焊接残余应力对钛合金T型接头疲劳寿命的影响

为探究残余应力对于T型接头疲劳寿命作用的机理,基于热弹塑性有限元理论,模拟了T型接头的焊接过程,并对残余应力场进行了分析。采用线弹性断裂力学和扩展有限元的方法,建立了T型接头的有限元模型,并分析了焊接残余应力对于其裂纹扩展及疲劳寿命的影响,结果表明：残余拉应力的存在会加速疲劳裂纹的扩展,焊接残余应力的存在使T型接头的疲劳寿命降低约9%,在工程应用中应考虑残余应力的影响。     

焊接残余应力对高强钢点焊接头裂纹扩展及疲劳性能的影响

点焊接头因高度应力集中,极易于熔核边缘萌生疲劳裂纹,点焊产生的残余应力会影响其扩展。为探究点焊残余应力对疲劳裂纹扩展的影响规律,建立DP600高强钢点焊接头三维裂纹有限元仿真模型。基于热-弹塑性理论求解点焊残余应力场,在此基础上计算有无残余应力时折线裂纹的局部应力强度因子(Stress Intensity Factor, SIF)解,通过分析两种条件下裂纹最深点局部SIF随裂纹深度比变化的曲线,研究点焊残余应力对折线裂纹扩展的影响规律;基于断裂力学理论,采用改进的双参数模型预测有无残余应力时的疲劳寿命。结果表明,点焊残余应力使局部SIF显著提高,且随着裂纹深度比的增加,残余应力对其的影响程度也增加;考虑残余应力后裂纹整体扩展趋势不变但扩展速率显著增加,疲劳寿命由35 616次下降至12 564次。     

焊接残余应力对疲劳裂纹萌生和扩展的影响

通过疲劳试验,研究焊接残余应力对疲劳裂纹萌生和扩展性能的影响,以及残余应力的再分配。试验结果表明,垂直于裂纹方向的纵向残余应力促进孔边疲劳裂纹的萌生和扩展;残余应力随焊缝金属的应变松弛而降低,它对疲劳裂纹扩展速率的影响相应减小;残余应力场中疲劳裂纹扩展速率仍可以用Ｐａｒｉｓ ／公式计算。     

残余应力对材料疲劳性能影响的某些进展

材料经表面形变强化可有效地提高材料的疲劳性能.以往主要研究形变强化工艺与零件疲劳寿命的关系.为进一步发挥材料强度潜力,近年来着重研究形变强化后残余应力、组织强化及表面光洁度等各因素对不同强度、不同缺口形状等材料的影响。本文从经典理论及断裂力学两方面结合所作的工作,介绍残余应力对材料疲劳性能影响研究的一些新进展。残余应力对疲劳极限的影响涉及如何选取残余应力值,残余应力对不同强度材料的作用,残余应力的多轴性,残余应力在缺口处的集中效应及其对缺口疲劳极限的影响等。断裂力学方法适用于分析裂纹在残余应力场中的扩展问题。研究表明残余应力不仅改变了载荷比,而且还使裂纹的闭台力发生变化,改变了有效应力强度因子范围及相应的裂纹扩展速率,它和残余应力导致的闭合力变化有较好的对应关系.     

高超载比超载对Q345钢的疲劳性能的影响

采用Q345钢制作成紧凑拉伸试样,并在裂纹萌生后进行超载.通过疲劳裂纹扩展试验,研究高超载比超载对疲劳裂纹扩展速率的影响,分析其延寿机理.研究发现:较高的超载比使试样引入了残余压应力,使得有效应力强度因子降低至应力强度因子门槛值附近.可以降低疲劳裂纹扩展速率,抑制裂纹扩展,延长试样的疲劳寿命,通过此方法提高了含裂纹结构的使用寿命.     

疲劳裂纹扩展影响因素研究综述

文中通过介绍疲劳裂纹扩展的规律,指出了疲劳裂纹扩展的研究途径。残余应力、超载、温度、加载频率和应力比是影响疲劳裂纹扩展的主要因素。发展相关理论和方法,正确认识影响机理,科学预测疲劳裂纹扩展行为一直是研究者关注的问题。文中介绍了近年来残余应力、超载、温度、加载频率和应力比对材料疲劳裂纹扩展的影响机理方面的研究,论述了其影响效果,得出了常用结论。     

16Mn钢焊接件疲劳裂纹扩展特性研究

本文研究了16Mn 钢焊接接头疲劳裂纹扩展特性。结果表明:影响焊接接头裂纹扩展速率的因素是焊接接头的残余应力和金相显微组织。当应力比 R<0.6时,残余应力是影响焊接接头疲劳裂纹扩展速率的主要因素,显徽组织次之;当应力比达到0.6时,残余应力影响减弱。根据实验结果提出了焊接接头疲劳裂纹扩展速率的预测模型,与实测结果相近,具有一定的实用价值。     

大模数淬火齿条表面裂纹扩展规律及寿命预测研究

针对大模数齿条的疲劳寿命难以精确计算问题,对大模数表面淬火齿条的裂纹扩展规律进行了研究。建立了含共线初始双裂纹的齿条FRANC3D模型,齿条啮合区离散为15个区域载荷;分析了表面感应淬火齿条硬度分布、残余压应力分布对疲劳裂纹扩展寿命的影响,推导了齿条的断裂韧度K_(IC)与应力强度因子门槛值ΔK_(th);运用FRANC3D软件,对双共线初始裂纹在三种水平间距下的裂纹扩展、联通、继续扩展过程进行了仿真,得出了应力强度因子幅值ΔK随裂纹深度a扩展的表达式;根据裂纹扩展速率da/dN与ΔK、K_(IC)、ΔK_(th)的关系,预测了三峡升船机齿条的寿命N。研究结果表明:齿条满足疲劳寿命要求,但表面感应淬火降低了齿条的疲劳寿命;硬度分布对于裂纹扩展的促进作用大于残余压应力的抑制作用。     

开缝衬套冷挤压强化工艺对7050铝合金孔连接结构疲劳寿命的影响

针对飞机结构件7050铝合金进行开缝衬套冷挤压后孔的疲劳寿命增益研究.从断裂力学角度出发,考虑冷挤压后残余压应力对裂纹扩展驱动力的影响,研究冷挤压后连接孔的疲劳寿命预测模型.     

考虑残余应力的螺旋锥齿轮接触疲劳裂纹萌生-扩展寿命计算方法研究

考虑渗碳、磨齿、喷丸等工艺产生的齿面残余应力,建立齿面接触应力与残余应力的复合应力场,提出一种螺旋锥齿轮接触疲劳裂纹萌生-扩展寿命计算方法。构建齿轮有限元接触分析模型,计算多轴交变接触应力场。考虑空间螺旋曲面残余应力分布的复杂性,将变曲率齿面离散为网状节点;测量各节点表面与次表面的残余应力,建立齿面残余应力场。基于Dang Van多轴疲劳准则,构建齿面裂纹萌生模型;计及残余应力与裂纹闭合效应,构建齿面裂纹扩展模型。计算复合应力场下齿轮接触疲劳寿命,研究残余应力对齿面裂纹萌生-扩展寿命的影响规律。结果发现：复杂齿面空间变曲率会影响喷丸等工艺产生的残余应力分布,中心区域的残余压应力高出齿面边缘区域约20%;复合应力场下齿面裂纹萌生位置与寿命主要取决于接触应力,残余应力会改变齿面节点平均应力进而影响疲劳寿命;齿面裂纹扩展寿命约占全寿命的10%,表征齿轮接触疲劳快速失效至迅速断裂。上述研究对于高性能齿轮传动的长寿命、高可靠性设计具有一定的参考价值。     

影响弹簧疲劳寿命的表面缺陷

汽车发动机气门弹簧的表面裂纹是一项关键性因素，它同有害的非金属夹杂物及表面脱碳一起影响到气门弹簧的疲劳寿命。通过对高应力弹簧及经氮化处理的弹簧做人工纵向裂纹后进行疲劳试验，以解读表面裂纹对疲劳寿命的影响。通常认为：所有弹簧的疲劳寿命随裂纹深度增加而减少，在这项试验中，进一步证实了当裂纹深度小于0.05mm时，疲劳寿命不会下降。因此我们认为处于表层大量的残余应力有效地遏制了疲劳开裂的扩展。     

多次激光喷丸作用下TC4钛合金的疲劳性能及微裂纹扩展预测模型

对TC4钛合金板进行不同次数激光喷丸处理,再进行高周疲劳试验,研究了其疲劳性能及断裂机理;基于残余压应力及晶界介微观尺寸对微裂纹扩展的阻滞作用,采用抑制参数、张开应力强度因子、残余应力强度因子对Paris公式进行修正,建立了激光喷丸处理后疲劳微裂纹扩展预测模型,并进行了试验验证.结果表明:随着喷丸次数增加,TC4钛合金的疲劳强度增大,疲劳寿命延长,断裂方式由脆性断裂向韧性断裂转变;疲劳微裂纹预测模型预测得到的疲劳寿命与试验值的相对误差小于10％,说明模型准确.     

高干涉量压合衬套强化铝合金孔结构的疲劳性能

分别采用高干涉量压合衬套单侧挤压强化和两侧挤压强化两种工艺对7050铝合金孔结构进行强化,研究孔结构的残余应力和疲劳性能,并采用梯形累积法由疲劳断口定量反推出疲劳裂纹萌生寿命和扩展寿命。结果表明:孔结构中形成深度达12mm的残余压应力场,单侧挤压强化试样挤入端的残余应力显著低于挤出端的,两侧挤压强化试样挤入端和挤出端的残余应力相当;单侧挤压强化试样和两侧挤压强化试样的平均疲劳寿命比未挤压强化试样的分别提高了770%和1 500%,高干涉量压合衬套强化技术具有显著的疲劳强化效果,且双侧挤压强化的效果更好;高干涉量压合衬套强化技术可同时提高孔结构的疲劳裂纹扩展寿命和萌生寿命,且萌生寿命提高的幅度更大。     

柴油机连杆疲劳失效的影响因素分析

运用有限元方法与疲劳寿命预测理论,对柴油机连杆在疲劳耐久性试验条件下的三维应力分布和疲劳寿命进行了数值模拟。通过对比连杆疲劳试验与寿命预估结果,结合连杆疲劳断口的微观分析,表明残余压应力使疲劳裂纹源的位置向连杆次表层推移,对高强度连杆的疲劳寿命具有重要影响。     

残余应务对焊接头疲劳性能的影响

利用线弹性断裂力学（ＬＥＦＭ）理论、迭加原理和有限元分析方法,就残余应力对对焊接头的疲劳性能的影响进行了理论分析。采用有限板中边界裂纹及中心穿透裂纹的Ｂｕｅｃｋｅｎｅｒ及Ｋａｎａｚａｗａ权函数,计算对应焊接头中的各种残余应力分布的残余应力强度因子。建立了考虑不同残余应力水平影响的表面裂纹疲劳模型,估算对焊接头疲劳寿命及疲劳强度,并与试验数据进行了比较验证。     

TC4板孔冷挤压强化残余应力分布与疲劳寿命

开展了不同挤压量下TC4钛合金板孔冷挤压强化有限元仿真研究,得到了挤压强化后最小截面的切向残余应力分布规律,分析了挤压量对受载试样孔边应力分布的影响,探讨了挤压量、残余应力和疲劳增益三者之间的内在关系。采用开缝衬套冷挤压强化工艺对TC4带孔板件进行冷挤压和疲劳验证试验。研究结果表明,挤压强化后的孔边切向压缩残余应力可以有效降低孔周应力集中程度,优化受拉试样最小截面应力分布,改变裂纹源的位置并延长疲劳裂纹的萌生和扩展寿命,有效提高试样疲劳寿命。综合仿真和疲劳试验得到TC4板孔最优挤压量为4%。     

基于冷滚压工艺的谐波减速器柔轮疲劳寿命分析

依据冷滚压工艺产生的初始残余压应力对裂纹萌生,裂纹扩展的抑制机理,以冷滚压谐波减速器柔轮为研究对象,采用SWT方法和断裂力学理论对冷滚压柔轮分别进行裂纹萌生寿命、裂纹扩展寿命理论分析,并运用疲劳分析软件nCode Design-Life仿真分析进行相互验证。结果表明,冷滚压柔轮疲劳寿命在各阶段均优于机加工柔轮,能够有效延长谐波减速器使用寿命,验证了柔轮冷滚压工艺的优越性,并对延长柔轮的使用寿命提供了参考价值。     

42CrMo4钢疲劳裂纹扩展时的残余应力及其变化

对４２ＣＣｒＭｏ４钢质调质试样疲劳裂纹扩展时的表面残余应力测定表明，在裂纹尖端前方和裂纹两则一定范围生成残余应力，裂纹尖端处压应力最大。随着裂纹的扩展压应力范围增大，最大压应力增加，表明残余应力始终处于一动态再分布过程中，与裂纹尖端区域的塑性变形直接相联系。裂纹扩展时残余应力的真实分布状态，按理想模型已不能作出圆满描述。由于裂纹尖端塑性变形区较小，选用合适的Ｘ线光栅孔长测的残余应力较为真实。     

焊接残余应力对压力容器疲劳裂纹扩展的影响

本文引用了有效应力强度因子幅值和裂纹张开率的概念,通过应力比的变化给出了焊接残余应力对压力容器疲劳裂纹扩展的影响系数。     

爆炸冲击波压应力处理预防水轮机叶片裂纹的可行性

大型混流式水轮机叶片的开裂属疲劳裂纹问题,主要与交变应力过大和残余应力过高有关.研究和应用表明,采用焊后600 ℃(8 h的热处理只能消除少量残余应力,接近屈服强度的剩余拉应力严重降低材料的疲劳性能,加速疲劳裂纹的形成和扩展.在叶片易开裂部位进行压应力处理可大大提高疲劳寿命,爆炸冲击波处理用一次均匀微量塑性变形代替喷丸或锤击的多次不均匀变形实现压应力处理,可以避免表面粗化和微裂纹,其形成的压应力层厚度可提高10倍以上,还能起到治愈缺陷的作用.经爆炸处理的16Mn钢焊接接头疲劳强度提高60 MPa,疲劳裂纹扩展速率降低10倍.在已获得的100多件大型水工结构爆炸处理满意结果的基础上,此法用于水轮机叶片的压应力处理,提高其疲劳寿命是完全可行的.