疲劳短裂纹形成和扩展的划分定义探讨

根据对疲劳短裂纹生长行为的分析,将疲劳短裂纹形成和扩展过程划分为微观结构显著影响阶段和稳定生长阶段。综合考虑力学和材料两方面因素,给出了如下划分定义：疲劳短裂纹形成阶段为微观结构显著影响阶段;疲劳短裂纹扩展阶段为稳定生长阶段。通过有关文献分析并结合本试验观察,确定了疲劳短裂纹形成和扩展划分的临界裂纹长度为平均晶粒尺寸的５倍。     

使用疲劳裂纹扩展数据的疲劳裂纹扩展的可靠性分析方法

利用现有的疲劳裂纹扩展数据或疲劳裂纹扩展试验的不完全数据 ,对疲劳裂纹随机扩展的可靠性进行了研究。基于疲劳裂纹扩展的确定性模型 ,导出了疲劳裂纹扩展的随机公式。利用现有的疲劳裂纹扩展数据或疲劳裂纹扩展试验的不完全数据 ,对疲劳裂纹扩展随机公式中的随机变量的分布进行了估计 ,得到了其分布的数字特征 ,用Monte Carlo方法得到了疲劳裂纹扩展寿命的失效概率的点估计。实例分析表明了本文方法的实用性和可行性     

齿轮接触疲劳的声发射研究

本研究首次使用了新型的接触疲劳试验机,采集了更为有效的齿轮接触疲劳声发射信号.在分析了扩展阶段的撞击数变化规律后,认为只要是加载的载荷幅度不发生变化,在此阶段的扩展速率就保持不变.以撞击数描述齿轮接触疲劳状态显示:接触疲劳裂纹扩展速率约为594.05 (count/min).另外,在对疲劳信号进行傅里叶变换后,发现实际齿轮接触疲劳裂纹的扩展特征频率约为109.6kHz～368.6kHz.     

金属材料表面裂纹疲劳扩展形状演变规律

基于裂纹扩展过程中的能量释放率理论提出一种表面裂纹疲劳扩展形状的计算方法,研究了在拉伸和弯曲疲劳载荷作用下金属板材中表面裂纹扩展形状演变规律,并进行了试验验证。结果表明:计算得到在拉伸载荷作用下的裂纹扩展初始阶段,表面裂纹呈半圆形,随着裂纹深度的增加,表面裂纹形状逐渐变为扁长型半椭圆形;在弯曲载荷作用下的裂纹扩展初始阶段,表面裂纹呈半圆形,随着裂纹深度的增加,表面裂纹形状逐渐变为细长型半椭圆形;试验得到表面裂纹在疲劳扩展过程中的形状逐渐靠近计算得到的形状;在表面裂纹长度相等的条件下,试验与计算得到的裂纹深度的相对误差小于4.5%,说明采用基于能量释放率理论的表面裂纹扩展形状计算方法来预测表面裂纹疲劳扩展的形状演变是可行的。     

预测疲劳裂纹扩展的多种理论模型研究

大多数工程断裂是因疲劳而引起的,所以金属材料的低周疲劳和裂纹扩展速率性能一直受到安全设计部门的关注。长久以来,国内外学者在建立金属材料低周疲劳行为和裂纹扩展速率性能之间的关系方面进行了多材料和多角度的研究。基于平面应力裂纹尖端小范围屈服应力应变场和疲劳裂纹扩展失效准则,提出用于I型疲劳裂纹扩展速率的预测模型。针对国内外相关工作的研究,基于平面应力裂纹尖端小范围屈服应力应变场和疲劳裂纹尖端循环塑性区内的应变能失效准则,提出一个可用于I型疲劳裂纹扩展速率的预测模型。借助已发表的15种金属材料对应的低周疲劳和裂纹扩展速率性能数据,详细分析和比较所提出的预测模型与其他6种预测模型的预测规律和结果。研究表明,所提出的预测模型能够预测更广泛的金属材料疲劳裂纹扩展速率,并且较其他6中预测模型更符合安全设计的理念。     

(Ⅰ+Ⅲ)复合型疲劳裂纹扩展研究

采用斜裂纹矩形梁四点弯曲试件对低合金转子钢在(Ⅰ+Ⅲ)复合型加载条件下裂纹的起始扩展特点、疲劳门槛限以及裂纹扩展行为作了研究,对所得到的规律进行了分析和讨论,并与(Ⅰ+Ⅱ)复合型疲劳裂纹扩展特点作了比较。     

加载频率对航空铝合金腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响

提出腐蚀疲劳频率影响因子概念,建立了考虑加载频率影响的LC9铝合金腐蚀疲劳裂纹扩展速率模型,并进行了试验验证。结果表明:腐蚀疲劳频率影响因子随加载频率的变化可以用指数形式表达,能够反映出加载频率对于腐蚀疲劳裂纹扩展的影响;腐蚀损伤会显著降低裂纹扩展门槛值;基于该模型得到处于稳态扩展区的腐蚀疲劳裂纹扩展速率的预测值与试验结果吻合程度良好,对于航空铝合金构件腐蚀疲劳寿命评估具有参考价值。     

滚动轴承接触疲劳裂纹建模与扩展规律研究

针对滚动轴承的疲劳剥落损伤演化问题,采用扩展有限元方法研究疲劳裂纹扩展机理,通过算例验证了扩展有限元方法的可靠性。运用断裂力学理论建立了包含次表面初始裂纹的滚动接触疲劳扩展有限元模型,分析了初始裂纹倾斜角度、所处深度和初始裂纹长度对次表面裂纹生长到表面的扩展路径影响机制,通过分析应力强度因子变化研究了裂纹扩展机理。研究结果表明,次表面疲劳裂纹以滑开型裂纹扩展模式为主;初始裂纹角度对疲劳裂纹扩展路径影响较大,初始裂纹角度在15°～45°时裂纹会转向表面发展而形成疲劳剥落;初始裂纹尺寸和深度对裂纹扩展路径形貌的影响较小,但会影响裂纹扩展的难易程度。     

钛合金结构疲劳全寿命计算方法研究

依照钛合金裂纹萌生和小裂纹扩展寿命较长的特点,结合目前的检测水平,将钛合金疲劳全寿命分为3个阶段,裂纹由0 mm～0.3 mm为裂纹萌生寿命,0.3 mm～2 mm为小裂纹扩展寿命,2 mm～aC为长裂纹扩展寿命。各阶段因为破坏机理的不同而采用不同的寿命预测方法,从而提高疲劳全寿命预测的准确性。超低间隙钛合金TC4ELI和TA15ELI等幅和谱载荷下疲劳全寿命试验和预测结果表明,裂纹萌生寿命在全寿命中所占比例最大,预测误差最大;长裂纹扩展寿命所占比例最小,预测精度最高;小裂纹扩展寿命所占比例稍大于长裂纹,预测误差大于长裂纹。等幅载荷和谱载荷下全寿命预测误差均符合工程结构疲劳寿命预测的精度要求。     

TC21钛合金的疲劳裂纹扩展研究

建立了新型损伤容限性钛合金TC21的疲劳裂纹扩展模型;研究了疲劳裂纹扩展速率da／dN与疲劳裂纹扩展门槛值之间的关系。该模型预测了TC21钛合金的疲劳裂纹扩展速率,其预测结果与实验结果非常吻合。     

An equivalent ellipse method to analyse the fatigue behaviour following ‘multi-surface initiations’

This paper discusses the mechanisms of fatigue when cracks synergetically initiate in multiple sites at the surfaces of specimen. Metal-matrix composites such as aluminium matrix composites reinforced by silicon carbide particles are good candidates to accelerate fatigue failures following multi-surface initiations (MSIs). Closure effects of MSIs on the variation of fatigue behaviour were explored for various applied stress in two states of composite used: pre-treated state and non-pre-treated state. Using an equivalent ellipse method (EEM), it is found that the quality of surface finish of the specimen is of great role in crack initiation and growth. It is revealed that total lifetime of specimen is sensitive to heat treatment. Considering no transition from small to long crack, predictive formula used leads to identification of the Paris law exponent. It is found that this exponent is sensitive to both the applied load and the value of crack growth rate below threshold.     

断裂力学在焊接结构疲劳裂纹扩展研究中的应用

疲劳裂纹的产生以及扩展对结构件的安全使用存在着巨大的隐患,掌握疲劳裂纹扩展的基本规律和熟悉影响疲劳裂纹扩展的因素是非常必要的。对疲劳裂纹扩展的基本规律和影响因素进行了分析,并举例应用断裂力学的理论对焊接结构疲劳裂纹的扩展寿命进行了估算。     

含缺口结构压疲劳失效研究

结构的疲劳失效与内部的应力水平有着紧密的联系。这里阐述了压应力作用下结构内部裂纹的萌生和扩展机理，并介绍了循环压应力下的裂纹扩展计算方程，结合现代疲劳研究方法的新成果新方法对压应力条件下疲劳破坏研究的未来提出展望。     

组织特征对粉末高温合金FGH96疲劳裂纹扩展速率的影响

通过对不同热处理后获得3种典型显微组织的粉末高温合金FGH96合金试样在650 进行保载90 s和5 s并恒载荷循环应力作用下的疲劳试验,研究组织特征对疲劳裂纹扩展速率的影响规律,确定不同载荷条件下孕育期、萌生期、扩展期及瞬断期所占的比率。结果表明,γ相特征显著影响疲劳裂纹扩展速率;疲劳行为对保载时间存在敏感性,随保载时间的延长,在疲劳-蠕变的交互作用下会明显加快合金疲劳裂纹扩展;在整个疲劳破坏过程中,萌生比率均高于扩展比率,说明该合金抗裂纹萌生的能力要高于抗裂纹扩展的能力;此外,该合金疲劳裂纹扩展四个阶段在整个断裂周次所占的比率分配上,孕育期比率一般较小,萌生期和扩展期比率较大,瞬断期的比率很小,表明该合金裂纹扩展一旦失稳将高速扩展并迅速断裂。     

某机中央翼下壁板疲劳裂纹扩展寿命估算

为评估某型飞机中央翼下壁板萌生疲劳裂纹后的使用安全性,进行结构模拟件疲劳试验,并利用AFGROW软件对其疲劳裂纹的扩展寿命进行估算,与试验结果进行对比,初步确定出该部位裂纹扩展速率,为裂纹故障部位的修理提供参考依据.     

基于新裂纹扩展驱动力参量的焊接接头疲劳裂纹扩展的研究

传统上疲劳裂纹扩展速率以一个参量——应力强度因子幅(PARIS模型)或有效应力强度因子幅(ELBER模型)来表达。PARIS模型不能统计应力比效应和变幅加载历史。ELBER裂纹闭合模型虽被广泛应用,但确定其开闭口载荷的测量方法很多,且测量结果均存在主观性。最近研究表明,疲劳裂纹扩展不仅依赖于应力强度因子幅,还与最大应力强度因子有关。并且KUJAWSKI提出了两参量模型,该模型避开了有争议的裂纹闭合效应。基于一个载荷循环中柔度变化与裂纹尖端开闭口与弹塑性行为的关系,提出一个新的具有物理意义的两参量驱动力模型。针对Q345钢焊接接头各区域进行两种应力比R=0.1和0.5的疲劳裂纹扩展试验。使用该模型针对Q345钢焊接接头各区域的疲劳裂纹扩展数据进行验证。结果表明,提出的新模型在预测应力比对裂纹扩展速率的影响时比上述三个模型更有效。     

疲劳裂纹扩展影响因素研究综述

文中通过介绍疲劳裂纹扩展的规律,指出了疲劳裂纹扩展的研究途径。残余应力、超载、温度、加载频率和应力比是影响疲劳裂纹扩展的主要因素。发展相关理论和方法,正确认识影响机理,科学预测疲劳裂纹扩展行为一直是研究者关注的问题。文中介绍了近年来残余应力、超载、温度、加载频率和应力比对材料疲劳裂纹扩展的影响机理方面的研究,论述了其影响效果,得出了常用结论。     

浓缩随机载荷谱试验研究

用运输机类型的随机谱载对中间有圆孔的LY12CZ试件进行裂纹形成和扩展试验，然后分别用两种浓缩谱进行试验研究。结果表明在裂纹的形成和扩展阶段对寿命起主要作用的参数影响是有明显差别的。特别是运输机谱中的地-空-地循环，在裂纹扩展的公式中对裂纹形成寿命的贡献估计不足。根据疲劳的材料常数对裂纹扩展的材料常数进行修正得到的计算结果与原谱的试验结果相当吻合。     

一种预测蚀坑腐蚀疲劳寿命的概率模型

蚀坑腐蚀引起的疲劳损伤过程包括七个阶段,蚀坑形成、蚀坑扩展、蚀坑转变为疲劳小裂纹、小裂纹扩展、小裂纹转变为长裂纹、长裂纹扩展和断裂.用一阶可靠性方法(first-order reliability method,FORM)和蒙特卡洛模拟法分别计算铝合金蚀坑腐蚀疲劳寿命,得到疲劳寿命的累积分布函数(cumulative distribution function,CDF),进行概率敏感性分析.同时研究几个随机变量及其变异系数(coefficient of variation,COV)对预测疲劳寿命的影响.