变幅载荷下的钢板弹簧疲劳裂纹扩展研究

钢板弹簧疲劳裂纹在变幅载荷作用下的扩展预测模型主要是Schütz疲劳裂纹扩展模型,但此模型未考虑裂纹闭合效应对疲劳裂纹扩展的影响,忽略了参数C和n随应力比的联系,疲劳裂纹门槛值△Kth也只考虑应力比为0的特殊工况.因此对Schütz疲劳裂纹扩展唯象模型进行修正,使修正后的模型各参数物理意义更加明确,适用于不同的工况.并将实车试验所测的应力幅值运用于修正后的模型,表征变幅载荷作用下钢板弹簧疲劳裂纹扩展进程.表明加载幅值增大,疲劳裂纹扩展速率加快,试验结果与模型预测结果良好吻合,为变幅载荷作用下疲劳裂纹扩展速率的计算提供了理论依据.     

谱载荷作用下的疲劳裂纹扩展

谱载荷中各级载荷间的交互作用必须考虑,尤其是高载荷对低载荷产生的迟滞效应。裂纹扩展的试验结果表明,循环加载中首次高载荷对随后的裂纹扩展迟滞影响是明显的。     

疲劳裂纹扩展速率试验载荷的确定

本文分析了疲劳裂纹的扩展规律,给出了疲劳裂纹在线弹性或小范围屈服状态下,于亚临界扩展时,确定试验载荷的方法,为疲劳裂纹扩展速率试验确定载荷提供一种途径。试验证明,此方法理论充分、可靠简单、经济,有一定推广价值。     

裂纹扩展速率对比试验的研究

本文阐述了如何进行裂纹扩展速率(da/dN)对比试检,并给出了一种高强合金不同工艺的da/dN对比试验的实例。试验按航标的规定进行,计算da/dN采用“七点递增多项式”拟合微机方法。对比采用固定△K,用插值法求取相应的da/dN数据,给定5％的显著度,在B区范围内,对比其lgda/dN—lg△K直线,(用统计处理的成组对比法)。对比结果:在显著度为5％情况下,三种工艺状态的抗裂纹扩展能力无显著差异。就裂纹扩展速率而言,此工艺一、工艺二可应用于工程中。     

压缩循环载荷下疲劳裂纹扩展的实验研究

通过对零－压载荷下的疲劳裂纹扩展试验。研究ＬＹ１３ＣＺ试件在压缩循环载荷下的裂纹扩展规律。发现在压缩循环载荷下疲劳裂纹可以扩展，但不铳即发生休眠。其休眠长度与反复塑性区的尺寸相当。     

低周循环载荷下裂纹扩展速率的计算方法

介绍了用能量分析推导疲劳裂纹扩展速率的理论方法。并给出了试验验证的结果。对低会金钢低周循环载荷下裂纹扩展速率计算方法的应用进行了检讨。     

腐蚀疲劳裂纹扩展的计算与修正方法

本文介绍了腐蚀环境条件下疲劳裂纹扩展的计算与修正方法.在损伤容限设计中,进行疲劳裂纹扩展和寿命计算时,应以相同材料状态在相同试验条件下的试验结果为依据。当缺乏相应条件下的试验数据时,可根据其它一些试验结果进行近似估算或修正,文中提出了具体的估算或修正方法。     

一种计入过载峰影响的变幅载荷下裂纹扩展寿命计算方法

采用逐级计算法,并Wheeler假设计入过载峰对裂纹扩展速率的影响,提出一种计算变幅循环载荷作用下的疲劳裂纹扩展寿命的方法,编制了相应的微机计算程序.通过计算结果与实验数据的对比,证实本文方法能有效应用于某些工程问题的分析计算,其结果非常接近实际.     

冲击疲劳载荷下的疲劳裂纹起始与扩展

提出了利用冲击疲劳试验机测定疲劳裂纹起始寿命和裂纹扩展速率的原理和方法，建立了应力强度因子范围△Ｋ与冲击能之间的定量表达式，实验测定了超高强度钢的冲击疲劳裂纹起始寿命与裂纹扩展速率，并给出了相应的表达式。     

冲击和非冲击疲劳载荷下裂纹扩展的研究

对几种典型材料分别进行了四点弯曲冲击和非冲击疲劳裂纹扩展试验。结果表明,相同ΔK条件下,冲击和非冲击疲劳裂纹扩展速率之间存在三种类型的关系,这三种类型的关系与材料在两种载荷制度作用下的微观断裂机制紧密相联,统一了过去在冲击和非冲击疲劳裂纹扩展对比试验中的矛盾结果。     

填充天然橡胶材料裂纹扩展模型的建模方法

填充天然橡胶材料疲劳裂纹扩模型是指裂纹扩展速率与撕裂能峰值之间的关系,它是用于橡胶减振元件疲劳寿命预测的重要模型。在裂纹扩展试验得到的填充天然橡胶材料裂纹扩展长度与循环次数的数据中,由于橡胶的应力软化现象,试验后期的部分数据不可用。为此,建立了数据处理方法,获得有效的裂纹扩展长度与循环次数数据。基于单轴拉伸载荷下填充天然橡胶材料最大应变能密度与最大应变满足幂函数关系的假设,建立了变幅加载工况下裂纹扩展长度与循环次数的数学模型和识别其模型参数的优化方法。在建立的裂纹扩展长度与循环次数模型的基础上,建立了裂纹扩展速率与撕裂能峰值关系的模型和确定模型中参数的数值方法。利用一组哑铃型试片的疲劳寿命实测数据,对建立的裂纹扩展速率模型进行了验证,证明了所建立模型的正确性。     

两种工程结构用钢疲劳裂纹扩展速率的试验研究

对工程结构用钢20MnHR、A508-Ⅲ焊缝和热影响区的疲劳裂纹扩展速率进行了试验研究。试验采用CT试样，用七点递增多项式法求(da/dN)i与(△K)i，并分别将焊缝和热影响区同一组多个试样的(△K)i和(da/dN)i数据点合在一起进行整体回归分析。试验中得列了20MnHR疲劳裂纹扩展速率的斜率转折点，分别测出了平面应变区和平面应力区的Paris表达式。试验分析说明，以平面应变性质为基础的Paris表达式应用于实际工程结构较为安全。     

变幅载荷下填充型天然橡胶疲劳试验与预测方法研究

以填充天然橡胶哑铃型圆柱试件为研究对象,进行不同应变比R与变幅载荷下的单轴疲劳试验,并分析变幅载荷对疲劳寿命的影响。以应变幅值为损伤参量,建立基于应变比R=0的等效应变幅值统一疲劳寿命预测模型,利用该模型预测所有应变比工况下的疲劳寿命,其预测值与实测寿命的偏差在2倍分散因子以内;对不同应变比R、载荷水平、加载顺序与停顿时间等变幅载荷下的疲劳寿命进行单轴疲劳试验,基于Miner线性损伤法则预测变幅载荷下的疲劳寿命,和实测寿命相比其偏差都落在2倍分散因子以内;对哑铃型试件进行随机载荷疲劳试验,通过雨流统计和不同应变比R下的统一疲劳寿命预测模型计算其总寿命,预测结果和实测结果最大误差在34%以内。验证了Miner线性损伤法则在填充型天然橡胶疲劳寿命预测中的普适性,所建立的不同应变比R下的等效应变幅值统一疲劳寿命预测模型可用于橡胶隔振器的前期耐久评估。     

铝硅钛合金疲劳裂纹扩展行为研究

以电解铝硅钛中间合金为主要原料，熔炼与ZL101A合金成分基本相同的合金AST101，对比研究了AST101和ZL101A合金的疲劳裂纹扩展行为。在应力比R=0.1和0.5的试验条件下，AST101合金的抗疲劳裂纹扩展能力不如ZL101合金。金相分析表明，AST101合金的铁含量较高，在合金中形成了脆性针状富铁相，该相自身的断裂和与基体的脱粘促进了合金疲劳裂纹的扩展，此外，AST101合金的微观组织特性影响了疲劳裂纹的闭合程度，也降低了合金的抗疲劳裂纹扩展能力。     

弹塑性疲劳裂纹扩展行为的数值模拟

基于ABAQUS有限元软件建立内聚单元模型以研究I型弹塑性疲劳裂纹的扩展过程。利用UEL子程序定义内聚单元的疲劳损伤累积准则以识别疲劳裂纹扩展过程中裂纹尖端的位置,并预测裂纹扩展速率da/d N。结果发现,预测的裂纹扩展速率与已有的试验结果吻合良好。通过ABAQUS软件中的温度-位移耦合分析方法同步获取裂纹扩展过程中因塑性变形能引起的裂纹尖端瞬态温度场的变化。结果显示,疲劳损伤累积准则所识别的裂纹尖端位置与裂纹扩展时最大温升点的位置具有一致性。这说明疲劳裂纹扩展过程中温度信号的变化也可以用于裂纹扩展规律的研究。基于数值模拟的方法验证了疲劳裂纹扩展过程中裂纹尖端的温升信号ΔT与裂纹扩展速率da/d N、应力强度因子范围ΔK之间的幂函数关系。研究成果有望用于疲劳裂纹扩展寿命的快速预测。     

疲劳近门槛值区裂纹扩展模式变化的试验研究

利用扫描电镜观察疲劳门槛值区试样的裂纹表面形貌,研究了疲劳门槛值区裂纹扩展模式的分布,分析了裂纹扩展模式的变化对疲劳裂纹扩展速率da／dN的影响。结果表明,断口形貌存在面型断裂（沿晶或穿晶）（Faceted Fracture,FF）,面型断裂分数（Percentageof Faceted Fracture,PFF）最大值出现在循环塑性区尺寸接近原始奥氏体晶粒直径时。通过比较循环塑性区尺寸与晶粒尺寸,随着应力强度因子幅值AK的降低,裂纹先以辉纹型模式扩展,在PFF达到最大值后,裂纹以晶体学模式扩展。辉纹型模式扩展时,PFF的变化对da／dN影响不大;晶体学模式扩展时,由于FF诱发裂纹闭合,从而降低da／dN。     

离心轮内部疲劳裂纹扩展及其无损定量表征

为研究某离心轮内部疲劳裂纹扩展及其无损定量表征,开展了高速低循环旋转疲劳试验以及多种无损检测定量表征、断口分析、疲劳裂纹扩展仿真对比研究.研究结果表明:疲劳裂纹到达表面后,疲劳裂纹处于非稳定扩展阶段;20000～21700循环间,区间疲劳裂纹扩展速率仿真值与无损表征值接近;21700～21789循环间,区间疲劳裂纹扩展...     

预测疲劳裂纹扩展的多种理论模型研究

大多数工程断裂是因疲劳而引起的,所以金属材料的低周疲劳和裂纹扩展速率性能一直受到安全设计部门的关注。长久以来,国内外学者在建立金属材料低周疲劳行为和裂纹扩展速率性能之间的关系方面进行了多材料和多角度的研究。基于平面应力裂纹尖端小范围屈服应力应变场和疲劳裂纹扩展失效准则,提出用于I型疲劳裂纹扩展速率的预测模型。针对国内外相关工作的研究,基于平面应力裂纹尖端小范围屈服应力应变场和疲劳裂纹尖端循环塑性区内的应变能失效准则,提出一个可用于I型疲劳裂纹扩展速率的预测模型。借助已发表的15种金属材料对应的低周疲劳和裂纹扩展速率性能数据,详细分析和比较所提出的预测模型与其他6种预测模型的预测规律和结果。研究表明,所提出的预测模型能够预测更广泛的金属材料疲劳裂纹扩展速率,并且较其他6中预测模型更符合安全设计的理念。     

使用疲劳裂纹扩展数据的疲劳裂纹扩展的可靠性分析方法

利用现有的疲劳裂纹扩展数据或疲劳裂纹扩展试验的不完全数据 ,对疲劳裂纹随机扩展的可靠性进行了研究。基于疲劳裂纹扩展的确定性模型 ,导出了疲劳裂纹扩展的随机公式。利用现有的疲劳裂纹扩展数据或疲劳裂纹扩展试验的不完全数据 ,对疲劳裂纹扩展随机公式中的随机变量的分布进行了估计 ,得到了其分布的数字特征 ,用Monte Carlo方法得到了疲劳裂纹扩展寿命的失效概率的点估计。实例分析表明了本文方法的实用性和可行性     

温度对动车组车轮钢服役次生疲劳裂纹起裂扩展特性影响

高速动车组车轮材料在严酷服役温度条件下的抗疲劳裂纹起裂与扩展能力是制定车轮合理维修周期和进行服役寿命评估的基础。选用高速动车组用ER8C车轮钢作为研究对象,对其在-60~60 ℃服役温度范围内进行了应力疲劳试验及疲劳失效机制探讨。结果表明：随着测试温度的升高,轮辋、轮辐材料疲劳寿命均呈现出显著缩短趋势;在较高的服役温度条件下,试样出现了半椭圆形的次生疲劳裂纹起裂扩展形貌特征,且由于轮辋与轮辐不同位置材料强度韧性的差异,使得产生次生疲劳裂纹起裂扩展形貌特征所对应的温度条件不同,对于轮辋材料,当试验温度升高到50 ℃时,试样开始产生次生疲劳裂纹,而对于轮辐材料,当试验温度升高到30 ℃时,试样便开始产生次生疲劳裂纹;通过对主次生疲劳裂纹的扩展特性比较分析可知,随着应力强度因子幅值的增大,材料微观薄弱区域由珠光体片层层间转变为珠光体团晶粒边界。