一种用门槛值ΔK_(th)确定疲劳尺寸效应的新方法

本文应用断裂力学的观点,从裂纹扩展的角度论述了尺寸效应的成因,指出决定疲劳极限的不是裂纹的萌生,而是由滑移面分离产生的显微裂纹是否能够达到临界尺寸,从而找出了疲劳极限和门槛值⊿K_(th)之间的本质联系,并提出了两个计算尺寸系数ε的新公式.这些公式与实验结果符合很好。最后还对该公式的使用条件进行了讨论.     

用宽板试验评定COD设计曲线的可靠性

本文检验了焊接结构中确定缺陷容限的COD设计曲线方法的可靠性。采用小尺寸COD试验估算的容许裂纹尺寸与宽板试验中断裂时的临界尺寸的统计比较方法评定COD设计曲线的保守性。通过查阅文献,总共得到80组COD—宽板试验数据,并仔细地作了评价。结果表明,用COD设计曲线估算的容许裂纹尺寸的平均安全系数为3,临界裂纹尺寸超过最大容许尺寸的概率为96.7％。采用安全系数作为比较的指标概要地看出了下述一些重要参量的意义: (a)残余应力对设计曲线估算焊后状态结构的影响。 (b)COD 设计曲线中贯穿裂纹与非贯穿裂纹的比较。 (c)通常在试验室里以三个试样为一组测定COD值,采用其最低值和平均值的相对优缺点。     

室温和650 ℃下晶粒尺寸对GH4169合金疲劳小裂纹萌生和扩展行为的影响

在室温和650 ℃条件下,研究晶粒尺寸对GH4169合金疲劳小裂纹萌生机理和扩展行为的影响。通过在960 ℃、 1 010 ℃、1 020 ℃、1 050 ℃条件下,各保温1 h来改变试样晶粒尺寸。通过光学显微镜来观察不同热处理后的微观组织。利用覆膜法监测小裂纹扩展过程。结果表明,两种温度下疲劳小裂纹萌生机理和扩展模式在细晶组织和粗晶组织间均会发生转变。室温和650 ℃条件下,裂纹扩展速率在小裂纹阶段近似恒定。室温下,平均晶粒尺寸变化对小裂纹扩展速率几乎没有影响。650 ℃下,随着平均晶粒尺寸增加,小裂纹扩展速率增大。无论哪种温度下,一旦表面裂纹长度达到一定临界尺寸,小裂纹会加速扩展,进入长裂纹阶段。室温下不同平均晶粒尺寸试样临界裂纹长度基本相同,650 ℃下随着平均晶粒尺寸增加临界裂纹长度增加。     

金属疲劳裂纹起始寿命的估算

本文给出了根据拉伸性能(和疲劳极限) 估算金属材料疲劳裂纹起始寿命的公式和方法,并且估算了几种常用的、具有不同性能的钢和铝合金的疲劳裂纹起始寿命。估算的疲劳裂纹起始寿命与实验结果符合得很好。这表明本文所引用的疲劳裂纹起始寿命公式及估算方法是有效的、实用的。     

试样尺寸对钢的细观解理断裂应力的影响

通过三维有限元计算并结合起裂源位置的测量，精确测定一种C-Mn钢不同尺寸(W、B和α)和宽度(B)的四点弯曲(4PB)缺口试样的细观解理断裂应力。发现随试样尺寸和试样宽度的增加，断裂载荷明显变化，但细观解理断裂应力基本不变。不同尺寸和宽度的缺口试样的解理断裂主要由正应力判据控制。稳定的下限细观解理断裂应力值可以用较大尺寸的缺口试样测得，可用于评价钢的断裂韧度和结构安全性。在缺口试样中，解理断裂的临界事件是铁素体晶粒尺寸的裂纹扩展进入基体，不随试样尺寸和宽度变化。细观解理断裂应力主要由临界裂纹的长度决定。     

LBB弹塑性断裂分析中临界裂纹尺寸计算

LBB评估中基于弹塑性断裂方法(EPFM)计算裂纹稳定扩展的临界尺寸是主要难点之一,工程应用中主要通过裂纹扩展驱动力图(J-a图)或裂纹扩展稳定性图(J-T图)计算裂纹稳定扩展的临界尺寸。针对绘制J-a和J-T图的过程较复杂,且作图法确定临界裂纹尺寸精度会受到作图质量影响的问题,基于EPRI工程评定方法的裂纹稳定扩展条件(ASME和R6等规范中也是引用的该条件),给出了一种计算裂纹稳定扩展临界尺寸的数值方法。分析案例研究结果表明,J-T图驱动力曲线存在不是直线的情况,这与简化分析假设不一致。在分析案例中,J-T图分析获得的临界裂纹尺寸是偏于保守的,当外加载荷较小时,这种保守性较小,但当外加载荷较大时,J-T图引起的保守可能高达40%左右。     

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。     

含裂纹损伤容限结构危险性评估技术

断裂力学理论认为结构破坏是由疲劳裂纹的不断扩展所致,而损伤容限结构能够在承受一定损伤(裂纹)情况下继续安全使用。为了评估含损伤(裂纹)结构的使用危险性,提出一种以裂纹长度为参量的结构破坏危险性估计方法,详细分析了瞬时裂纹尺寸与临界裂纹尺寸的分布形式,建立瞬时裂纹尺寸与临界裂纹尺寸之间的干涉关系,利用Monte-Carlo模拟方法得出当前裂纹尺寸下结构发生破坏的概率。算例表明方法简单有效。     

45钢交流闪光对焊焊接热影响区晶粒长大的数值模拟

基于45钢轴对称件交流闪光对焊过程的实测温度场和焊接热循环曲线的拟合处理,结合Monte Carlo(MC)算法确定的模拟模型常数,建立了焊接热影响区晶粒长大的模拟时间tMCS与实际时间t、温度T之间的关系,用MC方法模拟了焊接热影响区的晶粒长大.结果表明:在相同的tMCS值下,MC模拟热循环过程后晶粒平均尺寸约为等温加热转变过程后晶粒尺寸的70%左右;焊接热循环加热阶段后的晶粒尺寸仅为最终晶粒尺寸的25%～30%;模拟值与试验结果基本吻合.     

304不锈钢晶粒尺寸的超声检测

以不同晶粒尺寸的304奥氏体不锈钢试样为研究对象,采用频率5MHz的超声换能器对其进行水浸横波检测,通过快速傅里叶变换(FFT)分析裂纹缺陷和晶粒反射信号的能量特征,以便排除缺陷信号的干扰;通过超声检测得到无裂纹缺陷试样的相对二阶非线性系数,分析了其与平均晶粒尺寸的关系。结果表明:当在1.6～4.4 MHz频段的能量占比低于1%时,可认为奥氏体不锈钢中无裂纹缺陷存在;相对二阶非线性系数随着奥氏体不锈钢平均晶粒尺寸的增大而减小,因此可利用该参数来表征奥氏体不锈钢的晶粒尺寸。     

车轮的损伤容限及寿命估计

从赫兹理论出发，通过断裂力学分析，估算出车轮损伤容限裂纹尺寸、安全裂纹尺寸及使用寿命，分析了疲劳破损的原因。     

疲劳源位置的转移与最佳层深度关系的研究

通过对25MnTiBR钢碳氮共渗疲劳源位置的转移与最佳层深度关系的研究,得到以下主要试验结果:疲劳极限的最佳层深度为0.8～0.94毫米范围;疲劳源位置开始转移的临界深度和临界转移深度与试样半径之比分别为0.8毫米与0.27毫米;疲劳源位置转移的深度范围与最佳层深度范围相当,并随各种条件的变化而有所变化。在接近疲劳极限的低过载应力下,当层深小于转移的临界深度时试样断口上可全部得到“鱼眼”内源的浅层,但当层深大于转移深度范围时,可全部得到深层的表面疲劳裂纹源。碳氮共渗的最佳层深,疲劳源开始转移的临界深度,临界转移比均较渗碳为小.     

金属材料的疲劳无裂纹寿命

引言大多数金属结构或机械的毁坏是由其关键另件的疲劳破坏所引起的,精确地估算结构的疲劳寿命,对于安全运转和节约均具有重要意义。疲劳破坏从表象上可以看成是由两个过程组成的,即疲劳裂纹形成和疲劳裂纹由初始的亚临界尺寸扩展到最终的临界尺寸.所以疲劳寿命是疲劳无裂纹寿命和疲劳裂纹扩展寿命两     

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     

摆碾件废次品分析

1.冷拔开裂 冷摆碾所使用的原材料不一定与摆碾用毛坯的直径相同。需要将其预拔到预定尺寸。在冷拔过程中常在钢材表面产生横向裂纹,裂纹附近常伴有塑性变形。 造成冷拔开裂的原因很多: (1)临界变形值的影响 要将钢材拉拔到预定的尺寸,往往需要通过几次拉拔,每次拉拔后应进行再结晶处理以消除拉拔时产生的加工硬化现象。众所周知,金属的冷变形程度会影响再结晶后的晶粒大小,若金属冷变形程度处在临界变形度范围内时,再结晶退火后晶粒度会特别粗大,使塑性大为降低,再进一步拉拔时就会发生断裂。因此,在实际生产中需要经过测定或计算,或者采用中间退火,避免拉拔变形程     

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。     

微动疲劳寿命的估算方法研究

着重分析了零构件由于微动磨损而造成的疲劳失效机制,说明了在这种微动疲劳模式下疲劳寿命的组成情况,用门槛值应力公式估算了当磨蚀坑根部萌生扩展性裂纹时蚀坑的临界深度尺寸,并分析了微动裂纹尖端的应力强度因子,得出了计算微动裂纹萌生尺寸的表达式,最后用上述方法计算了螺纹联接件的微动磨损寿命与裂纹萌生尺寸,用局部应力应变法计算了微动裂纹的萌生寿命,所得到的估测寿命与试验值相符,由此可见,该微动疲劳寿命的估测方法是合理的,有效的。     

在役桥(门)式起重机箱形梁结构的疲劳安全评定

针对桥(门)式起重机箱形梁结构的疲劳评定问题,以断裂力学理论为基础,结合起重机结构的实测裂纹和随机载荷的统计情况,探索出一套适用于起重机箱形梁结构疲劳评定的流程和方法。以36t集装箱门式起重机为例,通过对箱形主梁裂纹的简化分析和随机载荷的等效处理,采用一阶段和两阶段的裂纹扩展规律,计算出起重机箱形梁在随机载荷作用下的临界裂纹尺寸和裂纹扩展寿命,并对不同位置、不同扩展准则条件下疲劳裂纹扩展结果进行了对比分析。评定流程和方法简单且易操作,计算结果具有较高可信度,对桥(门)式起重机疲劳评定检测和减少疲劳断裂事故发生具有重要的工程实用价值。     

人工缺陷对S38C车轴钢疲劳极限的影响

采用布氏硬度计和电火花烧蚀方法在S38C车轴钢疲劳试样上引入压痕和电火花凹坑两类人工缺陷,研究含不同尺寸人工缺陷试样的疲劳极限,并与Murakami模型的计算结果进行对比。结果表明:疲劳裂纹从人工缺陷底部萌生;在研究范围内,含人工压痕和电火花凹坑试样的疲劳极限均随着缺陷投影面积的增加而呈线性降低趋势;在缺陷于横截面上投影面积相同条件下,试验得到含电火花凹坑试样的疲劳极限比含人工压痕试样的低30 MPa左右,含人工压痕试样的疲劳极限试验值比计算值高约50MPa,而含电火花凹坑试样的疲劳极限仅比计算值高约20MPa,含该类缺陷试样的疲劳极限可由Murakami方程进行近似预测。     

直升机金属动部件的寿命管理

针对某型直升机动部件承受高频低幅振动载荷的特点,探讨安全寿命和损伤容限相结合的寿命控制方法。以直升机的金属主桨叶为例,采用飞行空测载荷数据编制的实测统计载荷谱,通过Miner线性累积损伤理论计算得到裂纹形成寿命与风险率的关系。同时考虑裂纹扩展寿命对降低风险率的贡献,通过断裂力学分析计算出应力强度因子、损伤容限临界裂纹尺寸,建立主桨叶损伤容限分析的工程计算模型,得到裂纹扩展寿命(检查周期)与风险率的关系。