AZ91E-T6镁合金平均应力松弛的本构描述及其在疲劳寿命预测中的应用

针对在低应变幅(Δε/2=0.003,0.005),应变比R=εmin/εmax=0的循环加载过程中,平均应力松弛对AZ91E-T6镁合金疲劳寿命影响较大的实验现象,采用Chaboche本构模型对平均应力松弛过程进行本构描述。推导了Chaboche本构模型的增量形式,采用应变控制的加载方式,获得了AZ91E-T6镁合金材料的循环应力应变迟滞曲线,并求得其稳态滞回环的平均应力,最后利用Morrow模型预测了AZ91E-T6镁合金材料的疲劳寿命。通过与已有实验数据的比较表明:Chaboche本构模型能较好地描述在应变控制条件下,AZ91E-T6镁合金材料的循环平均应力松弛行为,采用计算出的稳态滞回环平均应力结合Morrow模型能够对疲劳寿命作出较准确的预测。     

Gd对AZ91D-0.4%Ca-0.3%Sr镁合金低周疲劳性能的影响

通过运用控制总应变幅的方法,在应力比R=-1条件下施加拉-压载荷,测试了合金元素Gd复合添加对金属型铸造镁合金AZ91D-0.4%Ca-0.3%Sr的低周疲劳性能的影响,并利用光学电子显微镜、扫描电镜分别观察了材料在不同状态下的显微组织及低周疲劳断口特征.结果表明：Gd的添加能细化铸态AZ91D镁合金的晶粒,加入3.0%Gd可以提高镁合金的低周疲劳性能.     

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.     

AZ31B挤压变形镁合金低周疲劳行为研究

分别研究了挤压变形AZ31B镁合金在非对称载荷与对称载荷下的疲劳行为,结果表明两种加载方式下,疲劳过程随着应变幅的增加,滞回曲线的不对称性均增强;在低应变幅下,位错滑移为主要塑性变形机制;而在较高应变幅下,孪生-去孪生为主要变形机制;同一应变幅下,压-压非对称低应变幅疲劳寿命最长,拉-压对称低应变幅疲劳寿命次之,拉-拉非对称低应变幅疲劳寿命最短。     

不同循环加载条件下镁合金AZ21腐蚀疲劳行为

镁合金作为结构件承受多轴复杂载荷,其失效形式多为多轴疲劳失效。为澄清复杂载荷下镁合金的腐蚀疲劳行为,本文在磷酸盐缓冲溶液(phosphate buffered solution,PBS)中对镁合金AZ21的多轴循环疲劳行为进行了研究,通过分析镁合金应力应变滞环及峰值应变的演化规律,揭示了不同加载路径和腐蚀环境耦合作用下材料的变形主导机制。腐蚀环境中的疲劳试验结果表明,在相同等效应力幅下,非比例加载路径下镁合金AZ21在PBS腐蚀环境中的寿命较单轴拉伸、纯扭路径显著降低。采用Basquin公式预测了镁合金AZ21在复杂载荷和PBS腐蚀环境耦合作用下的疲劳寿命。通过将路径非比例度的概念引入对Basquin公式进行修正,可合理预测相同加载幅值下圆形路径和菱形路径作用时镁合金AZ21在PBS腐蚀环境中的疲劳寿命。     

AS41压铸镁合金的低周疲劳行为

为了探索AS41压铸镁合金在室温下的低周疲劳变形与断裂行为,分别对压铸态和固溶处理态的AS41镁合金进行了应变控制疲劳实验,并利用S 3400N型扫描电子显微镜对合金的低周疲劳断口形貌进行了观察与分析.结果表明,在低周疲劳加载条件下,合金均表现为循环应变硬化;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分别服从Coffin Manson和Basquin公式;AS41压铸镁合金经固溶处理后的组织比压铸态更均匀,强化相分布更弥散,在相同的外加总应变幅下表现出更高的疲劳寿命.断口形貌观察结果揭示,对于两种加工状态的AS41镁合金,疲劳裂纹均以穿晶方式萌生于试样表面并以穿晶方式扩展.     

热处理对挤压变形AM50镁合金疲劳行为的影响

采用低周疲劳试验研究了固溶处理和时效处理对挤压变形AM50镁合金在疲劳加载条件下的变形行为和疲劳寿命的影响.结果表明，固溶和时效处理均可改变挤压变形AM50镁合金的循环应力响应行为和循环应力-应变行为，并降低挤压变形AM50镁合金的循环应变硬化指数和循环强度系数；在高的外加总应变幅下，固溶和时效处理可以提高挤压变形AM50镁合金的疲劳寿命，但当外加总应变幅较低时，固溶和时效处理则降低挤压变形AM50镁合金的疲劳寿命；固溶处理将抑制挤压变形AM50镁合金在疲劳变形期间发生动态应变时效.     

压铸态Mg8%Al-xNd合金的低周疲劳行为

为了确定稀土元素Nd对Mg8%Al系压铸镁合金低周疲劳行为的影响规律,在不同外加总应变幅下针对压铸态Mg8%Al-xNd进行了应变控制的室温疲劳试验.结果表明,低周疲劳加载条件下,压铸态Mg8%Al-xNd镁合金可表现为循环应变硬化和循环稳定,主要取决于外加总应变幅的高低以及Nd的质量分数;适量稀土元素Nd的添加可有效提高压铸态Mg 8%〖KG-*5〗Al系合金的疲劳寿命;压铸态Mg8%Al-xNd合金的弹性应变幅、塑性应变幅与疲劳断裂时载荷反向周次之间的关系可分别用Basquin和Coffin Manson公式描述.疲劳断口形貌观察结果表明,对于压铸态Mg8%Al-xNd合金,低周疲劳裂纹均是以穿晶方式萌生并以穿晶方式扩展的.     

热处理对挤压态6061铝合金低周疲劳行为的影响

为了确定固溶处理、时效处理及固溶+时效处理对挤压变形6061铝合金的疲劳变形行为和疲劳寿命的影响规律,针对不同处理状态的挤压变形6061铝合金进行了低周疲劳实验研究.结果表明,低周疲劳加载条件下,不同处理状态的挤压变形6061铝合金均呈现明显的循环应变硬化,且随着外加总应变幅的增加,循环应变硬化效果愈明显;在较高的外加总应变幅下,固溶态6061铝合金的疲劳寿命最长,而时效态6061铝合金的疲劳寿命最短,当外加总应变幅较低时,挤压态6061铝合金的疲劳寿命高于经过热处理的合金的疲劳寿命;此外,固溶处理可明显降低挤压变形6061铝合金的循环应变硬化指数和循环强度系数.     

预应变亚稳态奥氏体不锈钢（S30408）深冷低周疲劳性能

为了研究冷成形和温成形对深冷容器低周疲劳性能的影响,通过液氮温度（77 K）下的拉伸试验和低周疲劳试验,分析预应变（0和0.35）和预应变温度（293 K和363 K）对亚稳态奥氏体不锈钢（S30408）深冷低周疲劳性能的影响机制. 0.35预应变使试样内部位错密度增加和产生强化相体心立方马氏体,与母材试样相比,293 K预应变试样初始循环应力幅增大,疲劳辉纹宽度减小,深冷低周疲劳寿命增加显著. 随着预应变温度由293 K升高到363 K,奥氏体相稳定性增加,马氏体相变受到抑制,初始循环应力幅减小,疲劳辉纹宽度增大,预应变对深冷低周疲劳寿命的增益作用减弱. 总体来看,0.35预应变对S30408深冷低周疲劳性能有明显增益作用,但增益程度受预应变温度的限制.     

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.     

一种与路径相关的多轴低周疲劳寿命预测方法

已有研究指出,与比例加载相比,非比例加载下某些金属材料虽然没有明显的附加强化现象,但疲劳寿命却明显缩短.利用附加强化系数和非比例度因子修正的等效应变法,无法反映此类材料非比例加载下的寿命缩短现象,导致预测寿命通常偏于危险.为更好地预测不存在明显附加强化现象材料的多轴非比例疲劳寿命,引入寿命缩减因子的概念,并结合非比例度因子对ASME等效应变范围进行了修正,提出一种新的多轴低周疲劳寿命预测方法.为了便于应用,明确了寿命缩减因子的确定方法.针对不同加载路径,发展了一种基于最小法向应变范围的非比例度因子计算方法,并给出了多轴加载一般情形下最小法向应变范围的计算步骤.利用304不锈钢12种非比例加载路径下的试验数据验证了所提非比例度因子计算方法的精度,并与已有方法进行了对比分析,发现所提方法可以更好的描述加载路径的非比例程度.利用10种材料(包括7种不存在明显非比例附加强化现象的材料)的试验数据对所建疲劳寿命预测模型进行了验证,结果表明预测结果与试验结果吻合较好.     

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.     

稀土Gd对Mg-5Al系镁合金显微组织与疲劳性能的影响

为了确定稀土元素Gd和时效处理对Mg-5Al系压铸镁合金显微组织及疲劳性能的影响,通过低周疲劳实验对压铸态和时效态Mg-5Al-x Gd镁合金的显微组织和疲劳性能进行了表征.结果表明,提高压铸态和时效态Mg-5Al-x Gd镁合金中Gd的含量,可使镁合金的显微组织得到细化.在总应变幅控制的低周疲劳加载条件下,压铸态和时效态Mg-5Al-x Gd镁合金均呈现出循环硬化和循环稳定特征,时效处理可以提高Mg-5Al-x Gd压铸镁合金的循环变形抗力.对于压铸态镁合金而言,Gd含量为1%时镁合金的循环变形抗力高于Gd含量为2%和3%的镁合金,而对于时效态镁合金而言,Gd含量为1%和2%时镁合金的循环变形抗力均高于Gd含量为3%的镁合金.     

Sc对金属型铸造Al-Si-Cu-Mg合金疲劳行为的影响

为了确定稀土元素Sc对金属型铸造Al-Si-Cu-Mg合金低周疲劳行为的影响规律,针对含Sc和不含Sc的金属型铸造Al-Si-Cu-Mg合金的低周疲劳行为进行了对比研究.结果表明,当外加总应变幅较高时,金属型铸造Al-Si-Cu-Mg合金和Al-Si-Cu-Mg-Sc合金均呈现循环应变硬化现象,而在低的外加总应变幅下,稀土元素Sc对合金的循环应力响应行为产生较大影响,其中Al-Si-Cu-Mg合金在疲劳变形初期表现为循环应变硬化,在疲劳变形后期则表现为循环稳定,而Al-Si-Cu-Mg-Sc合金在整个疲劳变形期间均发生循环应变硬化.此外,稀土元素Sc的加入可以有效提高金属型铸造Al-Si-Cu-Mg合金的循环变形抗力和低周疲劳寿命.     

锈蚀对钢材低周疲劳性能的影响分析

以我国钢桥结构中使用较多的Q345钢材为例,对人工加速锈蚀试样进行2种应变幅下的低周疲劳试验研究.应用精细的有限元模型分析,基于微观断裂判据--循环空穴扩张模型（CVGM）,对锈蚀钢材的低周疲劳断裂机理进行分析,讨论蚀坑对钢材低周疲劳（LDF）寿命的影响机理,并验证方法的有效性.结果表明,质量损失率约为6%的锈蚀Q345钢材试样的低周疲劳寿命比无锈蚀钢材减少约30%;完好试样与锈蚀试样的稳定滞回环形状几乎相同,锈蚀对钢材承载能力影响较小;在1%应变幅作用下,试样破坏现象为脆性的低周疲劳破坏,而在2.5%应变幅作用的循环荷载下,试样发生延性的超低周疲劳破坏.锈蚀引起钢材超低周疲劳寿命下降程度与蚀坑位置的应变集中有关,随着应变集中程度的增加,疲劳寿命的下降增大.     

The effect of cyclic hardening on fatigue properties of modified asphalt

The phenomenon of cyclic hardening is observed in fatigue tests of modified asphalt controlled by low strain/stress level and it is not clear how the phenomenon affects the fatigue properties of binders. The special time weep tests were performed to investigate the point. Tests results indicate that the cyclic hardening is caused by the rearrangement of molecules in binders, and it can make the inner structure of binders getting stable and increase the fatigue properties of asphalt binders. But fatigue damage occurs when fatigue tests start, no matter the phenomenon of cyclic hardening happens or not. If the controlled load is low, the effect of rearrangement of molecules on material is beyond the effect of fatigue damage so that the cyclic hardening can be observed. When the load conditions get worse, the effect of slight fatigue damages produced in hardening stage will show.     

多轴载荷下AI-Mg-Si合金的循环特性及其机理

目的研究Al-Mg-Si合金在多轴比例和非比例载荷下的疲劳循环特性及其微观机理，为疲劳寿命估算公式的建立提供理论依据．方法宏观力学实验分析循环特性．结合透射电子显微镜分析不同加载路径下和不同的等效应力幅下的疲劳材料的位错结构特征．结果相同加载路径下，随着等效应力幅的提高，疲劳寿命降低，材料的循环硬化越来越显著，位错结构由不明显的交叉滑移过渡到明显的“迷宫”状特征．结论Al-Mg-Si合金的循环特性对加载路径和等效应力幅有强烈的依赖性，硬化越显著疲劳寿命越低．     

Q345qC钢及焊接接头低周疲劳性能与断裂机理

为了研究Q345qC钢材及焊接接头的低周疲劳性能,对母材及焊接试样在总应变为2.0%~5.0%的条件下进行低周疲劳试验.基于Coffin-Manson公式拟合两者的低周疲劳寿命预测曲线,结合单调拉伸试验结果,比较不同疲劳寿命预测模型的精度;通过断口电镜扫描分析焊接接头的裂纹萌生机理以及焊接缺陷对疲劳寿命的影响;用Miner损伤累积准则给出两者的低周疲劳损伤指标计算式.结果表明,在同一应变水平下,焊接接头疲劳寿命仅为母材的31%~50%;母材的循环响应特征为循环稳定,焊接接头为循环软化;母材及焊接接头在半寿命稳定循环状态下的耗能能力相近;考虑单调拉伸的Coffin-Manson公式,对两者低周、超低周疲劳寿命均可进行较精确的预测;焊接缺陷容易引起焊接接头萌生疲劳裂纹,使疲劳寿命显著降低.