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.     

定向凝固DZ4合金的低周疲劳与断裂行为研究

对定向凝固DZ4合金760℃和800℃下的低周疲劳行为进行了研究,并结合断口观察,对其疲劳裂纹的萌生与扩展进行了分析.结果表明,DZ4合金760℃和800℃下的低周疲劳属应力疲劳,其损伤以弹性损伤为主,弹性损伤与疲劳寿命具有很好的相关性.定向凝固DZ4合金高寿命低周疲劳裂纹易于萌生于试样内部或亚表面的柱状晶界.其疲劳裂纹的稳定扩展也较难形成典型的疲劳条带.     

气孔对铝合金焊接接头超长疲劳寿命的影响

采用超声疲劳试验方法对铝合金5052-H32焊接接头进行疲劳试验,研究其在超长寿命区间(107~109周次)的疲劳强度及失效机理.结果表明,相同疲劳寿命下焊接接头疲劳强度较母材下降了73.3%,在超高周疲劳区间仍然会发生疲劳破坏;断口观察发现焊接缺陷(气孔)是诱发疲劳裂纹萌生的主要原因.为揭示焊接缺陷对焊接接头疲劳裂纹萌生及扩展的影响,采用有限元技术分析了气孔对应力集中系数和裂纹尖端应力强度因子的影响.最后讨论了焊接缺陷对疲劳寿命的影响机制及裂纹扩展特性.     

超细晶纯钛的微动疲劳特性

利用自行设计的微动疲劳实验夹具装置研究超细晶纯钛在柱面-平面接触下的微动疲劳特性,分析循环应力对其微动疲劳寿命的影响,通过观察接触区磨损和断口形貌,分析其微动损伤机制。结果表明,当法向载荷不变时,超细晶纯钛的微动疲劳寿命随着循环应力的增加而减小,比常规疲劳寿命更小。微动疲劳裂纹于接触区边缘萌生,磨损区破裂严重且附着有磨粒,在磨粒磨损作用下加速了试样的疲劳失效。断口同时呈现出疲劳形貌和微动形貌,形貌从平滑转向粗糙直至断裂,裂纹由小变大,裂纹扩展速率也逐渐增加,且在裂纹扩展区存在二次裂纹;由于受力不均在裂纹扩展区与断裂区之间存在山脊状形貌。     

高强度铝合金构件腐蚀疲劳失效分析

在应力作用下对带有涂层的高强度铝合金构件在 3.5%NaCl溶液中腐蚀疲劳断口进行了研究.结果表明:在腐蚀条件下高强度铝合金构件断口上不仅出现疲劳辉纹,还出现准解理、解理、沿晶等断裂特征,腐蚀疲劳过程属于阳极溶解机制控制.失效形式为多裂纹断裂,在各个铆孔处均有裂纹萌生,其中有一处为主裂纹,其位置不固定,主裂纹扩展距离较长,最后与其它裂纹汇合,最终导致疲劳断裂.     

LZ50车轴钢在复合微动条件下的研究

微动疲劳损伤广泛存在于各种机械接触变载荷作用的构件上,如螺栓,轴承,键槽和榫槽等.微动疲劳会加速受微动作用构件的接触处表面及表层裂纹的萌生和扩展,在微动疲劳的早期阶段裂纹生长速率较高,导致了在微动条件下金属构件过早失效,大幅度降低构件寿命.本文以LZ50车轴钢为主要研究对象,实现了在圆形和椭网形路径加载下的拉扭复合微动...     

电站中压主汽阀阀壳低周疲劳寿命研究

采用有限元方法(FEM),计算分析了电站200MW汽轮机中压主汽阀阀壳在冷启、停机、强热启动、极热启动以及事故等工况下的温度场和应力场,得出了阀壳裂纹区各工况下温度场和应力场的变化规律,提出了内壁裂纹区的周向应力是疲劳寿命计算的主要参考量.绘制关键节点周向应力块谱图,应用局部应力应变法估算阀壳的低周疲劳寿命,并将计算结果与阀壳失效调查统计结果进行了比较.研究表明:计算的周向应力极值区与实际调查发现的裂纹萌生区相吻合,进一步预测的裂纹萌生寿命与实际调查统计结果也基本相符;事故工况为裂纹萌生的主导因素,其导致的疲劳损伤比达到12.5.     

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。     

不锈钢EGR冷却器钎焊结构断裂分析

通过对钎焊失效件进行断裂裂纹的宏观分析及断口分析,确定了断裂发生的位置,并分析了断裂形式及疲劳裂纹萌生和扩展过程的特点.在对失效件裂纹的宏观观察中发现,断裂多发生在钎焊圆角根部,裂纹沿钎焊圆角根部萌生和扩展.对钎焊圆角表面微观形貌进行观察后发现,在钎焊圆角根部存在着连续分布的钎料瘤,容易引起局部应力集中,促进疲劳裂纹的萌生.在对失效件断口进行的分析中找到了疲劳断裂的典型特征--疲劳辉纹,有力地证明了失效模式为疲劳断裂.     

GH4169合金不同孔形气膜冷却孔疲劳性能对比分析

气膜冷却孔是航空航天高温部件常见冷却设计,但属于典型结构疲劳危险点。为了优化气膜冷却孔热-机械性能,本研究通过疲劳试验和有限元建模分析,研究GH4169合金相同底孔尺寸下的气膜冷却孔疲劳性能。研究表明：相同底孔直径下,90°圆孔疲劳寿命远低于倾斜圆孔、扇形孔和扇形后倾孔;相同孔倾角下,孔形对疲劳寿命影响较小;90°圆孔发生单断口疲劳断裂,断口与加载方向基本垂直,而倾斜圆孔、扇形孔、扇形后倾孔在孔根部附近发生疲劳断裂,断口向孔轴方向倾斜,除主断口外在孔根部均出现亚断口;90°圆孔断口疲劳裂纹在孔壁中间萌生,而倾斜圆孔和扇形孔疲劳裂纹在孔口部位萌生,且呈现多源萌生特征;裂纹萌生区平整光滑,随着裂纹扩展断口表面韧窝明显增多;孔轴倾角和孔口形状对孔周应力分布及最大应力水平具有显著影响。     

Fatigue damage analysis on body shell of a passenger vehicle

A method for design durability qualification of a vehicle body shell is presented. Field test data were used to produce an accelerated durability test that retains all of the damaging real time load histories present in the original test cycle. Fatigue analysis methods are used to access and compare the fatigue damage imposed during durability test and laboratory (torsion) experiments. A numerical methodology (FEM) was used to determine the critical local stresses on the component. These stresses were then experimentally measured by using strain gauges. Field tests were performed over public road tracks (stone paved and land surfaces) for loaded and empty vehicles in the customer environment. This acquired data was used to simulate durability tests in laboratory. A correlation between the results obtained in the durability tests and those obtained in a torsion experiment in laboratory was done.     

镍基铸造高温合金低周疲劳研究进展

镍基铸造高温合金具有优异的高温性能,广泛应用于航空发动机涡轮叶片等热端部件之中。航空发动机涡轮叶片是发动机中工作环境最为恶劣、结构最为复杂的零件之一,在发动机运行过程中所产生的高温交变应力的作用下,合金承受着严重的应力、应变循环损伤,裂纹往往在合金中的薄弱区域形成并扩展,使合金以低周疲劳的模式失效,严重影响了合金的服役寿命,因此对合金低周疲劳性能的研究尤为重要。本文详细阐述了影响镍基铸造高温合金低周疲劳性能的表面缺陷、内部组织及缺陷、晶体取向和低周疲劳试验条件等四方面因素,从位错运动方式和形态变化特点出发,研究了不同温度下镍基铸造合金的变形机制,最后总结了合金低周疲劳寿命预测的应力应变准则、能量准则、损伤累积准则及临界面和临界距离准则。     

天然橡胶/顺丁橡胶共混物疲劳历程的研究

采用扫描电子显微镜、电性能测定和热重法等分析手段，研究了炭黑补强的天然橡胶／顺丁橡胶共混硫化胶的疲劳历程，探索了其内在的疲劳损伤机理。     

J.H.1957铝合金活塞断裂分析

东风四型机车内燃机上所用Ｊ．Ｈ．１９５７活塞,在运行约１．８×１０８ｍ后出现断裂。采用扫描电镜等手段分析了断裂活塞,结果表明活塞断裂的性质属于疲劳断裂。疲劳源是Ｕ形槽根部表面上的切削刀痕。     

TB6钛合金疲劳及裂纹扩展性能研究

本文对TB6钛合金锻件弦向和径向两种取样方向分别进行了室温和200℃下旋转弯曲高周疲劳、轴向低周疲劳和疲劳裂纹扩展性能试验研究。试验结果表明,弦向（C）和径向（R）两种取样方向对该合金锻件的旋转弯曲高周疲劳、轴向低周疲劳性能和疲劳裂纹扩展性能没有影响;温度升高可加速该合金锻件的疲劳裂纹萌生,但在裂纹扩展阶段,该合金高温下的韧性优势与屈服强度降低的劣势平衡的结果使其在室温～200℃温度范围内的疲劳性能基本不受温度的影响;在10—20mm的厚度范围内,厚度对该合金的疲劳裂纹扩展性能没有影响;在3．5％NaCl盐雾环境中。腐蚀介质对TB6钛合金的疲劳裂纹扩展速率在初始阶段有迟滞作用,但在应力强度因子范围大于14MPa m后有加速作用。     

超声频分量双周疲劳载荷作用下焊接接头疲劳行为

使用带超声频载荷分量的双周疲劳试验装置对Q345钢焊接接头分别进行纯低周、纯高周以及双周循环加载条件下的疲劳试验.应力比R为O.5,高周载荷频率约19 kHz.结果表明,叠加于大幅低周循环载荷上的小幅高周循环载荷及叠加于大幅高周循环载荷上的小幅低周循环载荷都能够对焊接接头造成严重的疲劳损伤.通过按外包络线表征双周疲劳强度,如果疲劳寿命使用低周载荷循环周次表征,低估了高周载荷分量对焊接接头造成的损伤;如果疲劳寿命使用高周载荷循环周次表征,又高估了低周载荷分量对焊接接头造成的损伤.     

高浓度渗碳及其性能研究

对比研究了高浓度渗碳与常规渗碳后试样的组织和性能。结果表明：高浓度渗碳试样的硬度，耐磨性，接触疲劳性能最高，弯曲疲劳性能与常规渗碳试样的大致相同，并对试验结果进行了较为系统的微观机理分析。     

Behavior of Fe-Mn-Al-C steels during cyclic tests

Alloys of the FeMnAlC system have been used for cryogenic purposes and for applications up to 673 K. At low temperatures, they have in general a better performance than austenitic Cr-Ni steels as far as fatigue is concerned, but are inferior to martensitic Cr steels. However, since the fatigue strength of FeMnAlC alloys in the temperature range of 523 to 823 K is higher than at room temperature, the present work has been conducted to describe the behavior of such alloys under the action of cyclic loading, including elasto-plastic deformation and cyclic temperatures. It has been concluded that components can be successfully subjected to cyclic loads in the elasto-plastic regime and to periodic changes in temperature under normal service conditions.     

组织状态对循环冲击及非冲击载荷下裂纹扩展的影响

本文对10~#钢和45CrNi合金钢的几种组织状态分别进行了冲击疲劳及非冲击疲劳裂纹扩展试验,结果表明:45CrNi的组织状态对冲击疲劳裂纹扩展的影响较对非冲击疲劳的大;10~#钢的组织状态对两种载荷下的裂纹扩展基本上无影响。结合微观机制和载荷特性,讨论了组织因素对冲击、非冲击疲劳裂纹扩展的影响。     

零夹杂42CrMo高强钢的超长寿命疲劳性能

利用超声疲劳实验方法研究了2种商业42CrMo钢和2种零夹杂42CrMo钢在不同热处理制度下的超长寿命疲劳性能.结果表明,42CrMo钢疲劳S-N曲线在106-109cyc范围内无平台出现,疲劳极限消失;零夹杂42CrMo钢在此寿命区间有明显的疲劳极限. SEM断口观察表明,42CrMo试样疲劳开裂大多起源于非金属夹杂物,而零夹杂42CrMo全部起源于基体表面.零夹杂42CrMo钢的最大特点是在2×106-109cyc内不易发生疲劳断裂,疲劳寿命的可靠性显著增加.