晶粒分布形态对焊趾短裂纹疲劳行为影响的模拟

焊接结构的疲劳裂纹常常萌生于焊趾局部。在复杂的冶金物理作用下,焊趾局部的微观晶粒尺寸及其分布形态呈现明显差异性。为了探究晶粒分布形态对焊趾短裂纹疲劳行为的影响,针对十字焊接接头试件,对焊趾局部的不同区域进行了金相检验,获得粗晶区和细晶区的平均晶粒尺寸,构建了虑及晶粒分布形态的二维代表性体积单元(RVE)模型,基于FIP参量和McDowell模型实现了不同晶粒分布形态对焊趾短裂纹的成核与疲劳扩展行为的模拟,结果表明,微观晶粒尺寸和取向是焊趾短裂纹成核行为的重要影响因素;晶粒分布形态对短裂纹的早期行为影响较小,但在裂纹扩展至某个阈值长度之后,影响逐渐显著;一般情况下,细晶到粗晶的过渡方式可降低短裂纹的扩展速率。     

钝缺口试样疲劳短裂纹形成与扩展

对两种晶粒尺寸的中碳钢钝缺口试样进行了对称拉疲劳试验，应用复型方法观察了疲劳理解纹沿缺口根部的早期形成与扩展过程；测量了表面裂纹形状随裂纹长度的变化规律。结果表明，试样的破坏是由形成于缺口根部表面的短裂纹扩展、裂纹间连接形成穿透裂纹，穿透裂纹扩则引起的。     

不同裂纹扩展公式的裂纹扩展寿命对比研究

不同裂纹扩展公式所对应的扩展寿命是不同的,本文在某型直升机主桨叶延寿过程中,通过对其根部接头材料的断裂性能试验,计算得到了不同裂纹扩展公式下的裂纹扩展寿命,时比研究了不同裂纹扩展公式下的裂纹扩展寿命的差异,并分析研究了应力比对裂纹扩展寿命的影响.对于不同的裂纹扩展公式,应力比越大,裂纹扩展寿命越小,应力比越小,裂纹扩展寿命越大.     

疲劳短裂纹形成和扩展的划分定义探讨

根据对疲劳短裂纹生长行为的分析,将疲劳短裂纹形成和扩展过程划分为微观结构显著影响阶段和稳定生长阶段。综合考虑力学和材料两方面因素,给出了如下划分定义：疲劳短裂纹形成阶段为微观结构显著影响阶段;疲劳短裂纹扩展阶段为稳定生长阶段。通过有关文献分析并结合本试验观察,确定了疲劳短裂纹形成和扩展划分的临界裂纹长度为平均晶粒尺寸的５倍。     

高温疲劳短裂纹萌生与扩展的实验研究

对2．25Cr-1Mo合金钢进行高温疲劳表面短裂纹的观测试验，采用中断试验和复膜方法观测短裂纹萌生扩展的演化过程，研究短裂纹数密度和平均长度随循环次数及载荷条件的变化特征。结果表明，高温疲劳损伤是由晶界孔洞开始的，晶界孔洞相互联结合体形成细观组织短裂纹；短裂纹在接近应力轴垂直方向的晶界上随机萌生和扩展；在寿命前期和中期疲劳损伤以裂纹萌生为主要形式，寿命后期由于裂纹数目增多，裂纹间合体效果增强，促使主裂纹迅速形成和长大，从而导致最终的疲劳失效；加载应变范围越大或温度越高，裂纹萌生和扩展越快，寿命越短。     

疲劳短裂纹在残余应力场中的闭合和扩展

用压入法引入残压应力,以研究穿透短纹在残余应力听扩展规律。残余压力是通过提高裂纹闭合而提高裂纹扩和,此法不仅适用于长裂纹,也可延伸致短裂纹阶段,残余应力的引入不改变材料的本征门槛。     

金属材料疲劳短裂纹萌生与扩展研究综述

系统梳理了金属材料疲劳短裂纹的定义、分类、试验方法、萌生机理及典型扩展率模型,对当前短裂纹行为研究面临的问题进行了总结与展望。研究结果表明,在萌生机理方面,材料自身的微观结构对短裂纹萌生及扩展有重要影响,短裂纹扩展至晶界处,受晶粒取向及晶界阻力影响,扩展率会下降,裂尖突破晶界束缚后,短裂纹扩展路径出现局部偏折。在扩展行为描述方面,短裂纹的扩展驱动力与承受的载荷水平、残余应力、表面处理方式、局部磨损状况等有关。扩展过程中,裂纹尖端材料在小范围内屈服而产生局部塑性区。同时,塑性尾迹区也逐渐形成,进而产生塑性诱导闭合,导致裂纹扩展门槛值降低。此外,晶体位错之间的相互作用和位错塞积会阻碍位错发展。机器学习算法作为一种先进技术手段,已在短裂纹扩展行为表征中得到应用,对提升预测精度有促进作用。随着金属材料短裂纹行为研究的进一步深入,未来可重点关注短裂纹萌生与扩展实时监测、试验影响因素控制、数据离散性分析、扩展率模型的工程应用等问题,探索建立适用于工程结构与零部件的在役长、短裂纹扩展率统一表征模型和实时监测与安全评估技术,结合先进的机器学习算法,实现对工程关键金属结构更有效、更准确的安全性评定和剩余...     

焊趾位置表面裂纹疲劳扩展形状计算

针对结构中出现的表面裂纹诱发断裂现象,利用断裂力学理论中裂纹尖端应力强度因子与裂纹扩展能量释放率的关系,依据裂纹扩展时裂纹前沿各点的有效能量释放率相等,在考虑裂纹闭合效应的基础上提出一种表面裂纹扩展形状演化计算方法。采用提出的方法计算了T型焊接结构焊趾位置表面裂纹在拉伸疲劳载荷作用下的表面裂纹形状参数函数关系,模拟出表面裂纹疲劳扩展时的形状演化过程。进行了T型焊接试件的表面裂纹扩展有限元模拟和试验,结果与理论计算结果基本一致,验证了基于能量释放率的结构表面裂纹疲劳扩展形状演化计算方法的有效性。     

基于微观损伤模型的强度非均质焊接接头抗延性裂纹扩展阻力 …

基于材料微观损伤模型,采用三维有限元数值方法,定量研究了焊接接头中强度匹配、试件几何型式对接头抗延性裂纹扩展阻力特性的影响。首先由标准三点弯曲试件的阻力曲线,得出反映材料微观损伤的特殊单元模型控制参量,再根据该参量对不同接头强度匹配下双边缺口拉伸试件的阻力曲线进行了定量预测,其结果与试验结果相当吻合。表明特殊单元模型能委好地描述材料的抗延性裂纹扩展阻力特性。     

焊趾疲劳裂纹扩展统计模型

本文通过试验获得了焊趾疲劳裂纹扩展特性,应用概率统计方法建立了焊趾疲劳裂纹扩展的统计模型,分析了焊趾疲劳裂纹扩展的统计分布规律。     

焊接小管道疲劳试验与裂纹扩展数值仿真分析

在航天、核动力发电等工业中,小管道(直径小于2 in(约50 mm))的疲劳断裂失效已成为影响设备安全运行的主要因素之一.然而,在现有的设计与评估规范中,尚缺乏小管道疲劳断裂详细的评价方法与准则.采用管道疲劳性能测试和有限元数值仿真方法,对某焊接小管道进行了疲劳与断裂性能分析.研究结果表明,疲劳性能测试和有限元数值仿真方法获得的疲劳裂纹扩展寿命基本一致,分析案例中,裂纹的疲劳扩展寿命仅占整个疲劳断裂寿命的3％左右;管道的临界失效模式为塑性失稳失效,提高材料的屈服与抗拉强度可有效提高部件的临界裂纹尺寸.     

压力容器焊缝咬边疲劳裂纹的启裂寿命

针对某企业空气球罐焊缝咬边在压力波动时的受力情况,首先建立带咬边结构的受力模型,利用西田正孝的图表方法和有限元法分别计算咬边引起的弹性应力集中系数,然后计算出咬边尖端的名义应力,进而利用小缺口启裂寿命经验估算式估算咬边的疲劳裂纹启裂寿命。再采用与实物等厚度、与真实咬边等尺寸的模拟试样,进行与实际结构等应力范围条件下的模拟疲劳试验。结果表明,试验寿命与根据经验估算式得到的估算寿命非常接近,从而为咬边疲劳裂纹启裂寿命研究提供了理论依据和试验数据。在考虑一定的安全系数后,对所分析的球罐给出的剩余总寿命为9年,至启裂的剩余寿命为6年。     

受电弓疲劳裂纹扩展特性及寿命预测研究

通过有限元软件建立受电弓三维有限元模型,结合断裂分析软件Franc3D研究受电弓上框架尾部疲劳裂纹的扩展特性,并对常温、大气环境以及腐蚀环境下疲劳裂纹扩展寿命进行预测.结果 表明:当受电弓上框架尾部已产生2 mm的表面裂纹时,继续扩展至表面长度约为15 mm时将会穿透管壁;对于常温、大气环境,疲劳裂纹从2 mm的表面裂纹扩展为50 mm的穿透裂纹所对应的运行里程约为24万公里;在腐蚀环境下,表面裂纹扩展至相同长度对应的运行里程约为3.19万公里.     

铸造E级钢CT试样疲劳裂纹扩展试验与仿真分析

为准确获取铸造E级钢材料的断裂力学参数,并研究该材料的裂纹扩展规律和影响因素,开展了铸造E级钢CT试样的疲劳裂纹扩展试验,并将材料的裂纹扩展速率采用Paris公式进行表征;以CT试样裂纹扩展计算模型为例,采用M积分数值方法计算了5组试样疲劳裂纹扩展长度与载荷循环周期结果,仿真与试验相对误差在10％以内,具有较好的一致性...     

齿轮齿根疲劳裂纹扩展特性和剩余寿命研究

以某渐开线圆柱齿轮为对象,基于有限元法对其齿根疲劳裂纹的扩展进行了数值模拟。首先通过对一对健康齿的啮合分析确定其啮合过程中齿根部位弯曲应力最大点,并将其作为裂纹起始点。据此将其分割为裂纹块和非裂纹块。在裂纹块预制初始裂纹并重生网格,裂纹块网格采用等参奇异单元,裂纹块和非裂纹块之间通过多点约束连接不匹配节点。利用有限元分析得到裂纹扩展过程中应力强度因子变化情况,并根据最大周向应力准则计算疲劳裂纹扩展角度,模拟齿根裂纹扩展轨迹,依据Paris公式对齿根疲劳裂纹剩余寿命进行预估。分析了载荷大小和初始裂纹长度对剩余寿命的影响。     

冲击载荷下铸造起重机主梁疲劳裂纹扩展寿命研究

铸造起重机是冶金工业中常用起重运输装备,其工况环境恶劣,出现故障引发的事故危害较大,对该类装备进行准确的力学性能及疲劳分析显得非常重要。针对200/63 t四梁四轨双小车铸造起重机,建立其合理的桥架三维模型与动力学模型,基于实际载荷特性及动态参数分析,通过合理的结构简化与边界条件设置,运用Ansys软件对起重机桥架进行瞬态动力学分析。在获取准确的主梁结构危险单元应力动态响应的基础上,结合线弹性断裂力学理论,开展冲击载荷下主梁疲劳裂纹扩展寿命研究,为起重机结构优化与可靠性设计提供理论依据。     

STUDY ON FATIGUE SHORT CRACK GROWTH LAW AND FATIGUE LIFE FOR MEDIUM CARBON STEELS

０ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＩｎｍｏｄｅｒｎｄｅｓｉｇｎ,ｉｔｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｔａｓｋｔｏｅｓｔｉｍａｔｅｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅｐｒｅｃｉｓｅｌｙ．Ｔｈｅｌａｗｓｏｆｆａｔｉｇｕｅｃｒａｃｋｉｎｉｔｉａｔｉｏｎａｎｄｇｒｏｗｔｈｍｕｓｔｂｅｋｎｏ...