超声冲击对高强铝合金搅拌摩擦焊接接头疲劳机制影响的研究进展

疲劳破坏常源于材料表面及次表面,同时也是材料最主要的失效方式,搅拌摩擦焊接结构也不例外。因此,提升焊接接头表面性能对于提高焊接接头疲劳寿命显得尤为重要。超声冲击处理技术作为一种新型表面后处理技术,对焊接接头疲劳性能的影响机制受到广泛关注与研究。作者对超声冲击改善搅拌摩擦焊焊接接头应力集中、残余应力、微观组织、不同超声冲击参数对接头疲劳性能的影响以及数值模拟技术与应力-寿命曲线在整个研究过程中的应用等方面进行综述,并展望超声冲击处理技术未来的研究方向。     

碟形封头与筒体连接处边缘应力的研究

对一台实际的受压容器进行研究,用电测法测量在不同的压力下碟形封头和筒体连接处的应变值,并经过所编制的程序进行计算得到真实的应力值;同时通过薄膜理论计算得到相应的测试点的薄膜应力,然后对两种应力分析,探讨了薄膜应力计算公式的正确性,验证了碟形容器的应力计算方法,对实际容器应力的测定有指导意义.分析表明:在连接处或者不连续区应力会发生变化,而且在某些点应力会急剧增大.     

建筑用抗震钢HRB400EⅢ级钢筋焊接接头的低周疲劳性能

采用轴向应变控制方法,在MTS809拉扭复合疲劳试验机上开展了HRB400EⅢ级钢筋母材及焊接接头的低周疲劳试验,获得了母材及焊接接头的低周疲劳性能,如循环应力响应特征、循环应力-应变关系以及寿命预测公式等.通过断口电镜扫描发现,HRB400EⅢ级钢筋焊接接头的裂纹萌生于试件表面,且存在多处裂纹源.研究结果表明,焊接接头与母材的低周疲劳寿命及微观断裂机理方面均存在明显差异,并从力学性能变化的角度对引起差异的原因进行了解释.     

Q345R钢湿硫化氢预腐蚀低周疲劳行为

对Q345R钢在湿硫化氢环境中预腐蚀低周疲劳性能进行了研究,以硫化氢溶液的浓度和预腐蚀时间为环境因素.低周疲劳试验在MTS-809疲劳试验机上进行,对各试验组的结果数据进行回归分析,得到各试验组环境下Q345R钢的循环应力-应变曲线、应变-寿命曲线等低周疲劳特性.不同试验环境下的预腐蚀低周疲劳结果表明,材料循环应力应变响应特性不受环境因素影响,为循环硬化特性;预腐蚀时间因素对材料低周疲劳寿命的影响比硫化氢溶液的浓度因素显著.试样断口为典型的低周疲劳断裂形貌,裂纹扩展阶段为脆性准解理断裂特征.     

球形封头的应力分布研究

对一台压力容器的球形封头应力分布进行研究,在研究方法上采用理论分析、数值模拟和试验测定三者相结合的方式。在理论方面,通过薄膜理论计算球封头相应测试点的薄膜应力。在试验方面,采用电测法对其测点的应力进行了测定。在数值模拟方面,利用ANSYS软件对其应力进行数值模拟。对三种应力分析方法进行对比分析研究,探讨了球形封头的应力变化规律及其影响因素,验证了封头的应力计算方法,对压力容器封头应力的测定具有指导意义。     

梁弯曲变形数值模拟比较分析

采用三维有限单元法分别对单一与复合材料的等截面梁进行数值模拟,并与梁的挠曲线的近似微分方程的计算结果进行比较,得出结论：对实心截面梁,无论单一材料或复合材料,只要跨高比小于5：1,剪力对挠度的影响不可忽略;跨高比大于9：1时,挠曲线近似微分方程的精度是足够的。     

碳纤维布对低屈服点钢BLY160低周疲劳性能的影响研究

采用轴向应变控制法,在电液伺服疲劳试验机MTS809上,对缠绕碳纤维增强聚合物(加固试件)和不缠碳纤维增强聚合物(母材)的低屈服点钢BLY160试样进行低周疲劳试验。研究了两种试验钢的低周疲劳性能,如循环应力响应特征、循环应力-应变关系以及低周疲劳寿命。通过拟合Hollomon公式和Manson-Coffin公式,推导出母材和加固试件的低周疲劳寿命预测公式。结果表明:母材和加固试件的裂纹源均萌生于试件表面,且加固试件表面有多处裂纹源,其疲劳断口韧窝比母材的更小、更密。缠绕碳纤维布能有效提高低屈服点钢的低周疲劳性能。     

拉伸预应变对Q345R钢低周疲劳性能的影响研究

采用轴向应变控制法,在MTS809电液伺服疲劳试验机上,开展了拉伸预应变后的压力容器用钢Q345R的低周疲劳试验,获得了不同预应变下材料的循环响应特征、循环应力-应变关系以及疲劳寿命等低周疲劳试验数据。结果表明:预应变对疲劳寿命影响较大,对循环响应特征基本没有影响,但提高了应力幅。通过Hollomon公式和Manson-Coffin公式拟合疲劳试验数据,建立了疲劳寿命的预测公式,试验数据与拟合曲线基本吻合。裂纹快速扩展区及最后断裂区的面积均随预应变的变化而变化。     

HRB400Ⅲ级抗震钢筋单轴棘轮行为研究

在室温下研究了HRB400Ⅲ级抗震钢筋在非对称循环加载下的棘轮行为,分析了应力幅、平均应力和应力速率对材料棘轮行为的影响。结果表明:棘轮应变会随着应力幅或者平均应力的增加而增加;在低应力幅下,晶内背应力会阻碍棘轮应变的积累;棘轮应变随着应力速率的增加而相应增加;然而,高应力速率下,材料的疲劳寿命会增加。在非对称循环加载中,应变能密度会随着应力幅和平均应力的增加而增加;材料在循环载荷下表现出明显的循环硬化特征。     

梯度纳米结构材料疲劳性能研究进展

利用严重塑性变形以及电沉积等方法制备的块体纳米晶、超细晶材料具有优越的力学性能以及独特的物理化学性能,但其韧性和抗应变局域化能力显著降低,加工硬化能力消失.块体纳米晶、超细晶材料由于具有较高的强度,能有效抑制疲劳裂纹萌生,从而有效提高应力控制循环载荷作用下的高周疲劳性能,但其塑性差,缩短了应变控制作用下的低周疲劳寿命.事实上,工程结构疲劳失效往往起源于材料表面,在循环载荷作用下,疲劳裂纹通常从材料表面萌生并向内部扩展.因此,优化材料表面微观组织结构和性能有利于提高其服役寿命.为此,近年来,人们通过开发一些新颖的表面改性方法来制备梯度纳米结构材料,这些方法也被称为表面自纳米化.与其他传统的表面改性技术相比,利用表面纳米化技术在金属材料表面制备梯度纳米结构表层,所得纳米结构表层具有硬度高、表面粗糙度小以及梯度层厚等特点.梯度纳米结构材料表层由纳米晶构成,而芯部仍然保持未变形粗晶基体结构,晶粒尺寸由表及里逐渐从纳米尺度变化到微米尺度,这一特殊的材料构筑形式使其具有优越的抗高、低周疲劳性能.目前,关于梯度纳米结构材料的力学性能,尤其是疲劳性能的研究已经成为该领域的一大研究热点,许多工程实际应用都得益于这一领域的研究成果,然而,目前尚缺乏文献系统总结这一研究成果.为此,本文系统总结了近年来关于梯度纳米结构材料疲劳性能研究的最新进展,对影响其疲劳性能的因素进行了深入分析,对梯度纳米结构材料疲劳性能研究所面临的许多亟待解决的基础科学问题进行了讨论和展望,为梯度纳米结构材料在这一工程领域的应用提供借鉴.