压应力条件下缺口产生疲劳裂纹的研究

对超高强度钢和铝合金的研究表明,在压-压交变载荷下缺口前端能引发疲劳裂纹,其门槛值比拉应力高3—4倍。压应力下缺口裂纹长到一定尺寸(如0.2—0.5mm)后就将停止扩展。如果压应力的最小载荷(绝对值)接近零,则裂纹容易形核(门槛值和拉应力相近),且能扩展较长的距离。     

FATIGUE-CRACK INITIATED FROM NOTCH TIP UNDER CYCLIC COMPRESSIVE LOAD

对超高强度钢和铝合金的研究表明,在压-压交变载荷下缺口前端能引发疲劳裂纹,其门槛值比拉应力高3—4倍。压应力下缺口裂纹长到一定尺寸(如0.2—0.5mm)后就将停止扩展。如果压应力的最小载荷(绝对值)接近零,则裂纹容易形核(门槛值和拉应力相近),且能扩展较长的距离。     

基于XFEM的复杂应力状态下疲劳裂纹扩展分析

以AZ31镁合金为研究对象,基于扩展有限元方法,对板件上0°、80°和90°这3种不同角度裂纹在9种不同应力状态交替载荷作用下的扩展形态进行数值模拟分析.结果 表明,不同应力状态交替载荷作用下,相同角度的疲劳裂纹扩展形态不同;相同应力状态交替载荷作用下,不同角度的疲劳裂纹扩展形态也不同;疲劳裂纹在受到交替拉应力作用时更...     

第三部分 交变载荷断裂力学的基本理论

交变载荷断裂力学主要研究材料或结构在交变载荷作用下的疲劳断裂机理、材料或结构中的不扩张的非活性裂纹容限,以及活性裂纹由初始值 a_o 到失稳扩展临界值 a_c 的扩展规律,即所谓裂纹亚临界扩展规律。从而对具有裂纹的工程结构进行无限寿命设计,确定疲劳载荷作用下不发生亚临界扩展的非活性裂纹容限及估算具有活性裂纹的工程结构的有限剩余寿命,达到安全使用的目的。国内外多数研究工作者运用线弹性断裂力学中的应力强度因子理论、弹塑性断裂力学中的 COD 理论、J 积分理论来研究活性裂纹在线     

600MW超临界机组汽轮机中调门门杆断裂原因分析

某电厂600MW超临界机组汽轮机中调门门杆发生断裂,采用断口分析、金相组织分析及力学性能分析等方法对该门杆的断裂原因进行了分析。结果表明:门杆断裂部位存在原始缺陷,缺陷处为应力集中部位;在机组启停及甩负荷时,门杆承受较大拉应力及气流变化引起的交变冲击载荷,原始缺陷部位在交变冲击载荷及应力集中效应的共同作用下形成微裂纹,裂纹以疲劳方式扩展至临界尺寸时发生疲劳断裂。     

孔挤压强化技术研究进展

概述了直接、间接和复合孔挤压强化的研究现状,从残余应力与微观组织的角度总结了孔挤压强化的抗疲劳强化机理,基于孔结构的疲劳寿命和断口形貌详细分析了孔挤压强化的疲劳性能。研究结果表明,孔挤压强化的孔结构孔壁形成残余压应力,孔结构受到外加交变载荷时孔壁残余压应力能够抵消部分外加交变载荷产生的拉应力,降低了受载孔结构孔壁的应力峰值和平均应力;孔挤压强化的孔结构孔壁发生剧烈的塑性变形,孔壁微观组织发生细化,形成位错胞状结构,能够抑制晶粒的位错滑移,延缓了疲劳裂纹萌生,增大了疲劳裂纹萌生的门槛值,降低了疲劳裂纹扩展速率;在残余应力和微观组织的共同作用下,提高了孔挤压强化孔结构的疲劳寿命。最后,展望了孔挤压强化的发展趋势和研究问题。     

阳极电位下小幅载荷在腐蚀疲劳裂纹扩展中的作用

研究了A537钢在3.5%NaCl水溶液中,阳极溶解条件下以不同方式叠加在主载荷ΔP上的小幅载荷对疲劳裂纹扩展da/dN～ΔK曲线的影响,并与空气中的结果进行比较,讨论了阳极溶解影响小幅载荷行为的机理.结果表明:空气中幅度小于30%ΔP的小载荷叠加在主载荷底部时对裂纹扩展没有影响,而阳极溶解能使这些主载荷底部的小幅载荷对裂纹扩展过程产生重要作用,在阳极溶解条件下,即使是幅度为零的保持载荷(B0)对裂纹扩展也具有明显的加速作用;虽然阳极溶解对主载荷顶部的幅度为30%ΔP(T30)和70%ΔP(T70)的小载     

喷丸强化残余应力对AISI304不锈钢疲劳裂纹扩展行为的影响

目的 探究喷丸强化残余压应力对AISI 304不锈钢疲劳裂纹扩展行为的影响规律.方法 建立并联合紧凑拉伸(CT)试样三维有限元模型和对称胞元喷丸有限元模型,发展一套多步骤数值模拟方法.首先,建立AISI 304不锈钢CT试样的三维有限元模型,模拟不同外加交变载荷工况下的疲劳裂纹扩展过程.基于线弹性断裂力学理论,利用裂纹闭合技术,计算不同裂纹长度对应的应力强度因子范围,采用修正的Paris公式计算疲劳裂纹扩展速率,并通过试验数据对计算结果进行考核.其次,建立多弹丸分层逐次冲击靶面的对称胞元喷丸有限元模型,模拟100％和200％喷丸覆盖率下的残余应力场,并通过试验数据对该对称胞元喷丸有限元模型的有效性进行验证.最后,将喷丸强化诱导的残余应力场以读写外部文件的方式导入CT试样三维有限元模型,模拟在内部残余应力场和外部交变载荷共同作用下的疲劳裂纹扩展行为.结果 对于相同的喷丸工况,保持外加载荷比不变而减小最大外加载荷,或者保持最大外加载荷不变而减小外加载荷比,喷丸强化诱导的残余压应力对疲劳裂纹扩展的抑制作用愈加显著.对于相同的外加载荷工况,200％喷丸覆盖率工况比100％喷丸覆盖率工况更能有效降低AISI 304不锈钢的疲劳裂纹扩展速率.结论 喷丸强化诱导的残余压应力场能够有效抑制AISI 304不锈钢的疲劳裂纹扩展.     

残余压应力对缺口疲劳性能的影响

本文研究了喷丸和滚压后缺口报部的残余压应力分布及其对疲劳极限和裂纹扩展速率的影响。残余应力在缺口部位有应力集中效应，其数值不仅取决于缺口的几何形状还和材料强度有关。表面形变后高强度材料的残余应力集中系数大又不易在交变载荷下松弛，因此提高缺口疲劳极限比光滑件更显著，在预测疲劳裂纹扩展时可将残余压应力作为附加闭合力迭加在裂纹自身的闭合力上用这种方法计算得的裂纹扩展速率和实验值很接近。     

超声冲击处理冷轧钢板缝焊接头的疲劳性能

用窄搭接电阻缝焊机对汽车用SPCC（冷轧低碳普通钢板）进行焊接,采用超声冲击仪对缝焊接头进行处理;通过拉压疲劳试验、X射线应力分析仪、OM、SEM对处理和未处理的缝焊接头疲劳性能和组织进行测试和观察分析对比.结果表明,未经超声冲击处理的缝焊接头经5×104次交变载荷作用即在焊趾区萌生裂纹,裂纹与载荷方向呈45°;经超声冲击处理过的缝焊接头经1.88×106次交变载荷作用未发生断裂;超声冲击处理使缝焊接头表层晶粒细化并形成塑性变形层,降低了其表面的微裂纹缺陷造成的应力集中,使表面残余拉应力变为了压应力,有利于改善缝焊接头的疲劳性能.     

超细晶纯钛的微动疲劳特性

利用自行设计的微动疲劳实验夹具装置研究超细晶纯钛在柱面-平面接触下的微动疲劳特性,分析循环应力对其微动疲劳寿命的影响,通过观察接触区磨损和断口形貌,分析其微动损伤机制。结果表明,当法向载荷不变时,超细晶纯钛的微动疲劳寿命随着循环应力的增加而减小,比常规疲劳寿命更小。微动疲劳裂纹于接触区边缘萌生,磨损区破裂严重且附着有磨粒,在磨粒磨损作用下加速了试样的疲劳失效。断口同时呈现出疲劳形貌和微动形貌,形貌从平滑转向粗糙直至断裂,裂纹由小变大,裂纹扩展速率也逐渐增加,且在裂纹扩展区存在二次裂纹;由于受力不均在裂纹扩展区与断裂区之间存在山脊状形貌。     

焊接残余应力对7N01铝合金疲劳裂纹扩展影响

焊接残余应力作为平均应力影响裂纹扩展. 将残余应力与外载平均应力分离,通过构建典型焊接残余应力场,借助扩展有限元计算焊接残余应力场的应力强度因子. 开展了紧凑拉伸（CT）试样的疲劳扩展试验,基于Walker公式将裂纹尖端平均应力强度因子K_m（静态量）和应力强度因子幅值ΔK（动态量）分离,获得疲劳裂纹扩展速率da/dN与K_m及ΔK的非线性关系. 结果表明,不同外载荷下,应力比与裂纹长度为非线性关系;残余应力对裂纹扩展存在尺度效应:CT试样裂纹长度小于2 mm时,残余应力场明显影响疲劳裂纹扩展速率;当裂纹长度大于2 mm,外载荷为主导因素.     

TA1钛合金自冲铆接接头疲劳性能及失效机理分析

采用轴向加载的形式对TA1钛合金自冲铆接试样进行疲劳试验,分析了不同因素下试样的疲劳强度变化规律;通过扫描电镜对试样失效断口和微动磨损进行分析,研究试样的失效机理. 结果表明,在同种铆接因素下,试样疲劳强度随应力比的增大而增大,随最大载荷值的增加而下降. 通过断口分析发现,铆钉断裂失效时,疲劳裂纹主要产生在钉胫外侧;基板断裂失效时,疲劳裂纹首先萌生在铆钉胫尾部与下板接触区域. 基板与铆钉的微动磨损在某种情况下存在竞争机制,当铆钉微裂纹扩展速率大于基板时表现为铆钉失效,反之为基板失效.     

焊趾裂纹在疲劳载荷下的扩展

本文的目的在于研究疲劳载荷下的焊趾裂纹扩展规律,并通过它来分析有限长度焊趾裂纹前沿的应力强度因子分布。试验采用LY—12R 铝合金制成几种焊趾裂纹的模拟试样。用疲劳勾线法求出前沿各点的裂纹扩展速率并与平板表面裂纹试样进行了对比.认为:中心加载焊趾裂纹在长度方向的扩展速率高于中心加载平板表面裂纹;偏心加载焊趾裂纹在长度方向的扩展速率高于中心加载扩展速率。随着相对偏心的提高,裂纹沿长度方向的扩展速率亦增加;表面残余压应力可以有效地抑制焊趾裂纹在长度方向的扩展速率.     

连接螺栓的失效分析

某构件进行疲劳性能试验时,连接螺栓发生断裂。通过断口宏微观观察、金相组织检查、硬度及化学成分检测,确定了连接螺栓的断裂性质和原因。结果表明：连接螺栓的断裂性质为微动疲劳;断裂原因是球轴承上由于某种偶然因素形成缺口,导致球轴承上裂纹的萌生和扩展,球轴承裂纹的产生使得连接螺栓与球轴承之间的预紧力减小,局部松动而产生不均匀接触,在径向有规律的往复载荷作用下,导致连接螺栓产生微动磨损,进而发生微动疲劳断裂。     

钛合金自冲铆接头微动磨损机理及疲劳性能

对钛合金同种TA1-TA1（TT）及异种TA1-Al5052（TA）,TA1-H62（TH）自冲铆接头进行疲劳试验,用扫描电子显微镜对断口及微动区进行观测研究其微动磨损机理,并研究下板强度对接头疲劳寿命和失效形式的影响.结果表明,断口裂纹萌生区即为微动磨损区.微动磨损导致微动区亚表面产生微裂纹并逐步扩展为宏观疲劳裂纹导致接头最终失效;微动磨屑在微动磨损过程中主要起减轻磨损作用.总体上TT接头具有最优疲劳性能,疲劳载荷较高时TA接头疲劳性能优异,疲劳载荷较低时TH接头疲劳性能优异.两板强度相当且疲劳载荷较高时失效形式主要为铆钉断裂,疲劳载荷较低时失效形式主要为下板断裂;而下板强度与上板强度相差较大时,疲劳失效形式为下板断裂.     

硅铝合金柴油机机体紧固面微动疲劳研究

目的针对柴油机机体和主轴承盖紧固面之间发生的微动疲劳失效现象,探讨微动状态下柴油机硅铝合金机体的裂纹萌生特性及寿命评价方法。方法建立机体紧固面组合结构有限元模型,计算机体紧固面上的应力/应变历史数据,在此基础上分析机体紧固面的接触状态,探讨摩擦系数及摩擦功对微动疲劳特性的影响。采用多轴疲劳参数(CCB、F、SSI、Ruiz参数)预测了机体微动裂纹萌生位置,对所用参数进行修正,建立适用于机体紧固面的微动疲劳寿命预测模型。结果预测结果与实验值对比可知,F、SSI参数与实验结果差异较大,CCB和Ruiz参数的寿命预测结果与实验值接近,在2.3倍公差带因子范围内。但由于CCB参数预测的裂纹萌生位置和机体实际断裂位置不符,所以不能用于机体微动疲劳寿命预测。结论在接触状态突变的区域容易萌生微裂纹,适当增大摩擦系数或者降低摩擦功可以抑制机体的微动疲劳损伤。Ruiz参数预测的机体微动疲劳寿命与实验值最为吻合,用Ruiz参数评估柴油机硅铝合金机体的微动疲劳寿命可以将误差控制在2.3倍公差带因子范围内。     

热疲劳裂纹张开过程的有限元模拟

用有限元方法并考虑材料的多线性随动强化性质对带有裂纹的简单试件模型进行热疲劳分析,研究热疲劳裂纹张开的过程和规律。试件上下端固定,左侧温度按照60℃-240℃-60℃循环,右侧恒温60℃,裂纹位于左侧中部。热疲劳裂纹张开、扩展的直接动力是垂直裂纹面的拉应力,其产生是由于在升温半循环中左侧材料膨胀受压产生压缩塑性变形,经历降温半循环温度回到初始温度60℃时,试件左侧塑性变形不能完全恢复,于是拉应力产生,裂纹张开。在稳定的温度循环下,由于试件左侧塑性变形不断累积,热疲劳裂纹的张开位移和应力强度因子增加,并趋于稳定。     

Crack propagation of Mg-Li alloys by impact load

Under impact load, using energy estimation and updated finite element method, the crack propagation of Mg-Li alloys was studied, and the relations between high speed impact, time interval and crack propagation velocity were deduced. The effects of impact pattern characteristic parameters such as impact range and time interval on impact fatigue crack growth and propagation rates were discussed. The results show that with the development of crack length, the crack propagation rate along the central sample alloy swiftly increases to the maximum. Then, the crack of other parts has different rate variations. The calculation and simulation results fit well with the experimental ones, which verifies the validity of energy estimation and updated finite element analysis. Impact loading usually induces materials and accelerates the fatigue crack growth.