低合金钢微缺陷的裂纹萌生扩展规律

采用宏现与微观结合的方法以及大型疲劳试验机和光学显微镜研究了压力容器用钢16MnR在低周疲劳下微孔(φ 40～200μm)的裂纹萌生与扩展规律.结果表明:裂纹的萌生机制为滑移带启裂,由剪应力起主要作用,微观缺陷尺寸、应力水平对疲劳寿命有显著影响,当应力水平较低时,微孔尺寸对疲劳寿命的影响明显;当应力水平较高时(超过屈服强度),孔径对疲劳寿命的影响不敏感;在同一应力水平下,微缺陷尺寸d存在临界值dt,当d>dt时,疲劳寿命下降很多.     

确定有限疲劳可靠性数据良好假设分布的一种统一方法

拓展疲劳寿命数据分析方法到循环应力幅数据和短裂纹扩展率数据分析,综合考虑总体拟合效果,与疲劳失效机制的一致性和设计结果的安全性3要素,提出从7种常用统计分布中确定有限疲劳可靠性数据良好假设分布的统一方法。给出了7种常用统计分布参量估计与统计推断技术以及评价3要素的技术。16Mn钢,Q235钢和1Cr18Ni9Ti钢焊接头疲劳寿命数据及循环应力幅数据和短裂纹扩展率数据的分析结果表明,在有限数据条件下,极大值分布和对数正态分布是疲劳寿命的良好假设分布,极小值分布和正态分布是裂纹扩展率和循环应力幅的良好假设分布。     

16MnR钢的高温疲劳裂纹扩展门槛值研究

对16MnR钢在250℃和300℃下的疲劳裂纹扩展门槛值进行了测试和分析,得到了两种温度下的疲劳裂纹扩展门槛值,并分析两种温度下门槛值不同的原因。结果表明:16MnR钢在300℃时的门槛值高于250℃时的门槛值,分析认为16MnR钢在250℃和300℃门槛值不同是由于氧化作用引起裂纹闭合程度不同造成的。     

16MnR钢在不同应力比下的疲劳裂纹扩展的试验研究及模拟

采用3.8 mm厚带有圆形缺口的CT试样,研究了16MnR钢在不同应力比的恒幅循环载荷作用下的疲劳裂纹扩展。开发了一种基于疲劳损伤的方法来模拟疲劳裂纹扩展速率。将16MnR钢的循环塑性本构模型通过用户材料子程序UMAT嵌入到ABAQUS中。把有限元计算得到的疲劳裂纹尖端附近区域的弹塑性循环应力应变结果,代入到疲劳损伤模型中,得到每个加载循环在裂尖各点产生的疲劳损伤值。通过疲劳损伤准则,导出疲劳裂纹稳定扩展速率的计算公式。疲劳裂纹扩展试验验证了模拟结果。实验结果和模拟结果都表明,该试样厚度下,应力比对裂纹扩展速率几乎没有影响。     

三维应力状态下高温低周疲劳表面短裂纹实验研究及数值模拟

依据16MnR材料三维应力状态下高温低周疲劳表面短裂纹的实验分析结果，提出了一种表面随机分布短裂纹群体演化行为模型。模型考虑了材料细观组织、细观结构影响及裂纹之间的相互作用，并用该模型对16MnR材料表面疲劳短裂纹群体演化全过程进行了数值模拟分析，结果表明模拟结果与实验结果基本一致，该模型能有效地用于短裂纹的模拟。最后提出微观短裂纹萌生驱动力与扩展驱动力概念。     

疲劳裂纹尺寸的随机分布

从疲劳裂纹扩展的规律和随机特性出发,讨论了裂纹尺寸的随机分布。无论初始裂纹长度是定值还是随机变量,经过很多次循环后,裂纹尺寸均服从类似于对数正态的分布     

16Mn钢短裂纹疲劳扩展性能的试验研究

通过对带有表面盲孔的16Mn钢圆棒试样的疲劳试验,获得了试样盲孔边缘疲劳短裂纹的扩展规律。文中给出了有关试验结果,藉此建立了短裂纹表面长度与疲劳循环数间的关系以及裂纹扩展速率与疲劳载荷和裂纹尺寸之间的定理描述式。本文结果有助于加深对16Mn钢试样疲劳损伤过程的认识。     

16MnR钢在硝酸盐环境下应力腐蚀性能试验研究

用楔形张开加载(WOL)预裂纹试样研究了16MnR钢在硝酸盐环境中的抗应力腐蚀性能。测定了16MnR钢母材及焊接接头在硝酸盐环境下的临界应力强度因子KISCC和应力腐蚀裂纹扩展速率；同时研究了缓蚀剂、材质、溶液温度对16MnR钢应力腐蚀开裂的影响，结果表明，缓蚀剂谈明显的降低应力腐蚀敏感性，增加裂纹的孕育时间；焊接接头与母材相比，由于没有元素Ni的不良作用，具有较高的应力腐蚀抗力；16MnR钢的硝酸盐应力腐蚀敏感性随温度升高而降低。     

中碳钢疲劳短裂纹行为的统计特性研究

通过对两种晶粒尺寸的中碳钢光滑试样的疲劳试验,研究了疲劳短裂纹形成和扩展的统计特性。结果表明,短裂纹形成和扩展寿命均可由二参数或三参数Ｗｅｉｂｕｌｌ分布函数表示。裂纹长度分布呈混合型Ｗｅｉｂｕｌｌ分布形式,分布曲线的拐点值和微观结构的特征尺寸有关。拐点值之前的裂纹长度分布可由二参数Ｗｅｉｂｕｌｌ分布函数表示,而在拐点值之后可由二参数或三参数Ｗｅｉｂｕｌｌ分布函数表示。晶粒尺寸对形成寿命,扩展寿命和     

高温低周疲劳表面短裂纹合体与干涉行为的实验研究及数值模拟

依据16MnR材料三维应力状态下高温低周疲劳表面短裂纹的实验分析结果,提出一种表面随机分布短裂纹群体演化行为模型.模型计及材料细观结构影响及裂纹相互之间的干涉效应,并用该模型对16MnR材料表面疲劳短裂纹萌生、扩展、合体与干涉的全过程进行数值模拟分析,结果表明模拟结果与实验结果基本一致.该模型能有效用于短裂纹的模拟.     

Effect of specimen thickness on the statistical properties of fatigue crack growth resistance in BS4360 steel

In this paper the effect of specimen thickness on fatigue crack growth with the spatial distribution of material properties is presented. Basically, the material resistance to fatigue crack growth is treated as a spatial stochastic process, which varies randomly on the crack surface. The theoretical autocorrelation functions of fatigue crack growth resistance with specimen thickness are discussed for several correlation lengths. Constant ΔK fatigue crack growth tests were also performed on CT type specimens with three different thicknesses of BS 4360 steel. Applying the proposed stochastic model and statistical analysis procedure, the experimental data were analyzed for different specimen thicknesses for determining the autocorrelation functions and probability distributions of the fatigue crack growth resistance.     

16MnR钢和15MnVR钢在碳酸盐环境中的应力腐蚀研究

采用楔形张开加载（WOL）恒位移预裂纹试样研究了16MnR钢和15MnVR钢在碳酸盐环境中的抗应力腐蚀性能。试验选择常温、90℃和150℃分别在两种碳酸盐浓度下加载不同应力强度因子K1,经一定时间的应力腐蚀试验,测得各试样的扩展速率处于10^-7～10^-8mm／s之间,结果表明两种材料在所选碳酸盐浓度下裂纹基本没有扩展,其应力强度因子临界值KISCC分别不小于126和116MPa√m。同时采用扫描电镜和能谱技术对断口和试样表面膜进行了相应的观察和理论分析。总体而言,这两种材料在单一的碳酸盐溶液中应力腐蚀敏感性较低。     

15MnVR与16MnR钢在氢氧化钠溶液中的抗应力腐蚀试验研究

采用楔形张开加载（WOL）恒位移预裂纹试样研究了16MnR钢和15MnVR钢在氢氧化钠溶液中的抗应力腐蚀性能。测得了180℃下30％NaOH溶液中两种材料的应力腐蚀临界应力强度因子和裂纹扩展速率,即16MnR材料的应力府蚀裂纹扩展速率da／dt为0．039～0．040mm／h,KISCC不大于82．75～90．85MPa·m^0.5,15MnVR材料的应力腐蚀裂纹扩展速率da／dt为0．018mm／h,KM。不大于87．58～102．44MPa·m^0.5。同时采用扫描电镜和能谱技术对断口进行了相应的观察和理论分析,得出NaOH溶液中两种材料均为沿晶开裂。     

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。     

0Cr18Ni9不锈钢的高温疲劳裂纹扩展规律

研究奥氏体不锈钢0Cr18Ni9在高温(550℃)下的疲劳裂纹扩展规律。测试采用标准CT(compact tension)试样,最大载荷范围为6.5 kN～14 kN,应力比为0.1(室温)和0.05(550℃)。裂纹扩展过程通过QUESTAR长焦距显微镜直接观测,同时采用COD(crack opening displacement)规记录加载线位移。由于在高温条件下,测试终止时试样的裂纹前缘呈明显弧形,故此给出实测表面处裂纹长度有效值的修正方法。对高温疲劳裂纹扩展问题,采用应力强度因子范围ΔK作为裂纹扩展驱动力参数,同时考虑高ΔK和低ΔK值对裂纹扩展规律的影响,得到0Cr18Ni9不锈钢在550℃下的疲劳裂纹扩展规律表征模型,给出裂纹扩展率的上限结果。     

THEORETICAL ANALYSIS AND EXPERIMENTAL VERIFICATION ON TERNARY-WAVES METHOD TO COMPILE ACCELERATED SPECTRA

The equivalent damage calculation formulae of fatigue crack formation and growth are established. In order tocompile the fatigue crack formation and growth accelerated load spectra, the main wave shapes and load sequence of theactual load spectrum are kept constant, and the carrier waves are cut off. And secondary waves are put together into newsecondary waves to shorten the test time according to the equivalent damage calculation formulae respectively. Then bythe fatigue cumulative damage calculation of the fatigue crack formation and growth accelerated load spectra, the onecorresponding to the bigger damage is determined as the fatigue accelerated test load spectrum. Therefore in the test process, the fatigue accelerated test spectrum may be applied till fatigue failure, the engineering fatigue crack length of full-scale structure need not be inspected, and the fatigue crack formation accelerated load spectrum need not be transferredinto the fatigue crack growth accelerated load spectrum. Finally, it     

Discrepancies of fatigue crack growth behaviour of API X65 steel

This paper discusses the fatigue life behaviour of the API X65 steel tested under constant amplitude loading in ambient temperature. The influence of repeated loading at a particular stress ratio would favour the initiation of fatigue cracks that would consequently affect the fatigue crack growth. The main objective of this paper is to evaluate the load ratio effects on fatigue crack growth rate, taking into account their statistical characteristics. The fatigue crack growth test was carried out using compact-tension specimen at different load ratios of 0.1, 0.4 and 0.7. The experimental results showed the crack growth rate was dependent on the applied load. It was observed that the load ratio effect was less significant in stable crack growth regions. The result was consistent with the multiple regression test obtained by the least square method at a significance level of 0.05. The empirical model of Paris and Walker was utilised to evaluate the effects of load ratio on the fatigue crack growth rates. The approximation of fatigue life lies between 10-25 % of error using conservative model and 6 % error using the Walker model. The experimental data was scattered within a factor-of-2 correlation line suggesting that the accuracy of the experimental data towards the estimated values was high.     

常用压力容器钢断裂行为研究

利用三点弯曲试验,测试了16MnR、20R和Q235B三种常用压力容器钢的断裂行为和断裂韧度,并用扫描电镜观察了试样的断口形貌。结果表明：三种材料常温下均呈现韧性断裂,所有试样断口均存在裂纹分层现象,其中以16MnR裂纹扩展区分层现象最不明显,而Q235B裂纹扩展区分层现象最明显;当裂纹扩展方向与分层方向不一致时,分层现象的存在阻止了裂纹的扩展,从而提高材料的强度与韧度。