。试件厚度对高强钢的破坏模式及力学性能影响显著,在低周疲劳荷载下,开孔试件的破坏形态与未开孔试件差别较大,且随厚度增加呈现两种不同的断口形态,随着试件设计厚度增加,断口截面与试件横截面呈约45°夹角和锯齿形交错相嵌两种断口类型;且随着钢材厚度的增加,试件的抗拉强度、延性和耗能能力均有所提高。加载模式对开孔Q460高强钢的抗拉强度影响较小,随着荷载循环圈数的增加,Q460高强钢的延性降低,耗能能力提高。     

N6复合板碱熔釜的修复

对碱熔釜16MnR基层缺陷产生的原因进行分析,认为:应力、温度、浓度(NaOH)是16MnR基层产生应力腐蚀-碱脆的主要原因,提出了继续需要探讨的问题.研究并实施了16MnR基层缺陷的修复方案,为N6复合层的修复做好准备.