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。     

混流式水轮机转轮叶片裂纹故障及其原因分析

混流式水轮机转轮叶片裂纹故障严重影响了水电站的安全稳定运行和经济效益的发挥。大部分叶片裂纹是疲劳裂纹，主要由流固耦合共振诱发的、过大交变应力引起。转轮在设计和制造过程中形成的各种缺陷以及过大的残余拉应力加速了裂纹的萌生和扩展。     

F690超高强钢的腐蚀疲劳裂纹扩展行为及其有限元模拟

采用直流电压降法测试了F690超高强钢在模拟海水中的疲劳裂纹扩展速率,研究了应力比(0.1,0.2,0.3)和加载频率(0.15,0.30,0.60 Hz)对疲劳裂纹扩展行为的影响;采用基于能量释放率Paris法则的扩展有限元方法对腐蚀疲劳过程进行了模拟,并与试验结果进行对比.结果表明:F690钢在模拟海水中的腐蚀疲劳裂纹扩展速率随着应力比或频率的增大而减小;腐蚀疲劳断裂形式为穿晶断裂,且随着频率增加,二次裂纹的宽度变小;模拟得到F690钢的腐蚀疲劳裂纹扩展长度与试验结果相吻合,相对误差小于0.6％,说明采用该扩展有限元方法可有效模拟和预测F690钢的腐蚀疲劳裂纹扩展行为.     

过载对ZG20 SiMn腐蚀疲劳裂纹扩展速率影响的研究

以混流式水轮机叶片常用材料 ZG20SiMn 为对象,采用标准紧凑拉伸试样和浸水腐蚀的方式,研究不同过载对腐蚀疲劳裂纹扩展速率[da/dN]_(CF),的影响规律,分析了影响过载效应的因素,从力学角度讨论了过载效应产生的机理。     

不同条件下300M钢的疲劳裂纹扩展行为

对300M钢在空气和质量分数3.5%NaCl水溶液中分别进行了疲劳裂纹扩展速率试验,得到了其疲劳裂纹扩展速率-应力强度因子范围曲线,并分别利用Paris公式和Walker公式对曲线进行了拟合;分析了应力比、腐蚀环境、频率对疲劳裂纹扩展速率的影响。结果表明:300M钢的疲劳裂纹扩展速率随应力比的增加而增大;在相同应力比下,300M钢在NaCl水溶液中的疲劳裂纹扩展速率在裂纹扩展前期比在空气中的快,在扩展后期则趋于一致;较低试验频率下300M钢在裂纹扩展前期的疲劳裂纹扩展速率比在较高频率下的快。     

LY12CZ铝合金在人工海水中的腐蚀疲劳裂纹扩展行为

采用腐蚀疲劳试验方法,研究了LY12CZ铝合金在人工海水(3.5%Na Cl溶液)中腐蚀疲劳裂纹的扩展规律,分析了载荷频率、应力比以及人工海水p H对裂纹扩展速率的影响,并借助扫描电镜对其断口形貌进行了观察。结果表明:随载荷频率、人工海水p H的降低,腐蚀疲劳裂纹扩展速率会显著加快,应力比则主要影响腐蚀疲劳近门槛值区的裂纹扩展;在中性人工海水中阳极溶解对裂纹加速扩展起主导作用;随人工海水p H的降低,裂尖氢置换反应加剧,裂尖材料氢损伤对裂纹扩展的加速效应逐渐显现。     

高产气井油管用13Cr-L80钢的腐蚀疲劳裂纹扩展行为

用复合磷酸盐完井液对取自13Cr-L80钢油管的紧凑拉伸试样进行预腐蚀处理,再进行疲劳裂纹扩展试验,通过分析疲劳裂纹扩展区形貌,研究了应力比(0.05～0.25)、加载载荷(10～14 kN)和载荷频率(0.6～1.8 Hz)对腐蚀疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明：随应力比增大,疲劳裂纹扩展区二次裂纹数量增多,13Cr-L80钢的裂纹扩展速率增大;随加载载荷增大,疲劳裂纹扩展区二次裂纹数量减少,裂纹扩展速率减小;载荷频率越高,疲劳裂纹扩展区二次裂纹数量越少,但裂纹尖端应变速率增大,裂尖变形更充分,导致裂纹扩展加快,试验中止时的循环次数减少。     

大型混流式水轮机转轮叶片裂纹及其成因分析

大型混流式水轮机转轮计片裂纹故障是水电站普遍存在的问题，它严重影响了水电站的安全稳定运行。转轮叶片裂纹是多种因素综合作用造成叶片材料疲劳．导致叶片疲劳开裂。叶片的各种制造缺陷是裂纹萌生的始点，而各种水力激振因素引发的流固耦合共振是转轮叶片疲劳开裂的根本诱因。     

混流式水轮机转轮叶片失效的研究背景、现状及意义

水轮发电机组的运行稳定性,关系到水电站的发电效率和经济效益。混流式水轮机转轮正常运行时,会因为水利因素导致转轮叶片发生疲劳断裂或者出现裂纹,致使检修困难,且维护周期较长,过程繁琐。因此,水轮机转轮叶片的失效,对发电机组的运行具有非常深远的影响。     

加载频率f和应力比R对腐蚀疲劳裂纹扩展速率影响的研究

在腐蚀疲劳试验基础上, 研究了０Ｃｒ１８Ｎｉ９ 钢在ＮａＣｌ溶液中的扩展行为, 分析了应力比Ｒ和加载频率ｆ 对腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响, 提出了环境加速因子Ｃ （Ｒ, ｆ）, 进而给出了一种反映腐蚀疲劳裂纹扩展速率ｄａ／ｄＮ～ （ΔＫ, ｆ, Ｒ） 的数学模型。该模型经试验验证, 满足工程要求     

LD10CS腐蚀疲劳裂纹扩展速率评价的可靠性模型

腐蚀损伤会加速疲劳载荷下的飞机铝合金结构裂纹的萌生和扩展,威胁结构安全性。针对腐蚀影响下的疲劳裂纹扩展的随机性本质,对预腐蚀LD10CS合金的预腐蚀疲劳试验进行了数据分析,提出了基于可靠性的腐蚀裂纹扩展速率表征方法,与试验结果对比表明,该方法可以给出LD10CS腐蚀疲劳裂纹扩展速率的上下限,进而给出该种材料铝合金构件的疲劳裂纹扩展寿命的上下限,为评估铝合金构件的寿命提供了依据。     

混流式水轮机转轮简化模型焊接过程的数值模拟

在确定混流式水轮机转轮简化模型、解决分段焊焊接热源加载的问题及解决各独立实体间接触边界节点不重合的热传导问题的基础上,对转轮模型焊接过程的温度场与应力场进行了数值模拟。得到了焊接过程中各起弧点的热循环曲线、纵向应力的演变规律与焊后应力场的分布情况。结果表明:焊后应力的峰值出现在叶片与上冠或叶片与下环接触面附近的叶片上。这个结果可以较好地解释水轮机转轮叶片疲劳裂纹的产生和扩展的失效行为。     

07MnNiCrMoVDR在硫化氢溶液中的腐蚀疲劳裂纹扩展速率数学模型

以空气中腐蚀疲劳裂纹扩展速率为基准，引入环境加速因子Cenv，且把Cenv与Cair合并为C，用于表达07MnNiCrMoVDR钢在硫化氢溶液中的腐蚀疲劳裂纹扩展速率。利用Matlab中的神经网络工具箱，以介质浓度、载荷频率、应力比作为输入节点，C作为输出节点，训练该网络预测不同条件下的裂纹扩展速率。根据训练完毕神经网络预测不同条件下的C，利用Original找出这三个影响因素在裂纹扩展速率系数C中的关系表达式，从而由Matlab中的统计工具箱回归出07MnNiCrMoVDR钢在硫化氢溶液中的腐蚀疲劳裂纹扩展速率数学模型。     

喷丸对水轮机转轮腐蚀疲劳裂纹扩展速率[da/dN]cF影响的研究

本文以水轮机转轮常用材料 ZG20SiMn 为对象,采用标准紧凑拉伸试样,研究喷丸与未喷丸试样的腐蚀疲劳裂纹扩展规律。结果表明,喷丸处理对腐蚀疲劳裂纹的应力循环初期,可显著降低[da/dN]_(cF),但随应力循环次数增加,残余应力逐渐消失,至一定程度对[da/dN]_(cF)无多大影响。分析了应力循环初期喷丸提高[da/dN]_(cF)抗力的原因。     

双频复合疲劳的裂纹萌生及扩展

针对典型承受高、低周双频复合载荷的水轮机叶片、电机转子用钢进行了低周疲劳、高低周双频复合疲劳的裂纹萌生及扩展规律的探讨。在频率比确定的条件下,载荷比是影响双频疲劳裂纹萌生及扩展的一个重要因素。随着载荷比的升高,疲劳裂纹萌生寿命大大缩短,裂纹扩展速率加快,疲劳断口呈现明显的周期特征。高、低周双频复合疲劳载荷各自的独特作用以及高、低周载荷在裂纹尖端引起的塑性区的交互作用是造成疲劳断口独特形貌的主要原因。     

氢气含量与加载频率对X80钢管接头疲劳裂纹扩展速率的影响

在氮气,体积分数均为2%的H₂+CO₂以及体积分数分别为5%,2%的H₂+CO₂环境中,对X80钢管接头试样进行不同加载频率(0.1,1.0,10.0 Hz)的疲劳裂纹扩展试验,研究了氢气含量和加载频率对疲劳裂纹扩展速率的影响。结果表明：当加载频率为1.0 Hz时,氢气含量越高,接头母材、热影响区和焊缝裂纹扩展速率越大,且焊缝中的裂纹扩展速率增大程度最大;含氢环境中焊缝的疲劳裂纹扩展速率小于母材和热影响区;当氢气体积分数为5%时,母材和热影响区均发生韧性断裂,但疲劳断口上存在微小的二次裂纹和少量平台状结构等脆性断裂特征,焊缝疲劳断口出现长度近80μm的二次裂纹,但断口形貌仍主要呈韧性断裂特征;氢气体积分数为5%时,随着加载频率增加,母材的疲劳裂纹扩展速率先增大后减小,加载频率为1.0 Hz时的疲劳裂纹扩展速率最大。     

环境湿度对铸铝合金超声疲劳裂纹扩展速率的影响研究

针对铸铝合金A356-T6开展了不同环境湿度下的超声疲劳裂纹扩展试验和实验室环境湿度下的常规疲劳裂纹扩展试验。由试验结果可知,超声疲劳在干空气环境中的疲劳裂纹扩展速率最低,而在蒸馏水环境中的疲劳裂纹扩展速率最高。常规疲劳在实验室环境中的疲劳裂纹扩展速率和超声疲劳在蒸馏水环境中的疲劳裂纹扩展速率几乎一致。针对Wei建立的环境湿度对铝合金材料疲劳裂纹扩展速率预测模型进行了修正,得到了铸铝合金A356-T6在任意环境湿度和试验频率下的疲劳裂纹扩展速率预测模型。     

关于混流式水轮机转轮应力与机组出力间关系的探讨

国内外水轮机运行实践表明:混流式水轮机转轮叶片运行一段时间后都有不同程度地在应力较高区出现裂纹。一些研究工作提出:这些裂纹是疲劳性质的,必须对叶片进行疲劳设计。要进行疲劳设计,必须知道叶片的载荷谱即应力谱。一般说混流式转轮的应力谱是随机的,它和很多因素有关,是多种因素作用的综合结果。稳定工况下转轮动应力成分不大,一般只占平均应力的10～15%,可按准静态考虑。作者通过总结多年来国内外积累的应力试验成果,发现混流武转轮叶片应力与运行工况很有关系,应力随机组出力变化幅度很大,而且存在一定关系,是引起转轮叶片疲劳失效的主要因素。通过三个电站实测,四个模型转轮试验结果统计,用最小二乘法进行曲线拟合发现:考虑机组运行水头出现的概率,用直线拟合应力与出力的关系能满足工程要求,从而为在目前所具备的测试条件下得到转轮叶片应力谱找到了一个可行的方法,为混流式转轮叶片疲劳研究创造了有利条件。     

疲劳裂纹扩展的影响因素分析

从材料抵抗裂纹扩展的能力和对试件或结构施加的载荷两方面对影响疲劳裂纹扩展速率因素进行分析。分析结果表明 ,从文中理论出发对影响疲劳裂纹扩展速率因素进行定量分析 ,并对众多的实验现象例如裂纹扩展速率随加载频率变化等作出合理解释。文中还对疲劳裂纹扩展速率的实验研究及工程应用提出见解 ,例如通过有限的疲劳裂纹扩展速率数据取得Kc、Kth值以及通过惯性效应的比较 ,在偏于安全条件下把试验室数据应用于工程结构疲劳寿命的预测     

海军海水介质疲劳裂纹扩展速率标准试验方法的进展

目前腐蚀环境下金属材料的疲劳裂纹扩展速率试验是一个活跃的领域,许多发达国家都在积极开展。在国防、能源和交通运输业的材料应用方面,这项研究都占有重要地位。最近“ASTM 液态介质疲劳裂纹扩展速率试验工作组 E24.04.05”进行了一项鉴定,对九个非共产党国家的40多个试验室参加的腐蚀疲劳研究(使用预裂纹试样)予以总结。事实上所有现代的腐蚀疲劳裂纹扩展速率试验都使用断裂力学试验方法.这类试验的力学方面广泛采用 ASTM“大于10~(-(?))m/周恒幅疲劳裂纹扩展速率试验方法(E647)”中的程序.上述ASTM24.04.05的总结认为,腐蚀介质下用 ASTME647标准进行试验不存在什么问题。尽管在腐蚀疲劳裂纹扩展速率试验中应用 ASTME647有一些成功的报告,但进行这类试验需要引起注意的几个问题仍有待讨论。与腐蚀相关的试验因素能强烈地影响到试验结果。海军和核能工业在所进行的研究项目中都已意识到,腐蚀疲劳裂纹扩展速率数据在各实验室间的差异可能是一个严重的问题。海军已经起草了一个推荐方法,即“海水介质恒幅疲劳裂纹扩展速率标准试验方法”.本文阐述了该方法的核心内容、基本原理以及为检验该方法所采取的措施。