压缩循环载荷下疲劳裂纹扩展的实验研究

通过对零－压载荷下的疲劳裂纹扩展试验。研究ＬＹ１３ＣＺ试件在压缩循环载荷下的裂纹扩展规律。发现在压缩循环载荷下疲劳裂纹可以扩展，但不铳即发生休眠。其休眠长度与反复塑性区的尺寸相当。     

循环压载下缺口旁疲劳裂纹扩展

对承受循环压载的缺口试件的疲劳问题进行了试验和理论研究。结果表明，疲劳裂纹是在残余拉应力和循环压应力作用下萌生和扩展的，压塑性变形是裂纹萌生和扩展和扩展的必要条件。循环压载下仍存在着裂纹张开和裂纹闭合，其机理与拉伸循环下不同。以试验中采用的ＬＹ１２ＣＡ材料边缺口试件为例，提出了考虑裂纹闭合效应的扩展率计算模型，结果与试验吻合得较好。     

弯曲载荷下缺口顶端裂纹启裂韧性的力学估计

给出了2Cr13钢三点弯曲缺口试样缺口顶端张开位移的估计方法,通过缺口顶端局部应力应变计算,得出了弯曲加载条件下缺口顶端工程裂纹启裂条件,并指标了裂纹启裂长度。文中的理论预测值与试验值均能较好地吻合。     

16Mn钢锐缺口疲劳裂纹萌生寿命研究

以16Mn钢为研究对象,通过带缺口试样的疲劳试验得到不同尺寸的缺口启裂时所对应的疲劳循环次数,回归得到16Mn钢的缺口启裂寿命估算公式。然后采用与真实焊缝咬边等尺寸的模拟试样,进行与实际结构等应力范围条件下的模拟疲劳试验,并结合通过应力-寿命法得到的结果进行分析比较。结果表明,试验寿命与根据估算公式计算得到的寿命非常接近,应力-寿命法得到的结果偏保守,从而为带锐缺口的在用压力容器疲劳寿命评估提供理论依据和试验数据。     

一种描述缺口根部初始裂纹长度的客观量

工程构件的初始裂纹长度是人为规定的，不具有客观性。而依据疲劳损伤累积理论所确定的裂纹形成寿命，其对应的裂纹长度是一个相对客观的参量。本文依据裂纹扩展的累积损伤模型和材料的ε－Ｎ曲线，提出了一种确定缺口试件初始裂纹长度的方法。文中计算了一些材料的初始裂纹长度，并与试验结果和其它文献的结果进行了比较，结果相当吻合，由本文的方法所确定的初始裂纹长度是一个客观参量，它为疲劳寿命分析提供了一个客观的基础，具有实际应用价值。     

循环压缩应力作用下的疲劳裂纹扩展机制研究

裂纹在循环压缩载荷作用下的扩展已经被实验证实,但是由于难以进行观测因而无法准确描述,另外裂纹面在压缩载荷的作用下会出现闭合现象也增加了问题的复杂性。文中通过有限元方法,建立三种几何条件的裂纹模型,考虑裂纹面接触问题,进而对循环压缩载荷作用下的裂纹萌生扩展进行分析。结果表明,裂尖区域在循环压缩载荷作用下的残余拉伸应力是导致裂纹扩展的重要因素。同时,还对不同裂尖几何在裂纹描述的合理性方面提出一些看法。研究表明,裂纹在循环压缩载荷作用下的扩展能力是有限的、稳定的。     

循环载荷下热疲劳裂纹的应力强度因子

为揭示循环温度载荷对热疲劳裂纹应力强度因子的影响规律,考虑材料的多线性塑性随动强化性质,用有限元法计算多种循环载荷作用下裂尖点的应力-应变和热疲劳裂纹的应力强度因子。该应力强度因子值由裂尖附近压缩塑性应变的累积量决定。压缩塑性应变对温度载荷的作用次序敏感,因此应力强度因子也受到温度载荷的作用次序的影响。恒温度幅循环条件下,如果不考虑裂纹扩展,热疲劳裂纹的应力强度因子不随循环次数变化。变温度幅循环条件下,低温循环不会影响其后的高温循环应力强度因子;高温循环却影响其后的低温循环应力强度因子,并使得低温循环的应力强度因子与高温循环的应力强度因子相同,因此突发的高温载荷严重威胁高温构件的寿命。热疲劳裂纹扩展试验证明了有限元计算结果的正确性。     

双轴加载下缺口疲劳裂纹萌生位置的研究

对航空材料LY12CZ进行多种比例和非比例加载试验.分别采用弹性力学方法及弹塑性有限元方法对多轴加载下缺口试件缺口孔边应力应变进行分析,探讨疲劳裂纹萌生位置与孔边应力、应变的关系.试验与分析结果对照表明,各试验载荷情况下最大剪应力幅及最大剪应变幅的分布与孔边疲劳裂纹分布符合最好.     

随机载荷下疲劳裂纹起始寿命的实时监测

本文介绍了以单板机为手段应用局部应变法进行疲劳损伤实时监测的过程。指出采用应力——应变分析与简化的雨流计数法(四蜂谷法)的快速处理方法,可以满足大多数疲劳问题的频率要求(单通道可达200Hz,4通道可达50Hz)。     

疲劳裂纹扩展速率试验载荷的确定

本文分析了疲劳裂纹的扩展规律,给出了疲劳裂纹在线弹性或小范围屈服状态下,于亚临界扩展时,确定试验载荷的方法,为疲劳裂纹扩展速率试验确定载荷提供一种途径。试验证明,此方法理论充分、可靠简单、经济,有一定推广价值。     

冲击疲劳载荷下的疲劳裂纹起始与扩展

提出了利用冲击疲劳试验机测定疲劳裂纹起始寿命和裂纹扩展速率的原理和方法，建立了应力强度因子范围△Ｋ与冲击能之间的定量表达式，实验测定了超高强度钢的冲击疲劳裂纹起始寿命与裂纹扩展速率，并给出了相应的表达式。     

谱载荷作用下的疲劳裂纹扩展

谱载荷中各级载荷间的交互作用必须考虑,尤其是高载荷对低载荷产生的迟滞效应。裂纹扩展的试验结果表明,循环加载中首次高载荷对随后的裂纹扩展迟滞影响是明显的。     

随机风载下齿轮副接触疲劳裂纹萌生寿命研究

对随机风场进行了模拟,得到了正常发电工况下主轴扭矩的时间历程;建立了齿轮副的三维有限元模型,计算了在静态载荷下齿轮副的应力应变。采用随机载荷雨流计数法对齿轮载荷进行雨流计数,并对结果进行了统计学分析,得到应力均值符合三参数威布尔分布。研究了服从三参数威布尔分布的分布参数对齿轮接触疲劳裂纹萌生寿命的影响。结果表明采用随机载荷相对于采用载荷均值齿轮的接触疲劳裂纹萌生寿命疲劳寿命下降,形状参数增大齿轮接触疲劳裂纹萌生寿命增大,尺度参数和位置参数增大齿轮的接触疲劳裂纹萌生寿命减小。     

单,双轴载荷作用下表面斜裂纹的疲劳扩展特性

任意取向的表面裂纹的疲劳扩展问题是迫切需要进行研究的。本文对单轴和双轴载荷作用下表面斜裂纹的疲劳扩展问题进行了研究。通过有限元分析设计了含表面裂纹的双轴十字形试板的合理形状,并标定了其应力强度因子。疲劳试验发现了表面斜裂纹疲劳扩展的不均衡性质,并据此提出了描述表面斜裂纹扩展的分段模型。单轴和双轴试验所得到的扩展速率的比较表明两者的差别不大。根据所得试验结果,文中对现行缺陷评定规范中的某些问题进行了讨论。     

含缺口结构压疲劳失效研究

结构的疲劳失效与内部的应力水平有着紧密的联系。这里阐述了压应力作用下结构内部裂纹的萌生和扩展机理，并介绍了循环压应力下的裂纹扩展计算方程，结合现代疲劳研究方法的新成果新方法对压应力条件下疲劳破坏研究的未来提出展望。     

循环加载下金属薄膜的裂纹萌生行为及其微观机制的研究

金属薄膜广泛应用于大规模集成电路及微机电系统(micro-electro-mechanical systems,MEMS)设备中,循环加载下薄膜的可靠性至关重要.本研究在聚合物基体上制备不同厚度的铜薄膜.研究它们在循环加载下的疲劳裂纹萌生行为及其机制.实验结果表明,薄膜厚度影响薄膜的循环应变局部化和裂纹萌生行为.随薄膜厚度的减小,裂纹萌生从厚薄膜中的挤出诱发的疲劳开裂方式逐步转向较薄薄膜中的界面诱发的疲劳开裂方式.由于基体的约束,位错结构随薄膜厚度的变化是疲劳开裂行为变化的原因.     

环境和缺口形状对LY12CZ铝合金疲劳短裂纹扩展的影响

研究不同环境下LY12CZ铝合金缺口短裂纹的扩展规律及缺口形状对短裂纹扩展规律的影响.相同△K水平下,短裂纹比长裂纹有更高的da/dN值,3.5%NaCl溶液的加入,使锐、钝缺口短裂纹的da/dN值都显著增加.但无论在何种环境下,锐、钝缺口短裂纹的扩展都呈明显的"马鞍"形状且溶液中的过渡裂纹尺寸高于空气中,用缺口根部塑性区大小、裂纹闭合效应和腐蚀介质的共同作用解释试验结果.尖缺口状态下,缺口根部塑性区尺寸很小,裂纹扩展主要受裂纹闭合影响;钝缺口状态下,缺口根部塑性区作用范围较大,裂纹扩展主要受其影响.     

980钢焊接接头在谱载荷作用下的疲劳裂纹扩展

对980钢焊接接头在谱载荷作用下的疲劳裂纹扩展行为进行了初步研究，用980钢焊接接头掉成两种标准CT试件，裂纹分别开在焊缝金属上和焊趾处平行于焊缝方向，在两种谱载荷下进行了疲劳裂纹扩展试验，采用Wheeler模型进行谱载荷作用下裂纹扩展分析。得到焊缝金属的载荷延滞效应明显，而焊趾处金属的载荷延滞效应不明显的初步结论。     

循环载荷作用下X70管线钢在近中性溶液中应力腐蚀裂纹的扩展行为

研究了在循环载荷作用下V形和线形缺口X70管线钢试样在近中性溶液中的应力腐蚀裂纹的扩展行为.结果表明:线形缺口比V形缺口更容易使裂纹扩展,其原因是线形缺口试样的应力集中系数大于V形缺口试样的,且裂纹扩展速度随应力比的降低而增加;在裂纹扩展初期,环境是主要的影响因素,随着裂纹扩展的不断进行,力学作用逐渐增强,当应力强度因子幅△K达到某一值时,裂纹由稳定扩展转变为不稳定的快速扩展.     

高温疲劳短裂纹萌生与扩展的实验研究

对2．25Cr-1Mo合金钢进行高温疲劳表面短裂纹的观测试验，采用中断试验和复膜方法观测短裂纹萌生扩展的演化过程，研究短裂纹数密度和平均长度随循环次数及载荷条件的变化特征。结果表明，高温疲劳损伤是由晶界孔洞开始的，晶界孔洞相互联结合体形成细观组织短裂纹；短裂纹在接近应力轴垂直方向的晶界上随机萌生和扩展；在寿命前期和中期疲劳损伤以裂纹萌生为主要形式，寿命后期由于裂纹数目增多，裂纹间合体效果增强，促使主裂纹迅速形成和长大，从而导致最终的疲劳失效；加载应变范围越大或温度越高，裂纹萌生和扩展越快，寿命越短。