循环载荷下热疲劳裂纹的应力强度因子

为揭示循环温度载荷对热疲劳裂纹应力强度因子的影响规律,考虑材料的多线性塑性随动强化性质,用有限元法计算多种循环载荷作用下裂尖点的应力-应变和热疲劳裂纹的应力强度因子。该应力强度因子值由裂尖附近压缩塑性应变的累积量决定。压缩塑性应变对温度载荷的作用次序敏感,因此应力强度因子也受到温度载荷的作用次序的影响。恒温度幅循环条件下,如果不考虑裂纹扩展,热疲劳裂纹的应力强度因子不随循环次数变化。变温度幅循环条件下,低温循环不会影响其后的高温循环应力强度因子;高温循环却影响其后的低温循环应力强度因子,并使得低温循环的应力强度因子与高温循环的应力强度因子相同,因此突发的高温载荷严重威胁高温构件的寿命。热疲劳裂纹扩展试验证明了有限元计算结果的正确性。     

热采井口装置螺栓的蠕变及应力松弛规律研究

针对热采井口装置用螺栓在现场工况下的应力松弛现象展开实验研究,分别进行了常、高温拉伸试验,蠕变实验和应力松弛试验.通过对比研究发现螺栓材料在高温下强度降低,塑性增加;在初始应力下蠕变变形明显,从原理上解释了螺栓松弛出现应力松弛的原因;通过应力松弛试验可以发现螺栓在现场工况下会产生明显的应力松弛,根据应力松弛实验数据拟合出现场工况下的应力松弛回归方程;利用有限元软件计算KR21-370型热采井口装置各法兰达到密封所需的最小螺栓预紧载荷,结合应力松弛回归方程计算出法兰由于螺栓的应力松弛而出现密封失效所需的时间,并针对易出现失效的螺栓提出解决措施.     

高温下紧螺栓联结应力松弛及其对策研究

通过研究螺栓的高温应力松弛问题,得到了螺栓在高温下工作的剩余应力.为螺栓在高温下的安全、可靠的使用,提供了一些方法.     

3.5%Ni钢再热裂纹试验

本文利用高温插销应力松弛试验对国产和日本生产的3.5%Ni钢板进行了再热裂纹“C”型曲线、再热裂纹临界断裂初应力、应力松弛功的测定。并与BHW38、BHW35和Wel-Ten62CF等压力容器用钢的有关数据作了比较。试验表明,用较大的初应力,经较长时间的应力松弛也测不出3.5%Ni钢的“C”型曲线;在较宽的焊后热处理范围内,选用超过粗晶区高温屈服强度的初应力也未测出3.5%Ni钢的临界断裂初应力;在3.5%Ni钢的应力松弛试验中,因施加初应力而储存于插销中的弹性应变能,基本上消耗于插销缺口周围及其附近金属的蠕变变形。结果表明,国产和日产的3.5%Ni钢在焊后热处理过程中,不会发生脆化,也不会出现再热裂纹。     

2．25Cr-1Mo-0．25V钢加氢反应器开发与制造中的一些问题

由于对尺寸增大和高设计参数加氢反应器的需求，促使要制造更大、更重的高温钢加氢反应器。20世纪80年代开发了2．25Cr-1Mo-0．25V钢。钢中添加V后影响到焊接与热处理时的氢陷阱、氢扩散与应力松弛。制造规范需要进行调整，以防止焊接接头发生硬度高、韧性低以及持久强度低和开裂等问题。本文扼要介绍了以往2．25Cr-1Mo-0．25V钢容器制造过程中发生的一些问题及国外研究工作的进展，对国内需进行的工作提出了建议。     

金属高温应力松弛行为研究

根据高温下金属应力松弛的基本特征，提出用以描述应力松驰行为的表达式。该表达式可用于拟合松弛试验结果，并根据试验结果预测下同初应力时的应力松弛行为。本文还推导了重复加载条件下松弛剩余应力的计算公式。用于同材料试验数据的验证结果表明，本文提出的表达式和方法具有广泛的适应性良好的预测精度。     

四代核电高温螺栓松弛设计方法

针对四代核电螺栓高温、重载、长期的设计需求,提出一种基于Norton-Bailey本构的四代核电高温螺栓松弛设计方法 (N-BBD)。该方法基于Norton-Bailey蠕变本构,推导螺栓的应力松弛模型,并以两端取对数法对Norton-Bailey本构参数进行识别,从而建立起螺栓应力松弛模型。以某螺栓设计方案为例,对不同预紧载荷的影响进行分析。结果表明,基于Norton-Bailey本构的松弛模型可有效预测高温、应力等长期作用下螺栓的剩余应力,施加不同初始预紧载荷,经过长时间使用剩余应力值相同,其松弛极限应力与初应力无关。     

高温法兰密封接头的可靠性分析

长期工作在高温下的螺栓法兰接头，由于密封垫片和螺栓的蠕变松弛，使得垫片上的残余应力逐渐减小，法兰接头的密封可靠性逐渐降低，并最终导致泄漏失效。在考虑垫片和螺栓蠕变的基础上，对法兰连接系统进行变形协调分析，建立了高温下法兰接头的变形协调方程，进而导出了泄漏率的极限方程；通过与法兰强度、螺栓强度的极限方程相结合，得出了利用Monte Carlo法计算高温螺栓法兰接头可靠度的方法，并给出了计算实例。     

不同温度下胶乳复合垫片蠕变松弛特性分析

螺栓法兰接头的垫片在高温下长期使用,会发生蠕变松弛。垫片的蠕变松弛会导致接头内部流体泄漏,因此建立一种预测密封垫片蠕变和应力松弛的方法尤为重要。利用三参量开尔文流体模型建立一种预测垫片高温蠕变残余应力随时间变化的解析模型,并对胶乳复合垫片进行不同温度、不同应力载荷的蠕变松弛实验。研究结果表明：胶乳复合垫片在相同应力载荷下温度越高残余应力整体下降越明显,且应力载荷越大,损失的应力越多,随时间的推移,残余应力下降逐渐平缓;垫片的高温蠕变松弛行为会导致垫片质量和厚度下降,但随着垫片应力载荷的继续增加,垫片质量和厚度下降的趋势会有所减缓,而随温度的增加,质量和厚度持续降低,且下降趋势不会变缓。三参量开尔文流体模型的预测值与实验数据非常接近,最大误差为4.104%,该模型可以准确地描述垫片的力学行为以及垫片由于蠕变松弛引起的应力载荷损失。     

考虑温度影响的O形圈可靠性分析

针对O形圈处在高温工况容易发生热膨胀及应力松弛并导致失效的情况,利用有限元软件分析比较考虑温度时和不考虑温度时O形圈的应力及应力随着时间的松弛情况,并使用响应面法,计算出O形圈的剪切破坏失效、密封失效及多失效的可靠度。结果表明:高温对O形圈的应力分布和松弛速率的影响很大;O形圈的剪切破坏可靠度及泄漏失效可靠度随时间呈下降趋势,初期会发生急剧下降而后期下降速度减小;O形圈的多失效可靠度前期急剧减小然后基本达到稳定,表明O形圈在使用初期没有发生失效,则其在后期发生失效的概率较低。     

多圆孔边裂纹应力强度因子复变函数解

飞机机身蒙皮结构多紧固件,孔边裂纹扩展过程中的加速效应主要表现为多条疲劳裂纹之间应力强度因子的相互干涉。基于Muskhelishvili复变函数理论和有限截项原则,提出一种修正的近似迭加方法,用于求解远场应力作用下的多圆孔边裂纹应力强度因子,并分析了双孔等长裂纹、双孔不等长裂纹、三孔等长裂纹、三孔不等长裂纹等四种开裂模式的应力强度因子变化规律。算例表明,随着相邻裂纹尖端逐渐趋于接近,裂纹间的干涉效应表现明显,无量纲应力强度因子快速增加。     

基于特征贡献率的机械故障分类方法

为了使7075铝合金薄壁件表面喷丸加工应力得到松弛和均化,运用ANSYS建立平台式振动时效有限元模型,通过振动模态和谐响应分析,获得最佳激振频率和试样装夹位置。在此基础上,将薄壁框架件置于平台上进行振动时效处理,以验证仿真分析结果,评价其对试样表面应力作用效果。结果表明：在亚共振频率为112 Hz时,试样在平台零振幅和最大弯曲位置处分别对称布置,时效后表面均形成应力松弛,松弛率分别为29.5%和33.3%,不均匀波动分别为20.3%和20.7%,而沿振动方向松弛程度不均匀,说明激振力造成了材料表面组织屈服,且屈服程度与应力强度有关。提出再时效-位置交叠方法,使应力松弛不均匀度分别下降到9.9%和15.9%,应力均化得到改善,该研究工作为薄壁类零件表面应力均匀化提供了参考。     

Ti-6Al-4V钛合金薄板应力松弛行为研究

针对Ti-6Al-4V钛合金薄板,分别在温度650℃、700℃和750℃,和预应变2%、4%和16%的条件下进行多组应力松弛交叉试验。研究Ti-6Al-4V钛合金高温下的应力松弛行为及温度和预应变对应力松弛极限的影响。并基于试验数据,对比分析阶次不同的延迟函数的拟合精度,最终采用精度更高的四次延迟函数进行Ti-6Al-4V钛合金的应力松弛曲线拟合。通过对比发现四次延迟函数预测的结果和试验数据十分吻合,并且拟合最低精度高达99.724%,证明使用四次延迟函数拟合应力松弛曲线的有效性。在试验数据的基础上,进一步推导出高温短时蠕变应变速率与应力的关系。最后基于Arrhenius本构模型,通过对各参数的线性回归,建立适合Ti-6Al-4V钛合金薄板的高温短时蠕变型本构方程,为后续热校形工艺制定和数值模拟奠定基础。     

蠕变-疲劳载荷下25 Cr2 MoVA 钢的循环应力松弛行为

试验测试了500℃时高温螺栓材料25 Cr2 MoVA在应变控制的蠕变-疲劳载荷下的循环应力松弛行为,重点考虑了不同应变幅和峰值保持时间对材料应力松弛行为的影响。研究表明,保持阶段的蠕变变形和循环加载阶段的粘塑性变形共同加速了25 Cr2 MoVA的应力松弛速率,且应变幅小的时候,材料的循环松弛速率更大。     

高压输气管道内裂纹相互作用的有限元数值分析

基于三维虚拟裂纹闭合技术（3D-VCCT）,利用大型有限元分析软件ANSYS对内表面含单条半椭圆裂纹的高压输气管道的应力强度因子进行计算,计算结果与已有结果具有相当好的一致性,并验证了该方法应用于薄壁管道计算的有效性。然后考虑了2条对称副裂纹的短半轴与长半轴的比值,主副裂纹的距离以及主副裂纹环向角度对主裂纹应力强度因子的影响,得到主裂纹应力强度因子的变化规律,并给出了主裂纹最深点和表面点应力强度因子的计算公式。提出的计算方法和结果对高压埋地输气管道的风险评估、设计和施工具有一定的参考价值。     

显微组织对BT14合金应力松弛行为的影响

利用弯曲应力松弛方法研究了具有不同显微组织的BT14合金在200,400和600℃时的应力松弛行为,分析了显微组织对合金应力松弛行为的影响.结果表明:魏氏组织在400和600℃时具有较高的抗应力松弛能力,而等轴组织在200℃具有较高的抗应力松弛能力;同时利用应力松弛方法可以得到不同显微组织BT14合金应力松弛过程中塑性应变速率和应力的本构关系,并可计算出速率应力指数和变形激活能.     

纳米尺度孔边裂纹裂尖Ⅲ型应力强度因子研究

研究了纳米尺度圆孔孔边裂纹在远场反平面剪切载荷作用下的断裂性能。基于Gurtin-Murdoch表面弹性理论和保角映射技术,利用复变弹性理论获得了该类非均匀材料应力场的解析解,给出了裂尖Ⅲ型应力强度因子的闭合解。基于所得解答,研究了孔边的应力场分布规律,讨论了裂尖应力强度因子的尺寸依赖效应以及圆孔相对尺寸对应力强度因子的影响。研究结果表明：孔边应力场呈现非单调分布,表面效应对孔边不同位置应力的影响程度不同;当圆孔裂纹的尺寸在纳米量级时,裂尖应力强度因子具有显著的尺寸依赖效应;圆孔相对裂纹尺寸对裂尖应力强度因子的影响规律受表面性能的制约,同时表面性能对应力强度因子的影响也取决于圆孔的相对尺寸。     

薄壁件表面应力松弛均化的时效分析与实验

为了使7075铝合金薄壁件表面喷丸加工应力得到松弛和均化,运用ANSYS建立平台式振动时效有限元模型,通过振动模态和谐响应分析,获得最佳激振频率和试样装夹位置。在此基础上,将薄壁框架件置于平台上进行振动时效处理,以验证仿真分析结果,评价其对试样表面应力作用效果。结果表明:在亚共振频率为112Hz时,试样在平台零振幅和最大弯曲位置处分别对称布置,时效后表面均形成应力松弛,松弛率分别为29.5%和33.3%,不均匀波动分别为20.3%和20.7%,而沿振动方向松弛程度不均匀,说明激振力造成了材料表面组织屈服,且屈服程度与应力强度有关。提出再时效-位置交叠方法,使应力松弛不均匀度分别下降到9.9%和15.9%,应力均化得到改善,该研究工作为薄壁类零件表面应力均匀化提供了参考。     

磨削裂纹形成机理商榷

通常认为工件磨削裂纹是由于磨削热造成工件局部高温，且温升速度很快，至使工件再次奥氏体化淬火成马氏体，产生组织应力，当组织应力超过材料强度时，便产生裂纹。但此理论不能解释下述现象：条状裂纹为什么与磨削方向垂直？为什么裂纹多成条状，且沿晶穿晶而过……？本文在大量试验中，发现工件磨刚时存在“瞬间拉应力”，并在此基础上提出磨裂机理新观点：在磨削过程中，磨削表面产生热应力、瞬间拉应力和组织应力，其合力或其中任一应力超过材料表面的断裂强度时，将产生裂纹。附图2幅，表1个，参考文献篇。     

基于ABAQUS的橡胶密封圈应力松弛分析

橡胶O形密封圈在高温工况下会发生应力松弛并导致密封失效。基于橡胶黏-超弹本构模型,利用有限元软件ABAQUS建立橡胶O形密封圈与沟槽接触的非线性有限元模型,分析O形密封圈在不同压缩率、不同油压、不同温度下的应力松弛情况及应力分布。结果表明:接触界面上的接触应力分布近似呈抛物线;O形密封圈应力在初期先急剧衰减,而后逐渐缓慢降低;压缩率和油压对应力松弛影响不大,但油压太大会降低密封可靠性;温度升高使应力松弛速率明显增大,并使最终应力降低,降低密封的可靠性。