疲劳裂纹萌生的微细观过程与内部疲劳极限理论

通过对现有的各种疲劳裂纹萌生（形核）模型的分析以及对表面形变强化材料疲劳裂纹萌生现象的大量观察与分析,发现现有形核理论有若干不足。为此,提出了新的“疲劳裂纹萌生微细观过程理论”,并进而提出了表征金属材料疲劳性能的又一个新的特征参量——“内部疲劳极限”。根据提出的新理论,可对目前许多难以理解的疲劳现象,给出较圆满的解释。     

稀土相与表面处理对Ti-60钛合金疲劳源的影响

对Ti-60高温钛合金的疲劳断口进行了扫描电镜（SEM）、二次电子像（SEI）背散射电子像（BEI）分析，根据疲劳裂纹源所在位置的不同研究了Ti-60高温钛合金的疲劳裂纹源位置。结果表明，疲劳裂纹源在表面未强化试样表面稀土相处萌生，而对表面强化试样而言，疲劳裂纹源在表面强化层下稀土相处或滑放区萌生。用疲劳裂纹萌生的微细观过程理论对疲劳裂纹萌生的条件及疲劳强度的影响进行了分析。     

超高周疲劳寿命预测方法探讨

分析了金属材料超高周疲劳断口形貌特征,介绍了基于Paris公式的裂纹扩展寿命预测模型和基于位错理论的疲劳裂纹萌生寿命预测模型,并结合前期有关金属材料超高周疲劳行为的试验数据,对2种预测模型的误差进行分析。结果表明,基于位错理论的寿命预测模型较为准确;而基于Paris公式的裂纹扩展寿命预测模型,其预测精度随着疲劳寿命的增加而降低,即材料组织缺陷萌生成为疲劳裂纹阶段占据疲劳寿命的绝大部分。在此基础上,提出了超高周疲劳寿命预测的研究方向:疲劳裂纹的萌生机制,特别是裂纹源表面萌生和内部萌生的竞争性机制;建立大样本数据,结合统计学方法,以工程构件的服役安全性和可靠性为基础,精确评价超高周疲劳寿命。     

基于连续损伤力学的高低周复合疲劳损伤

基于连续损伤力学(CDM)的经典损伤理论和不可逆热力学原理，分别对高周和低周疲劳载荷下的损伤演化模型进行了研究，进而推导出一个新的高低周复合疲劳损伤模型；将该模型编写为UMAT耦合到ABAQUS有限元分析软件中，实现了对缺口材料高低周复合疲劳损伤的模拟及裂纹萌生位置和萌生寿命的预测；同时研究了不同的高低周循环比对裂纹萌生寿命的影响.结果表明,裂纹容易在缺口根部应力集中处萌生；该模型考虑了高低周循环的交互作用，模拟计算结果更符合实际情况；同时通过研究发现高的循环比会使裂纹的萌生加速.     

蠕变疲劳交互作用下裂纹萌生的有限元模拟

通过结合初始应力应变场与连续损伤力学理论以及单元失效和裂纹萌生准则,构建了蠕变-疲劳交互作用下裂纹萌生的预测模型,将模型编写为UMAT耦合到ABAQUS有限元分析软件中,实现了初始无缺陷结构蠕变-疲劳交互作用下裂纹萌生的有限元模拟,并分析了影响裂纹萌生寿命的因素.通过与线性累计损伤理论对比发现,裂纹萌生位置蠕变损伤和疲劳损伤具有相互促进作用,蠕变疲劳的交互作用使裂纹萌生寿命减小;蠕变和疲劳载荷加载顺序对损伤的累积具有很大影响,模拟发现承受蠕变载荷的结构在承受后续循环载荷下总损伤值更大,裂纹萌生寿命更短.     

基于工业CT的材料疲劳寿命预测

在分析材料的工业CT图像基础上,提出了一种疲劳寿命预测方法。在该方法中,首先将裂纹的萌生、扩展过程分为显微尺度细观裂纹、CT尺度裂纹和宏观裂纹三个阶段;然后采用不同的裂纹萌生、扩展标准对材料疲劳寿命进行预测;最后相加各阶段预测寿命,得到材料疲劳寿命。与疲劳累积损伤理论法、名义应力法等相比,该方法预测的材料疲劳寿命具有较高的精度。     

回火处理温度对40Cr钢疲劳损伤过程的影响

用系统分析方法定义了疲劳损伤变量，结合对试样疲劳损伤过程的扫描电镜观察，在线跟踪了40Cr钢试样及其在不同回火温度下疲劳裂纹萌生期问的疲劳损伤过程。实验结果表明：随着回火温度的上升，40Cr钢的疲劳过程有所不同，使裂纹萌生寿命不断提高，但回火温度与裂纹萌生寿命之问不是简单的线性关系；在450℃以下，随回火温度提高，裂纹萌生寿命明显提高；在450℃至580℃之间，随回火温度的提高，裂纹萌生寿命增加不明显。     

（F＋M＋A）三相钢低周疲劳的扫描电镜动态研究SCIEI

用扫描电子显微镜疲劳加载台进行动态原位观察，研究了奥氏体（Ａ）在（Ｆ＋Ｍ＋Ａ）三相钢低周疲劳裂纹萌生和扩展过程中的作用．结果表明，在低周疲劳裂纹的萌生和早期扩展阶段，三相钢中的奥氏体会降低疲劳缺口敏感性，延长裂纹萌生期，使裂纹路径弯折并降低扩展速率．在高应变疲劳阶段，因奥氏体应变诱发相变生成马氏体，其边界是裂纹扩展的低能通道，从而加速裂纹的扩展．并提出了一个能量判据：当裂尖扩展功小于Ａ→Ｍ转变的能量时，奥氏体会提高材料的疲劳抗力，反之奥氏体会加速疲劳裂纹的萌生和扩展．     

铜晶体的疲劳损伤微观机制

对Cu单晶体、双晶体和多晶体疲劳损伤微观机制的总结结果表明：在中、低应变范围Cu单晶体的疲劳裂纹主要沿驻留滑移带萌生，而在高应变范围则沿粗大形变带萌生；Cu双晶体中疲劳裂纹总是优先沿大角度晶界萌生和扩展，而小角度晶界则不萌生疲劳裂纹；对于Cu多晶体，疲劳裂纹主要沿大角度晶界萌生，有时也沿驻留滑移带萌生，而孪晶界面两侧由于滑移系具有相容的变形特征而未观察到疲劳裂纹萌生．     

GH536高温合金焊接接头疲劳裂纹萌生与扩展原位试验研究

采用原位疲劳试验方法,实时观察了GH536焊接接头疲劳裂纹的萌生和扩展行为,从而揭示了GH536焊接接头疲劳裂纹的萌生和扩展机制:疲劳加载过程中,位错沿滑移带在晶界前沿塞积,晶界阻碍位错运动,裂纹沿滑移带开裂,萌生疲劳裂纹;疲劳裂纹扩展初期,受单滑移的交替作用,裂纹呈“Z”字型向前扩展,随后裂纹的扩展逐渐以主应力控制为主,垂直于加载方向、平直向前扩展;GH536合金焊接接头组织中的晶界和碳化物会阻碍疲劳裂纹的扩展。