S38C车轴表层梯度材料的疲劳裂纹扩展性能研究*

为研究S38C车轴表层梯度材料的疲劳裂纹扩展性能,直接从现车车轴截取试样,保持实际车轴表层具有的显微组织、硬度及其残余应力呈梯度变化的情况,采用三点弯曲加载方法,检测疲劳裂纹在硬化层、过渡层和芯部基体的扩展性能。结果表明,随着表层裂纹长度的增加,疲劳裂纹扩展速率呈现先增加后减小最后增加的趋势。通过测量不同表层深度位置的残余应力分布,发现距车轴表面深度0～3 mm内存在较大的残余应力压应力,使得疲劳裂纹扩展需要更大的驱动力,而距车轴表面深度3 mm后转变为拉应力,对疲劳裂纹扩展没有影响。     

波浪场中水中悬浮隧道动力响应的研究

针对水中悬浮隧道在波浪力作用下动力响应的问题,通过Hamilton原理推导得到了悬浮隧道管段和锚索的运动控制方程,同时考虑了锚索横向和轴向变形之间的耦合作用,建立了悬浮隧道的动力响应模型,在时间域内采用逐步积分法迭代求解其运动控制方程。波浪力采用Airy线性波理论和Morison方程计算。计算结果表明:当锚索长细比较大时,锚索的自振模态会被激发,其横向和轴向变形之间的耦合作用不可忽略。随着入射波高或悬浮隧道重浮比的增加,悬浮隧道的横荡位移以及横摇角增大,但结构的垂荡位移以及锚索中的应力受波浪的影响较小。     

涡激振动行波动力学特征的数值模拟

采用数值模拟分析了水中大长径比结构物涡激振动行波动力学特征,以及水动力学阻尼和模型初始张力对于行波动力学特征的影响.数值模拟模型采用改进的尾流振子模型,该模型考虑了涡激振动横向运动和顺流向运动之间的耦合,考虑了张力沿模型长度的变化和流体的耗散.给出了用于评估行波在整个振动波中所占比例的方法,该方法采用行波椭圆来定量表征行波所占的比例,即行波比.数值模拟结果显示,行波比总体上呈现随流速增加的趋势,但在模态阶数变化的临界流速上突然降低.水动力学阻尼显著影响着行波比,阻尼比越大,行波比越大,行波对于整个振动波的贡献就越大.不同张力情况下,行波比突然下降的临界速度不同.初始张力影响模型的固有频率,影响模态阶数发生转变的流速,从而影响了行波比突然下降的临界流速.     

限定型高压扭转变形分析

利用量纲分析研究限定型高压扭转(HPT)变形的相关因素,在此基础上用有限元分析不同侧边摩擦条件和不同径厚比和不同侧面摩擦约束大小对纯铜试样角位移场的特点,讨论理想高压扭转公式适用的范围。量纲分析揭示,试样上变形与几何位置、径厚比、施加压力、材料弹性参数以及模具侧面的摩擦状况相关。有限元分析结果表明,可用幂函数形式的角位移约束来简化侧面摩擦,当幂指数不小于8时,试样上非HPT变形区域大小趋于稳定;当径厚比不小于5时,试样中心存在一个可用纯扭转变形描述的区域,非理想HPT区域大小不超过试样厚度尺寸;当径厚比不大于2时,试样上不存在理想HPT区域。     

激光熔覆TiC_p/Ni合金涂层中界面结构及界面硬度与弹性模量分布

利用激光熔覆制备了两类ＴｉＣｐ／Ｎｉ合金涂层与自生ＴｉＣｐ涂层不同,在添加ＴｉＣｐ涂层中,ＴｉＣｐ与基体界面处观察到 ＴｉＣ外延生长及 ＣｒＢ．相利用纳米硬度仪研究了涂层中 ＴｉＣｐ与基体的界面硬度 Ｈ及弹性模量 Ｅ的分布添加 ＴｉＣｐ与基体相界面加载的曲线存在位移突进（ｐｏｐ－ｉｎ）现象;原位ＴｉＣｐ界面附近加载曲线不存在ｐｐｐ－ｉｎ现象．原位ＴｉＣｐ相界面附近 Ｈ及 Ｅ较高并呈现连续梯度分布特征,表明原位ＴｉＣｐ界面具有高的刚度与强韧性．     

激光熔覆铁基大厚度非晶合金表层的研究

利用激光熔覆制备了大厚度铁基非晶合金表层,非晶层厚度为0．74mm,表征非晶合金过冷液相区的△T（非晶转变温度及晶化温度之差）为67K。XRD、TEM与DSC分析表明表层为单相非晶。分析了非晶形成机制。     

疲劳短裂纹的损伤特征和计算机模拟

对一种焊接用低碳钢的实验研究表明，疲劳短裂纹萌生了铁素体晶粒区域的滑移带，短裂纹数密度随疲劳周次不断增加，短裂纹的取向与所在铁素体晶粒的滑移位向相关。以所观察到的短裂纹特征为背景，用计算机模拟短裂纹萌生，扩展，汇合的演化过程，模拟结果显示，短裂纹损伤导致断裂的临界指数具有很宽的分布带，面裂纹路径具有较稳定的分维数值。     

S38C车轴钢的旋转弯曲和超声振动疲劳性能研究

选取经硬化（强化）处理的S38C车轴钢小试样,分别采用旋转弯曲疲劳试验机和超声振动疲劳试验机进行疲劳试验,研究其旋转弯曲和超声振动疲劳性能。研究表明,对于具有低温回火马氏体组织的S38C车轴材料,若以4×108周次不发生疲劳破坏的最大应力为疲劳极限,旋转弯曲疲劳试验得到的疲劳极限为775 MPa,超声疲劳试验得到的疲劳极限为675 MPa。通过升降法试验得到(旋转弯曲加载)的具有低温回火马氏体组织的S38C材料在108周次的疲劳极限：对应失效概率10%、置信度95%的疲劳强度下极限为707 MPa;对应失效概率1%、置信度95%的疲劳强度下极限为647 MPa。     

一种等应力试样中的疲劳短裂纹行为

设计了一种三角形试样,当施加弯曲载荷时,该试样等腰三角形段内的表面拉应力为常数。采用振动试验机对所设计的试样进行疲劳试验,以研究一种焊接金属表面疲劳短裂纹萌生和发展特征。结果表明,疲劳短裂纹起源于铁素体晶内的滑移带。随疲劳周次增加,短裂纹发展以裂纹密度不断增加为主要特征。短裂纹的汇合造成裂纹发展且裂纹路径以穿晶为主。     

确定断裂表面晶体学取向的电子背散射衍射方法

利用扫描电镜中带多自由度的样品台和电子背散射衍射系统（EBSD）研究了断口的晶体学定向方法。对于镍拉伸变形后的沿晶断裂表面，利用EBSD确定了晶粒与样品坐标之间的晶体学取向关系，通过样品台倾转获得断裂面与样品之间的几何对应关系，从而定出样品沿晶断裂面主要的晶体学位向是{100}。