NR胶料疲劳破坏寿命的断裂力学描述

本工作应用断裂力学理论从定性和定量角度解析NR胶料的疲劳破坏寿命和断裂特征,对动态疲劳过程中胶料结构与性能的变化进行了初步分析.     

切口参数对静态弯曲断裂和超低周疲劳的影响

探讨了切口参数对静态弯曲应力应变曲线和切口半径对断裂名义应力的影响，并给出了以切口根半径作参量的断裂条件，分别分析了切口半径对超低周应变疲劳和应力疲劳曲线的影响，得出应变疲劳的曲线比应力疲劳曲线更能反映低周疲劳特性的结论。     

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.     

硅烷偶联剂改性白炭黑在丁苯橡胶中的应用

研究了硅烷偶联剂改性白炭黑在丁苯橡胶 (SBR)中的应用 ,探讨了硅烷偶联剂种类和用量对SBR胶料性能的影响。结果表明 ,在使用白炭黑的SBR胶料配方中加入硅烷偶联剂 ,可以降低胶料的门尼粘度 ,缩短硫化时间。胶料的综合力学性能都有不同程度的提高。     

应变疲劳公式的研讨

本文提出了一个应变疲劳损伤模型。根据这一模型和其他研究成果,对Coffin-Manson公式作了修正,从而得出了一个新的应变疲劳公式。利用文献中的应变疲劳实验结果,对新公式进行了客观的校核。只要确定了材料的断裂延性和疲劳极限,即可利用新公式来估算金属结构材料的应变疲劳寿命。     

1.25Cr0.5Mo钢疲劳蠕变及免于蠕变失效分析

为对高温环境下CrMo钢设备的安全使用进行评估，提出了1.25Cr0.5Mo钢免于蠕变评定的判定条件.进行了1.25Cr0.5Mo钢540　℃环境下应力控制的疲劳蠕变交互作用的试验，得到了材料的循环硬化特性曲线，并对不同应力幅和平均应力条件下非弹性应变、平均应变、非弹性应变能随循环周次的变化规律进行了研究，建立了第一类、第三类疲劳蠕变交互作用断裂特征图.研究结果发现，在应力幅略小于平均应力的条件下，材料产生疲劳蠕变交互作用，材料断裂寿命下降较快，材料断裂延性达到最低.当应力幅大于等于平均应力时，可忽略蠕变因素的影响，材料可免于蠕变评定.     

ZG20SiMn铸钢的应变疲劳行为研究

为了深入理解ZG20SiMn铸钢在应变疲劳期间的循环变形及断裂行为,在应变控制模式下针对ZG20SiMn铸钢的疲劳行为进行了研究.结果表明,在应变控制的加载模式下,ZG20SiMn铸钢可表现为循环硬化和循环稳定特征,主要取决于外加总应变幅的高低,且其弹性应变幅、塑性应变幅与疲劳断裂时的载荷反向周次之间表现为单斜率线性行为.透射电镜分析结果表明,ZG20SiMn的疲劳变形机制主要为波状滑移机制.扫描电镜分析结果表明,在不同的外加总应变幅下,疲劳裂纹均以穿晶方式萌生于ZG20SiMn铸钢试样表面,并以穿晶方式扩展.     

重载辙叉用贝氏体钢的疲劳性能研究

以提高重载辙叉用贝氏体钢的疲劳性能为目的,对不同成分贝氏体钢的组织性能进行模拟计算和检测分析,探讨了合金元素、疲劳强度指数、疲劳塑性指数、温度、载荷频率以及应变幅等参数的变化对重载辙叉用贝氏体钢疲劳性能的影响规律.结果表明,随着合金元素含量的增加,重载辙叉用低、中碳合金贝氏体钢的强度、塑性增加;过渡寿命降低11.2%,高周疲劳性能提高.随着疲劳塑性指数、疲劳强度指数减小,相同总应变的疲劳寿命提高;随着温度增加,断裂应力与弹性模量均下降,且相同总应变的疲劳寿命提高;随着载荷频率、应变幅的增加,断裂应力增加,且相同总应变的疲劳寿命降低.     

SBR改性沥青在寒冷地区的路用性能

目的研究SBR改性沥青在寒冷地区的适用性．方法结合北方寒冷地区的气候特点,采用SBR改性剂对辽河90^#沥青进行了改性研究,并进行了改性沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、抗疲劳性能、水稳定性等路用性能试验．结果综合考虑经济技术两方面的因素,SBR改性剂的最佳掺入的质量分数为4％;SBR改性沥青混合料的冻融劈裂强度明显大于基质沥青混合料,TSR提高比例为12％;SBR改性沥青的车辙动稳定度约是基质沥青的3倍;SBR改性沥青的破坏应变约是基质沥青的1．5倍;当都采用4．5MPa应力加载时,SBR改性沥青混合料的疲劳寿命是基质沥青混合料疲劳寿命的5倍．结论研究表明辽河90^#沥青经SBR改性后的路用性能有了显著的提高;适合北方寒冷地区的气候特点．     

挤压变形Mg-Mn-Zn-Ce合金的低周疲劳行为

针对稀土镁合金的疲劳行为进行研究,可为新型稀土变形镁合金的抗疲劳设计和合理利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Mg-Mn-Zn-Ce合金的循环变形行为和断裂机制.结果表明：对于挤压变形Mg-Mn-Zn-Ce合金而言,除在最低的外加总应变幅下呈现初期循环应变硬化,其后呈现循环稳定外,在其它外加总应变幅下均表现为循环应变硬化,且合金的弹性应变幅、塑性应变幅与断裂时的载荷反向循环周次之间的关系可分别用Basquin和Coffin-Manson公式描述.此外,疲劳裂纹的萌生和扩展均以穿晶方式进行.     

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。     

Metal magnetic memory testing for early damage assessment in ferromagnetic materials

In order to investigate the physical mechanism of metal magnetic memory testing, both the influences of earth magnetic field and applied stress on magnetic domain structure were discussed. Static tension and fatigue tests for low carbon steel plate specimens were carried out on hydraulic servo testing machine of MTS810 type and magnetic signals were measured during the processes by the type of EMS-2003 instrument. The results indicate that the initial magnetic signals of specimens are different before loading. The magnetic signals curves are transformed from initial random to regular pattern due to the effect of two types of loads. However, the shape and distribution of magnetic signal curves in the elastic region are different from that of plastic region in tension test. While in fatigue test those magnetic signals curves corresponding to different cycles are similar. The Hp (y) value of magnetic signals on the fracture zone increases dramatically at the breaking transient time and positive-negative magnetic poles occur on the two parts of fracture zone.     

硫化氢腐蚀疲劳环境中高压气瓶临界裂纹尺寸计算

针对当前高压天然气瓶缺乏“检验与评价标准”的现状,按照断裂力学与概率统计理论,从H2S应力腐蚀角度出发,在符合实际工况的中等质量分数的H2S溶液、6．7μHz超低周频率下进行了系列试验,得到了腐蚀疲劳裂纹扩展速率dα／dN-△K的数学表达式．用逆推方法,在综合考虑H2S应力腐蚀下的极限裂纹尺寸、腐蚀疲劳环境中的裂纹扩展量、实验数据的随机性与可靠度、不同检验周期实用性的基础上,定量给出了多种检验周期下气瓶初始最大允许裂纹尺寸,绘制了裂纹评定图,为制定气瓶的检验周期及进行寿命评估提供了实验依据．     

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.     

Metal magnetic memory testing for early damage assessment in ferromagnetic materials

In order to investigate the physical mechanism of metal magnetic memory testing, both the influences of earth magnetic field and applied stress on magnetic domain structure were discussed. Static tension and fatigue tests for low carbon steel plate specimens were carried out on hydraulic servo testing machine of MTS810 type and magnetic signals were measured during the processes by the type of EMS-2003 instrument. The results indicate that the initial magnetic signals of specimens are different before loading. The magnetic signals curves are transformed from initial random to regular pattern due to the effect of two types of loads. However, the shape and distribution of magnetic signal curves in the elastic region are different from that of plastic region in tension test. While in fatigue test those magnetic signals curves corresponding to different cycles are similar. The H _p(y) value of magnetic signals on the fracture zone increases dramatically at the breaking transient time and positive-negative magnetic poles occur on the two parts of fracture zone. Foundation item: Project(50235030) supported by the National Natural Science Foundation of China     

Anisotropy of Fatigue Behavior and Tensile Behavior of 5A06 Aluminum Alloy Based on Infrared Thermography

The fatigue behavior during high cycle fatigue testing and the tensile behavior of 5A06 aluminum alloy considering the anisotropy were studied.Two types of specimens including longitudinal specimen(parallel to the rolling direction) and transverse specimen(perpendicular to the rolling direction) were prepared.Infrared thermography was employed to monitor the temperature evolution during the fatigue and tensile tests.The temperature evolution curves in the two directions were contrastively analyzed.It is found that the temperature evolution during fatigue process possesses four stages:initial temperature rise stage,slow temperature decline stage,rapid temperature rise stage,and finial temperature decline stage.The heat generating mechanisms of the four stages are discussed.Obvious differences can be found between the longitudinal specimen and transverse specimen in fatigue strength and fatigue life.The fatigue strength and fatigue life of longitudinal specimen are higher than those of transverse specimen.During the tensile and fatigue testing process,the fracture temperature in the transverse direction are higher than that in the longitudinal direction.The fatigue strength prediction by means of infrared thermography has a good consistency with that by the traditional method.     

不同应力比下SiCp/Al复合材料疲劳裂纹扩展行为

为了研究应力比对SiC颗粒增强铝基复合材料疲劳性能的影响,采用真空液态搅拌法制备了SiCp/Al复合材料,并对CT试样循环加载测定其裂纹扩展曲线.研究了三种不同应力比下的裂纹扩展行为,结果表明:随着应力比R增大,疲劳裂纹扩展速率da/dN降低.疲劳裂纹的断口形貌塑性断裂越明显,裂纹尖端塑性区增大,裂纹尖端钝化越显著,二次裂纹数量增加.     

TC4钛合金的疲劳裂纹扩展Walker公式

为了研究不同应力比下TC4钛合金疲劳裂纹扩展特性,用Warker公式来描述不同应力比下的疲劳裂纹扩展速率.按照标准试验方法,试验加载应力比分别为0.06,0.5,0.7.利用递增多项式数据处理的计算程序,绘制了铸造TC4钛合金疲劳裂纹扩展速率曲线,并对疲劳断口进行扫描分析,计算Walker公式下的材料常数.结果表明,当应力比R≥0时,疲劳裂纹扩展速率随应力比的增大而增大,表现为疲劳条带间距增大.计算得材料常数m为4.082 16,n为-0.023 91,C为6.963 04×10-7.     

PP纤维水稳碎石抗弯韧性及疲劳性能试验研究

通过四点弯曲试验和疲劳试验,对聚丙烯(PP)纤维水泥稳定碎石和普通水泥稳定碎石半刚性基层材料的弯曲韧性及疲劳性能进行了研究。试验得到两种材料的荷载-挠度曲线,按照JCI和ASTMC1018-97标准方法,计算得到两种材料的韧性指数;试验还得到材料在不同应力水平下的疲劳寿命,并回归出疲劳方程。研究结果表明,与普通水泥稳定碎石相比,体积掺量仅为0.077%的PP纤维水泥稳定碎石的抗折强度提高约10%,极限变形提高150%,JCI韧性指数提高67.7%,ASTM C1018-97韧性指数提高36.1%~79.8%,疲劳寿命提高126%~352%,增强效果十分显著。同时,基于断裂力学原理,揭示了纤维的阻裂增韧和抗疲劳机理。