建筑用抗震钢HRB400EⅢ级钢筋焊接接头的低周疲劳性能

采用轴向应变控制方法,在MTS809拉扭复合疲劳试验机上开展了HRB400EⅢ级钢筋母材及焊接接头的低周疲劳试验,获得了母材及焊接接头的低周疲劳性能,如循环应力响应特征、循环应力-应变关系以及寿命预测公式等.通过断口电镜扫描发现,HRB400EⅢ级钢筋焊接接头的裂纹萌生于试件表面,且存在多处裂纹源.研究结果表明,焊接接头与母材的低周疲劳寿命及微观断裂机理方面均存在明显差异,并从力学性能变化的角度对引起差异的原因进行了解释.     

GH80A镍合金电子束焊接接头旋转弯曲高周疲劳行为研究

随着镍合金电子束焊接在工业中的大量应用,尤其是在航空发动机和燃气轮机等关键长寿命服役设备中的使用,有必要对镍合金电子束焊接接头的高周疲劳属性和断裂机理进行系统的分析研究。本文利用旋转弯曲高周疲劳试验机进行疲劳试验,获得了母材和焊接接头的应力-寿命(S-N)曲线和疲劳断口,同时利用扫描电镜（Scanning Electron Microscope,SEM）对疲劳断口进行了微观特征分析,确定了母材和焊接接头在不同应力幅下的疲劳裂纹萌生区和扩展区,分析了裂纹萌生区位置与应力幅的相互关系。最后,利用有限元分析了焊接接头热影响区微裂纹位置与大小对材料疲劳性能的影响。从现有的试验和模拟结果可以得到：1)母材和电子束焊接接头应力-寿命(S-N)曲线分布趋势一致,但焊接接头疲劳强度要低于母材,在靠近107周次时,两者疲劳强度差距最小;2)在高应力幅（低周疲劳寿命阶段）母材和焊接接头的疲劳裂纹均起源于试件表面并且都是多点萌生断裂,焊接接头疲劳断口位置位于焊接熔合区或热影响区;3)在低应力幅（高周疲劳寿命阶段）疲劳裂纹在试件次表面萌生,焊接接头疲劳断口位于热影响区或焊接母材靠近热影响区处;4) 通过有限元模拟发现微裂纹的存在有利于裂纹的扩展。在拉应力作用下,横向微裂纹更优于纵向裂纹沿着应力方向进行裂纹扩展;随着微裂纹尺寸增大,微裂纹间更易于相互贯通,形成更长的裂纹,从而降低了材料的疲劳性能。综上可知,电子束焊接仅仅影响材料的疲劳强度。疲劳断裂机理和母材一致都为穿晶解理断裂,疲劳裂纹萌生区域位置也和母材一样都受应力幅的直接影响。     

Q345B母材及其焊接接头的低周疲劳行为

对Q345B及其光滑焊接接头的低周疲劳行为进行了试验研究.采用轴向对称应变控制方法,保持恒定应变速率为0.005 s-1,在0.3％～0.7％的应变范围内,在电液伺服疲劳试验机上测定了Q345B及其光滑焊接接头的低周循环应力响应特征、应变-寿命、应变-能量关系,并进行了对比分析.结果显示,Q345B母材在应变幅度低于和高于0.4％时分别呈现明显的循环软化和硬化现象,而焊接接头出现显著的硬化现象.与母材相比,焊接接头的低周转变寿命、疲劳强度和疲劳寿命明显减小.通过试验数据确定了Q345母材及其焊接接头Coflin-Manson关系的合理参数,建立了应变幅度-疲劳寿命及能量-寿命关系式.力学不均匀性引起的循环硬化趋势增加是导致焊接接头低周疲劳性能减低的主要原因.     

Q235焊接工字形钢支撑的低周疲劳性能试验及数值模拟

对19根Q235材质焊接工字形钢支撑进行了等幅轴向循环位移作用下的低周疲劳性能试验,基于观测到的翼缘出现可见裂纹时的循环次数提出了估算支撑低周疲劳寿命的经验公式。在试验基础上,对支撑滞回性能和低周疲劳性能进行了数值模拟。试验及数值模拟结果表明:试件在第1个弹塑性循环受压时就发生了出平面的整体失稳;从第3或第4个循环开始,支撑的抗压、抗拉承载力及单循环耗能进入到稳定退化阶段。将试验及数值模拟得到的支撑稳定承载力及跨中最大横向变形与相关规范、文献计算结果进行了对比,证实了相关规范、文献的可信性。总体上,数值模拟结果与试验结果吻合较好,但离散性小于试验结果。在数值分析得到的应力-应变结果基础上,利用2种临界面损伤模型预测了支撑裂纹萌生时的低周疲劳寿命,预测的裂纹萌生位置与实测位置一致,预测结果基本位于实测结果的3.5倍分散带以内,偏于安全一侧,同时发现残余应力对支撑的低周疲劳寿命基本没有影响。     

基于数字图像相关法的A7N01-T4铝合金焊接接头循环变形行为实验研究

为研究A7N01铝合金MIG焊焊接接头单轴拉伸性能和循环变形特征,采用数字图像相关方法(DIC)分析A7N01铝合金焊接接头在单调拉伸和循环加载下的应变场分布,结合焊接接头显微硬度获取焊接接头整体、焊缝、热影响区和母材的平均应力-应变曲线。实验结果表明:焊接接头母材在单调拉伸和循环变形中一直处于弹性变形,焊接接头整体的塑性变形由焊缝和热影响区主导,体现出循环稳定特征和棘轮安定状态,焊接接头的棘轮应变值依赖于当前的应力水平和加载历史。     

挤压变形AZ81镁合金的疲劳变形与断裂行为

研究镁合金的疲劳行为，可为镁合金的抗疲劳设计和合理使用提供可靠的理论依据.通过总应变幅控制的疲劳实验和断口形貌分析，确定了挤压变形AZ81镁合金的循环应力响应行为、疲劳寿命行为和断裂机制.结果表明：在应变控制的疲劳加载条件下，挤压变形AZ81镁合金呈现明显的循环应变硬化，其弹性应变幅、塑性应变幅与断裂时的载荷反向周次之间的关系可分别用Basquin和Coffin-Manson公式来描述，得到了拉伸滞后能的理论计算值与应变疲劳寿命之间呈线性关系、疲劳裂纹的萌生和扩展均以穿晶模式进行的结论.     

Inconel 625合金的室温低周疲劳与断裂行为

为了对Inconel 625合金构件的抗疲劳设计提供可靠的理论依据,在室温下对Inconel 625合金进行了轴向总应变幅控制的低周疲劳实验,分析了室温下合金的应变疲劳寿命和循环应力应变数据,进而给出了合金的应变疲劳参数.采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对Inconel 625合金试样进行了断口形貌分析和微观组织观察.结果表明,Inconel 625合金在室温下的弹性应变幅和塑性应变幅与载荷反向周次的关系可分别用Basquin和Coffin-Manson公式来描述.在室温疲劳变形过程中,Inconel 625合金会发生循环硬化和循环软化.合金的低周疲劳裂纹以穿晶方式萌生于疲劳试样的自由表面,并以穿晶方式扩展.     

Incoloy 825镍基合金的低周疲劳行为

为了研究Incoloy 825镍基合金的循环应力响应行为和低周疲劳行为,在室温和760℃下进行外加总应变幅控制下的疲劳实验,确定了合金在不同温度下的应变疲劳参数.利用透射电子显微镜和扫描电子显微镜分析了合金疲劳变形后的位错亚结构与断口形貌.结果表明,室温下合金呈现先循环硬化后循环软化的特征,而在760℃下合金则呈现先循环硬化后循环软化或循环稳定的特征.在不同温度下合金的塑性应变幅、弹性应变幅与断裂时的载荷反向周次之间均呈现单斜率线性关系,并分别服从Coffin-Manson和Basquin公式.在室温和760℃下合金的低周疲劳变形机制主要为平面滑移,且疲劳裂纹均以穿晶方式萌生和扩展.     

AZ91D应变状态下低周疲劳行为的研究

对AZ91D镁合金进行了应变控制单轴加载的低周疲劳试验研究,结果表明：AZ91D镁合金在低周载荷下,当循环应变幅值小于0．4％,材料表现出循环软化．随着循环应变幅值的增加,材料表现出明显的循环硬化现象;且随着应变幅值的增加材料的附加强化程度增大．当总应变幅大于1．0％,曲线的斜率基本不变,即循环应变硬化率大致相同．应变幅值对材料低周疲劳寿命有较大影响,随着应变幅值的提高,疲劳寿命降低．运用Coffin-Manson公式进行寿命预测,在高应变幅值下有较好的一致性．     

厚壁钢桥墩的超低周疲劳裂纹萌生寿命预测

为获得厚壁钢桥墩的超低周疲劳裂纹萌生寿命,对多组厚壁钢桥墩进行数值模拟分析。采用钢材的混合强化模型预测厚壁钢桥墩在三种不同往复荷载作用下的滞回性能,并分别使用Ge模型中的局部损伤法与非局部损伤法得到不同网格尺寸下的钢桥墩超低周疲劳裂纹萌生寿命,然后使用Ge模型对厚壁钢桥墩的疲劳裂纹萌生寿命影响因素(翼缘宽厚比、试件通用长细比等)进行参数化分析。研究结果表明:混合强化模型能准确预测厚壁钢桥墩的滞回性能;Ge模型中的非局部损伤法能准确预测厚壁钢桥墩的超低周疲劳裂纹萌生寿命。最后基于裂纹萌生寿命的参数化分析结果,提出了预测钢桥墩超低周疲劳裂纹萌生寿命的经验公式。     

Q235、Q345钢结构材料的低周疲劳性能

对Q235、Q345钢的低周疲劳性能进行了研究。采用轴向应变控制方法,在岛津电液伺服疲劳试验机上测定了2种钢低周疲劳过程中的循环应力响应特征、循环应力与应变的关系,通过拟合Basquin公式和Coffin-Manson公式得到了2种钢的疲劳寿命公式,据此计算了Nf=100周时的循环能量吸收率σa.Δεt值,并与别的钢筋进行了比较。通过断口扫描发现,Q235钢裂纹起源于试样表面,由于第二相质点和夹杂物的存在,形成微孔洞和微裂纹,互相连接形成疲劳断裂;Q345钢裂纹起源于表面,然后通过不断扩展形成微裂纹,再连接成宏观裂纹,最终导致材料断裂。     

6005铝合金搭接接头组织及疲劳性能研究

采用熔化极惰性气体保护(MIG)焊对6005铝合金进行搭接焊接试验.对焊接接头进行微观组织观察和显微硬度测试,结果显示,熔合区出现联生结晶特点,焊缝中心以等轴晶为主,热影响区(HAZ)晶粒发生严重粗化,焊缝区的维氏硬度(HV)为64.5,母材区为89.6,接头出现明显软化区.在疲劳性能测试中焊接接头疲劳强度只有母材的2...     

焊接构造对T型接头超低周疲劳性能的影响

为了研究焊接细节对钢结构超低周疲劳性能的影响,以T型接头为对象,在通用有限元程序Abaqus平台上,开发基于Arlequin算法的结构多尺度计算程序. 利用多尺度算法,开展焊接接头的局部弹塑性有限元分析. 比较焊趾半径、厚钢板未熔透长度及焊趾表面凹凸对局部塑性应变履历的影响,利用Coffin-Manson模型对T型接头的超低周疲劳特性进行定性讨论. 数值计算结果表明,焊趾位置是焊接接头的超低周疲劳易损位置,厚钢板的未熔透长度对焊接部位局部塑性应变的影响不大;焊趾半径对焊趾局部塑性应变有较大的影响,增大焊趾半径可以有效提升钢结构在循环荷载下的超低周疲劳性能;焊趾表面的平整性是影响焊趾局部塑性应变履历的重要因素,尖锐的凹坑会明显降低焊接接头的超低周疲劳性能,磨平的焊趾表面可以减少局部塑性应变,提高接头的超低周疲劳强度.