热疲劳裂纹网的屏蔽规律及主裂纹应力强度因子的计算方法

热疲劳裂纹网中主裂纹的应力强度因子可反映构件的损伤程度,然而由于裂纹间的屏蔽效应,直接计算裂纹网中主裂纹的应力强度因子是困难的。根据热疲劳试验提出假设：① 主裂纹不会位于裂纹网的边缘;② 裂纹网中的裂纹互相平行,且垂直于约束方向。定义主裂纹的屏蔽剩余百分数s,裂纹的比间距n,裂纹长度比f。分别研究两条长度相等裂纹、两任意长度裂纹、三条裂纹和多条裂纹屏蔽效应的规律。发现s-f-n有确定的关系,这一关系由裂纹网的结构确定,而与边界条件、裂纹尺寸等因素无关。利用屏蔽效应的规律可由单条裂纹时的应力强度因子推算裂纹网中屏蔽效应发生时主裂纹的应力强度因子。算例表明此方法精确、简便、快捷。     

含双裂纹齿轮副轮齿裂纹扩展寿命分析

裂纹扩展是齿轮传动的主要故障,而且裂纹所处位置对裂纹扩展行为作用明显。为探讨齿轮副轮齿裂纹位置与裂纹扩展寿命的关系,提出几种相邻轮齿含分度圆裂纹和齿根裂纹的双裂纹齿轮副模型,基于ABAQUS建立齿轮副的三齿啮合有限元分析模型,分析不同载荷作用下分度圆裂纹和齿根裂纹尖端的主应力值和应力强度因子值;结合Pairs方程探讨分度圆裂纹扩展和齿根裂纹扩展寿命之间的关系。结果表明:齿轮副单齿啮合时的裂纹尖端应力比齿轮副双齿啮合时的裂纹尖端应力大,而且裂纹尖端的弯曲应力明显大于剪切应力;同一载荷同一裂纹深度时,齿根裂纹尖端的应力强度因子值大于分度圆裂纹尖端的应力强度因子值;相同加载时,含齿根裂纹齿轮的裂纹扩展寿命小于含分度圆裂纹齿轮的裂纹扩展寿命;裂纹扩展过程中,齿根裂纹深度和分度圆裂纹深度之比非定值,而且深度之比与载荷无关。     

压裂泵曲轴的疲劳裂纹扩展研究

为研究曲轴疲劳裂纹及其寿命,使用ABAQUS和FRANC3D软件对曲轴裂纹进行引入及扩展分析,基于裂纹剩余寿命计算和初始裂纹形状比对,对应力强度因子进行研究。结果表明,当裂纹深度扩展至18.2 mm时,等效应力强度因子达到曲轴材料断裂韧性,裂纹产生至临界深度,剩余寿命为8.6×105次;在裂纹深度一定时,初始裂纹的表面长度越长,裂纹扩展寿命越短,初始裂纹表面长度越短,裂纹扩展寿命越长;裂纹初始角度越大,裂纹前缘最深处的应力强度因子越低;裂纹初始角度越大,裂纹扩展后得到的裂纹长度越短,裂纹扩展寿命越长。     

含多条裂纹梁的模态与振动疲劳寿命分析

基于Paris公式,提出了一种含多条裂纹梁疲劳寿命预估的方法。在模态分析中,基于传递矩阵方法,利用无质量的弯曲弹簧等效裂纹,提出一种求解含有多条裂纹梁固有振型的方法,分析裂纹数目、裂纹位置、裂纹深度对裂纹梁固有频率的影响。在振动疲劳分析中,研究了在简谐激励作用下裂纹数目对裂纹尖端应力强度因子的影响。通过Paris疲劳裂纹扩展方程和同步分析法,考虑裂纹梁振动与裂纹扩展的相互作用,分析了裂纹数目和裂纹位置对裂纹梁疲劳寿命的影响。结果表明,裂纹数量、裂纹位置和深度对梁的模态参数和疲劳寿命有重要影响。     

P92钢蒸汽管道焊接接头中两裂纹相互作用的有限元分析

P92钢蒸汽管道焊接接头中易出现裂纹等缺陷,严重威胁着超超临界机组的安全运行,采用ANSYS Workbench软件建立了焊接接头中两半椭圆表面裂纹的有限元模型,并研究了两裂纹间距和次裂纹尺寸对主裂纹前缘应力强度因子的影响规律。研究结果表明,对于两共面的轴向裂纹和两共面的环向裂纹,次裂纹的存在增大主裂纹前缘的应力强度因子,而对于两非共面的轴向裂纹和两非共面的环向裂纹,次裂纹的存在则减小主裂纹前缘的应力强度因子,且这种作用随两裂纹间距的减小或次裂纹尺寸的增大而增强。对于中心连线与轴线平行的轴向与环向裂纹,当形状因子a/c=0.4时,环向裂纹的存在对轴向裂纹前缘应力强度因子的影响不大;但轴向裂纹的存在却增大环向裂纹前缘的应力强度因子,且这种作用随两裂纹间距的减小或轴向裂纹尺寸的增大而增强。当a/c=1.0时,一条裂纹的存在增大另一条裂纹前缘的应力强度因子,且这种作用随两裂纹间距的减小而略有增强;增大环向裂纹尺寸,其增大轴向裂纹前缘应力强度因子的作用略有增强;轴向裂纹尺寸对环向裂纹前缘应力强度因子的影响则取决于两裂纹间距。     

共线多孔MSD的干涉影响及裂纹扩展模拟

对无钉载LY12CZ中心单裂纹铝板进行等幅疲劳加载,运用FRANC2D/L进行模拟,所得数值模拟结果与试验结果接近,具有一定可靠性。同时运用FRANC2D/L对多孔等长裂纹、多孔主裂纹、多孔不相邻裂纹、多孔相邻裂纹和单裂纹等五种开裂模式裂纹扩展的应力强度因子分布和裂纹扩展寿命进行分析和计算。结果表明裂纹的干涉作用随裂纹长度的增加越来越显著,并且中心裂纹相对于邻近裂纹扩展寿命偏小。     

疲劳裂纹扩展特性试验研究 断裂力学研究动向之一

为了研究疲劳裂纹扩展特性方便起见,近来有人把裂纹分为二类:一类称之为理想裂纹,或称之为停止裂纹;另一类称之为疲劳裂纹或扩展裂纹。如图一所示。     

复合型裂纹系统能量变化的仿真分析及同Ⅰ型裂纹系统能量的比较

针对工程实际上更为常见的复合型裂纹,建立基于弹性断裂理论和复变函数理论的能量计算模型。研究裂纹扩展过程中,系统能量在各种相关因素影响下的变化规律。以I、II型复合裂纹为例,采用能量释放率理论对外荷载、裂纹所处角度及裂纹的几何尺寸等因素对系统能量的影响进行全面的仿真计算。同时,基于复合裂纹与I型裂纹在裂纹转动角度上的不同,对复合型裂纹和I型裂纹系统能量的变化进行比较。结果表明:系统能量随着外荷载和裂纹所处角度的增加而增大;随着裂纹长度增大而减小。当外荷载、裂纹长度为零时,系统能量也为零。当裂纹由I型裂纹产生一个转动角度时,系统能量是增加的。在同样的荷载条件、边界条件进行分析,具有转动角的复合型裂纹能量较I型裂纹的系统能量大。     

12MnCrNi钢刚性对接试验焊接裂纹的成因分析

用刚性对接裂纹试验方法研究了１２ＭｎＣｒＮｉ钢的焊接裂纹,并用扫描电镜和能谱分析了产生裂纹的原因。结果表明,焊接裂纹率与焊接线能量有关,焊接裂纹起源于近缝区母材晶间熔化处,扩散氢的聚集促进液化裂纹扩展、联接,因此,刚性对接裂纹试验中的裂纹属于热、冷混合裂纹。     

非共线复合型裂纹扩展特性分析

以带多点损伤的空孔板为研究对象,利用数值分析法分析裂纹起裂位置和裂纹倾斜角对应力强度因子的影响,对比了共线多裂纹与非共线复合型裂纹起始扩展速率和扩展寿命的差异。结果表明:非共线复合型裂纹起始扩展速率偏大,裂纹扩展寿命缩短约2.5%。在非共线复合型裂纹模型中,随着裂纹倾斜角增加,等效应力强度因子先增大后减小,且在15°时,整体裂纹扩展速率达最大值。相邻孔间裂纹的相对位置和相对方位影响裂纹的扩展路径,进而影响裂纹扩展寿命。     

基于弹性波传播特性的变截面转轴横向裂纹检测方法

转轴不同的受力条件使裂纹具有不同的裂纹模式,在利用弹性波传播特性对横向裂纹进行检测时需要考虑裂纹模式的影响。在不同裂纹模式下推导得出裂纹的局部柔度系数,随后建立不同的裂纹模式下弹性波的传递矩阵,搭建转轴裂纹试验台,分析出其裂纹模式为模式Ⅲ,同时定性分析裂纹深度对转轴中弹性波传播特性的影响。试验结果验证了理论分析出的裂纹模式的正确性,而裂纹深度主要影响弹性波阻带带宽和中心频率。研究结果可为变截面转轴裂纹模式的选取提供参考,也为横向裂纹的检测提供了一种方法。     

22328滚子淬火裂纹分析

1　 2 2 32 8滚子裂纹形貌我厂生产的 2 2 32 8滚子在淬、回火后发现了淬火裂纹 ,平面磨后经磁力探伤挑出的裂纹滚子占 31 .5 %。1 .1　裂纹的宏观形貌裂纹有纵向、横向和扭曲形三种形式。纵向裂纹通过纵轴中心线平面完全贯穿或底部少部分连接 ,此种滚子一经磕碰就可分成两瓣。横向裂纹垂直于纵轴线的平面贯穿心部裂透 ,横向裂纹有的完全沿车加工刀痕分布 ,有的则越过刀痕。扭曲形裂纹是由纵向裂纹过渡到横向裂纹 ,也完全贯穿。裂纹的外观形貌如图 1所示。1 .2　裂纹方式其裂纹方式基本上属于纵劈和横断。其特点是 :开裂首先在纵、横截面的…     

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。     

滚动轴承接触疲劳裂纹建模与扩展规律研究

针对滚动轴承的疲劳剥落损伤演化问题,采用扩展有限元方法研究疲劳裂纹扩展机理,通过算例验证了扩展有限元方法的可靠性。运用断裂力学理论建立了包含次表面初始裂纹的滚动接触疲劳扩展有限元模型,分析了初始裂纹倾斜角度、所处深度和初始裂纹长度对次表面裂纹生长到表面的扩展路径影响机制,通过分析应力强度因子变化研究了裂纹扩展机理。研究结果表明,次表面疲劳裂纹以滑开型裂纹扩展模式为主;初始裂纹角度对疲劳裂纹扩展路径影响较大,初始裂纹角度在15°～45°时裂纹会转向表面发展而形成疲劳剥落;初始裂纹尺寸和深度对裂纹扩展路径形貌的影响较小,但会影响裂纹扩展的难易程度。     

多条滚动接触疲劳裂纹共存时的瞬态扩展行为分析

利用有限元法建立考虑轮轨瞬态滚动接触载荷的三维滚动接触疲劳斜裂纹扩展分析模型,分析现场中成群出现的钢轨滚动接触疲劳裂纹之间的相互影响。该模型可以准确反映高频轮轨瞬态滚滑行为对裂纹载荷边界和裂纹面接触的影响,突破了以往研究中基于赫兹接触的稳态接触载荷边界假设带来的种种局限。基于实测,模型中裂纹扩展角度取典型值30°,长度和深度分别取10~20 mm和2~4 mm (长深比固定为5),考虑间距在5~20 mm范围内变化,分析多至5条裂纹共存情况下的裂尖应力场强度因子。300 km/h运行速度下的计算结果表明:相同尺寸的多裂纹共存时某一裂纹尖端的节点力相较于单裂纹时低,但多裂纹时的接触刚度更低,使得裂纹尖端附近两裂纹面间的相对位移较单裂纹更大,最终使得多裂纹工况的裂尖应力场强度因子随裂纹数量的增多而增大;对于特征尺寸(长度)为15 mm的等间距多裂纹,当裂纹间距大于5 mm时,3条裂纹共存模型即足以将裂纹间相互影响精确考虑在内,较5条裂纹共存模型的误差仅为1.7%。对于文中所研究的多裂纹,当裂纹间距大于裂纹特征尺寸时,裂纹间的相互影响可以忽略,即可采用单裂纹模型进行计算。     

金属构件裂纹的修补

金属结构的裂纹可以用加强板进行修补,但有限元程序计算表明:选择加强板的参数应按照最大限度降低裂纹尖端应力的原则进行。笔者用实例说明修补裂纹只能延缓裂纹的扩展速度而不能根除裂纹的存在。 1.修补裂纹的方法 当金属构件由于长期承受交变载荷而产生疲劳裂纹时,修补裂纹的方法有: (1)在裂纹尖端钻止裂孔(按要求还应铰孔)。     

硬齿面齿轮齿根裂纹扩展特性与剩余寿命研究

为了研究齿根裂纹对硬齿面齿轮疲劳寿命的影响,以某渐开线硬齿面齿轮为研究对象,基于断裂力学方法和疲劳裂纹扩展理论,分析研究了齿轮齿根疲劳裂纹扩展机制;建立了考虑载荷大小、初始裂纹大小以及初始裂纹位置等因素影响的硬齿面齿轮齿根裂纹扩展剩余寿命分析模型,研究了齿根裂纹不同扩展阶段的应力强度因子演变规律与裂纹扩展机制;根据某渐开线硬齿面齿轮副弯曲疲劳试验数据,对所建计算模型进行了分析与验证,证明了模型的准确性。结果表明,与Ⅱ型裂纹、Ⅲ型裂纹相比,Ⅰ型裂纹应力强度因子最大,从齿面到裂纹深度方向,其值逐渐减小;随载荷、裂纹长度、裂纹宽度以及初始裂纹距齿宽中心位置的距离等因素的增大,裂纹扩展剩余寿命都随之减小。     

金属材料表面裂纹疲劳扩展形状演变规律

基于裂纹扩展过程中的能量释放率理论提出一种表面裂纹疲劳扩展形状的计算方法,研究了在拉伸和弯曲疲劳载荷作用下金属板材中表面裂纹扩展形状演变规律,并进行了试验验证。结果表明:计算得到在拉伸载荷作用下的裂纹扩展初始阶段,表面裂纹呈半圆形,随着裂纹深度的增加,表面裂纹形状逐渐变为扁长型半椭圆形;在弯曲载荷作用下的裂纹扩展初始阶段,表面裂纹呈半圆形,随着裂纹深度的增加,表面裂纹形状逐渐变为细长型半椭圆形;试验得到表面裂纹在疲劳扩展过程中的形状逐渐靠近计算得到的形状;在表面裂纹长度相等的条件下,试验与计算得到的裂纹深度的相对误差小于4.5%,说明采用基于能量释放率理论的表面裂纹扩展形状计算方法来预测表面裂纹疲劳扩展的形状演变是可行的。     

多裂纹对压力容器“断裂前泄漏”分析的影响

为了展示多裂纹生长/结合对压力容器和管道“断裂前泄漏”（LBB）准则的影响,应用计算机仿真技术对多裂纹的生长/结合过程进行了模拟研究。模拟的背景条件为：零件（压力容器或管道）的危险截面上存在随机分布的初始裂纹,裂纹分布参数（裂纹数量、裂纹位置、初始裂纹长度等）取为随机变量。在单一裂纹的情况下,出现可检测泄漏的裂纹尺寸和发生失稳扩展的裂纹尺寸取自有关文献,对于多裂纹的场合,用等效的“裂纹张开面积”判断是否出现可检测的泄漏。统计模拟结果显示,与单裂纹情形相比,多裂纹情况下零件的无泄漏寿命及从检测到泄漏到失稳断裂的时间间隔都有明显缩短。     

含裂纹板的振动疲劳裂纹扩展耦合分析

为提高含裂纹板的振动疲劳分析精度,提出一种振动疲劳裂纹扩展耦合分析方法。首先,利用附加载荷等效代替裂纹作用,由力学平衡原理推导含裂纹板的振动方程,基于Rice与Levy应力关系式形成方程的裂纹项;然后,运用Paris方程模拟裂纹扩展,通过振动分析与裂纹扩展计算同步进行的方式考虑振动与裂纹扩展的耦合作用,讨论振动对含裂纹板裂纹扩展的影响。分析表明,结构固有频率与裂纹大小和板厚密切相关;阻尼大小和激振力变化对裂纹扩展速率的影响显著。