缺口圆棒低温断裂的局部法研究

对A508-Ⅲ钢两种缺口尺寸的缺口圆棒拉伸试样进行有限元数值模拟分析及低温断裂试验研究,研究结果表明,对于低温下脆断的缺口圆棒试样(断口呈解理断裂),起裂并非发生于弹性应力分布最大的缺口根部,而是在离开缺口根部有一定距离处,断裂时构件内部应力已非线弹性分布,而为弹塑性分布,采用基于线弹性有限元分析的应力场很难解释试验现象,而基于弹塑性有限元分析的应力场则能较好解释试验结果。基于解理断裂局部法理论,采用数值模拟方法预测不同缺口半径的缺口圆棒试样的解理断裂概率－载荷曲线,提出44%的解理断裂概率所对应的预测载荷值与实际的平均解理断裂载荷值基本相等,在此基础上预测不同缺口半径的解理断裂载荷随缺口半径变化的趋势,并得到试验验证。     

构架管接头焊缝参数对疲劳缺口应力的影响

为了克服整体法进行焊接结构强度设计时造成的母材强度过剩,焊缝强度不足的问题,采用局部缺口应力法,分析了焊缝各局部参数对疲劳应力的影响程度;目的是在不改变整体结构参数的前提下,通过优化焊缝设计参数,实现焊接结构疲劳强度的提高。文章以某动车焊接构架为研究对象,建立了横梁管焊接接头的多尺度模型。以参数化的1mm虚拟缺口模型分析了各焊缝参数变化以及砂轮打磨半径对于缺口应力集中系数的影响规律,结果表明焊趾角度的影响较焊喉深度更为显著,而砂轮磨削的最佳半径为6mm。以构架整体模型分析了焊接接头在各疲劳工况下的实际受力情况,联合各向缺口应力集中系数并采用形状改变能密度准则计算了管接头焊趾处的多轴等效缺口应力。通过与原焊缝设计参数相比较,减小15°的焊趾角度能够降低10%的疲劳缺口应力,6mm的磨削半径则能够降低超过20%的疲劳缺口应力。     

35CrMo钢缺口试件有限元分析与设计

分析与设计缺口试件,是试验研究应力集中和尺寸效应,同时考虑对疲劳强度影响规律的首要问题之一.应用有限元的方法分析缺口试件的应力集中问题,计算了单缺口试件的理论应力集中系数.确保单缺口试件与多缺口试件应力梯度一致的情况下,完成35crMo钢缺口试件的设计.从缺口试件的有限元分析过程中发现:缺口根部表面附近受应力集中的影响较大,在此处产生了较陡的应力梯度;多缺口试件缺口的应力梯度随着缺口间距的减小和缺口半径增大而增大.同时,应用有限元方法计算理论应力集中系数,克服了传统方法的局限性,简单易行.     

基于θ-映射法的ZSGH4169合金缺口试样蠕变变形模拟

基于ZSGH4169合金的蠕变试验数据,采用16参数的θ-映射法模型对蠕变曲线进行分析,获得本构方程参数,并以净截面应力作为参考标准,对不同缺口试样的蠕变行为及应力松弛现象进行了模拟分析。结果表明:θ-映射法模型通过获得的参数能够较为准确地描述ZSGH4169合金的蠕变行为;应力集中程度越高,试样缺口根部的蠕变变形越明显,应力松弛程度越高;应力集中系数较小时,缺口试样的蠕变变形向无缺口试样的趋近;引入应力集中系数(或最大应力)、应力梯度影响因子对传统蠕变模型进行修正,给出了缺口试样蠕变变形计算的一般表达式。     

多轴变幅载荷下基于载荷支配模式的缺口件疲劳寿命预测方法

提出一种多轴变幅载荷下基于载荷支配模式的缺口件疲劳寿命预测方法。首先,通过循环计数方法确定多轴变幅载荷历程的计数循环(反复);其次,通过材料的循环应力应变关系和Neuber法推导出虚拟等效应变与真实等效应力之间的关系,并且分别将拉伸型和剪切型Shang-Wang多轴疲劳损伤参数替换虚拟等效应变幅来求解临界面上的真实等效应力幅;然后,通过真实等效应力幅和Neuber法则计算临界面上真实的拉压和剪切等效应变幅,并运用Manson-Coffin方程分别计算缺口部件的拉压和剪切疲劳寿命;最后,选择拉压和剪切疲劳损伤值中的较大值作为每个计数反复的疲劳损伤,并采用Miner法则进行疲劳损伤累积。缺口件多轴疲劳试验结果表明,采用基于载荷支配模式的缺口件疲劳寿命预测方法具有较高的预测准确度。     

循环压缩载荷下缺口根部裂纹萌生的研究

研究了调质态40Cr缺口试样在循环压缩载荷作用下疲劳裂纹萌生的规律。试验表明,缺口疲劳裂纹萌生期随平均压应力的增高而增大;应力幅的影响正好相反,且其作用远大于平均应力。利用贴片光弹法和有限元法对缺口应力场进行测量和计算后得出,缺口疲劳裂纹的萌生是在拉应力的作用下进行的,当缺口根部的实际应力状态为压应力时则不萌生裂纹。     

一种磨削表面微观形貌应力集中系数的计算方法

针对一种磨削表面微观形貌的应力集中问题提出了一种应力集中系数的精确计算方法。通过实验观察磨削工件表面微观形貌在进给方向具有沟壑状形貌特征,采用缺口模型分析计算磨削表面微观形貌应力集中系数;提出基于二维表面轮廓数据的缺口表征参数计算方法,建立无限大平面缺口模型并采用迭代法对模型进行修正,并用有限元方法进行对比验证。针对磨削表面微观形貌的应力集中系数与缺口模型特征参数-缺口的宽度、深度和谷底半径的定量关系,提供了对应的经验公式。研究工作为磨削表面微观形貌与应力集中系数关联规律研究提供一种定量计算方法,对分析磨削工件表面微观形貌的疲劳性能具有基础作用。     

拉扭加载下缺口参数对轴疲劳寿命的影响

讨论了缺口几何参数对缺口轴疲劳寿命的影响。建立缺口轴在拉扭载荷作用下的力学模型,运用有限元软件计算缺口根部的局部应力应变,根据VonMises等效应变法计算缺口轴在不同半径、深度、张开角下的寿命。结果表明,缺口轴疲劳寿命随缺口半径r的增加而增加,随缺口深度t的增加而降低;当r和t一定时,缺口张开角α对圆轴疲劳寿命的影响程度较小。     

缺口对ML20MnTiB钢拉伸强度的影响研究

对ML20MnTiB钢光滑试样和不同半径U形缺口试样进行拉伸试验,根据光滑试样所测得的数据,获得光滑试验真应力对数应变曲线。对各缺口试样的拉伸断裂过程进行仿真,获得各缺口试样拉伸过程中的应力、应变场,并对各缺口试样断裂面形态及断裂机理进行扫描电镜分析,由此研究缺口对ML20MnTiB钢拉伸强度的影响。研究结果表明,失效应力随缺口半径减小而增大,失效应变随缺口半径减小而减小,以光滑试样的本构关系及材料自身性能参数可以较为准确地预测缺口试样的拉伸加载过程。当应变增大时,试样产生缺口强化现象。各缺口试样的断裂机理均为韧窝型断裂,在应力三轴度及塑性应变的作用下,随着缺口半径的减小,断裂面的韧窝增大。     

有限厚度双材料板界面缺口附近三维弹性应力场分析

通过三维有限元计算来研究界面缺口附近的应力场，分析两种材料结合形成的有限厚度板缺口附近界面上下材料中应力集中系数和离面约束系数的影响因素。板的中面缺口根部附近界面上下两种材料中的相对应力集中系数是B／ρ、E2／E1和v2/v1的函数，随着E2／E1值和v2/v1的变化，界面缺口上下材料中的相对应力集中系数（K1)m-p/(Kt)p-б的变化相反。沿厚度方向界面缺口根部附近应力集中系数Kt均小于中面的（Kt)m-p，缺口根部界面上下材料应力集中系数Kt是2z/B、E2／E1和v2/v1的函数。沿厚度方向界面缺口根部附近界面上下材料的离面约束系数Tz也是2z/B、E2／E1和v2/v1的函数。缺口根部附近三维影响区域，当E2/E1＝1、v2/v1＝1时最小，随着E2/E1和v2/v1的增大而增大。