超载比对钛合金疲劳裂纹扩展性能的影响

本文研究了不同拉伸超载比,r=P_(oL)/P_(cA),对TC4钛合金饭材疲劳裂纹扩展过程和速率的影响,并探讨了超载延缓效应随超载比改变而变化的规律。通过对影响超载延缓效应的主要因素的进一步分析,提出了超载延缓疲劳裂纹扩展的过程和机制图,并且得到了计算超载裂纹尖端最大塑性应变(ε_(3max))以及由于超载而延长的裂纹扩展寿命(N_D)的经验关系式。     

A537钢疲劳裂纹扩展单次拉伸超载效应及裂尖形变,裂纹闭合行为

研究了恒定ΔＫ条件下，单次拉伸超载对Ａ５３７钢疲劳裂纹扩展速率的影响，并利用激光散斑技术原位研究超载前后的裂尖应变场，裂纹闭合效应。结果表明：超载后裂纹闭合效应呈增强趋势，裂尖应变呈下降趋势。伸超载有阻滞裂纹扩展的作用。     

Q345R钢多个过载作用下疲劳裂纹扩展行为研究

单一过载使得疲劳裂纹扩展速率减缓,可以提高疲劳寿命,但对于多个过载作用下疲劳裂纹扩展仍未明确,有待于进一步研究。针对Q345R标准紧凑拉伸试样,在常幅循环加载条件下引入多个拉伸过载,研究多个过载作用对疲劳裂纹扩展行为的影响。研究结果表明:在保持应力比、过载位置和过载比不变的情况下,随着过载间距增加,迟滞效应先增加后减小;过载间距循环数是单一过载迟滞循环数的一半时,da/dN_min达到最小,迟滞效应最明显。采用含有过载交互作用参数Ø_I的修正Wheeler模型对不同的过载间距疲劳裂纹扩展行为试验结果进行预测,预测的结果与试验结果能够很好的吻合。     

加载历史和裂纹闭合对疲劳裂纹扩展行为影响的数值模拟

采用不同应力比条件下的16MnR钢紧凑拉伸试样,设计了三种有限元分析模型,即不考虑加载历史效应的静态裂纹扩展模型,同时考虑加载历史和裂纹闭合的动态裂纹扩展模型以及仅考虑加载历史的伪动态裂纹扩展模型,对疲劳裂纹闭合过程、裂纹尖端的应力-应变迟滞环、疲劳损伤和裂纹扩展速率进行了数值模拟与分析,进而着重探讨了加载历史和裂纹闭合影响疲劳裂纹扩展行为的交互作用机制。结果表明:对于同类分析模型,应力比越大越不容易产生裂纹闭合;而在应力比相同的情况下,加载历史引起的残余压应力对裂纹闭合有明显的促进作用。裂纹闭合效应阻碍了平均应力的松弛,减小了裂纹尖端附近的应力-应变场强度、疲劳损伤和裂纹扩展速率,而加载历史引起的残余压应力则加快了平均应力的松弛和抑制了棘轮效应。与实验结果比较发现,只有同时考虑了裂纹闭合效应和加载历史影响的动态裂纹扩展模型,才能对疲劳裂纹扩展行为进行准确、定量的模拟。     

镍基合金超声疲劳裂纹扩展寿命预测研究

针对发动机结构材料承受高频循环载荷的特点,应用超声疲劳试验技术开展了镍基合金材料的疲劳裂纹扩展试验研究。考虑高频载荷下疲劳裂纹扩展过程中的温升效应,测试了超声疲劳裂纹扩展过程中的温度变化,基于温度变化对材料弹性模量的影响和热膨胀效应,数值计算了疲劳裂纹扩展应力强度因子。研究了温度变化对超声疲劳裂纹扩展的影响机制,并在现有模型基础上,建立了考虑温度影响的超声疲劳裂纹扩展模型,完善疲劳裂纹扩展寿命预测方法。     

超高强度钢中不同组织的疲劳超载效应

本文研究了超载对40CrMnsiMoVA 钢中准贝氏体组织和马氏体组织冲击疲劳裂纹起始寿命的影响。结果表明拉伸超载延长疲劳裂纹起始寿命 N_i,N_i 与试样缺口根部的残余应变ε_R 之间呈以下经验关系:N_i=N_i~0exp(mε_R);压缩超载缩短 N_i。准贝氏体组织的超载延寿效果明显地大于马氏体组织,认为这与准贝氏体组织具有良好的强韧性配合有关。还讨论了超高强度钢的超载延寿机制。     

非对称循环加载下燃气轮机叶片材料疲劳寿命预测

燃气轮机叶片在实际工作过程中,易受到非对称循环载荷作用而发生疲劳失效。为便于准确地预测非对称循环加载下叶片材料的裂纹萌生及扩展寿命,首先考虑平均应力效应和高应力区的塑性变形影响,对Chaboche模型进行改进,然后将改进的Chaboche模型和Walker裂纹扩展公式相结合,建立了一种非对称循环载荷作用下裂纹萌生及扩展综合寿命模型,并用试验数据进行验证分析。结果表明,该模型预测得到的裂纹萌生寿命、裂纹扩展寿命与试验数据基本吻合,验证了新模型的适用性和准确性,为燃气轮机叶片损伤分析和寿命预测奠定理论基础。     

计算构件裂纹扩展寿命的封闭解法

本文以Matsuoka模型、何庆芝模型及黄玉珊模型为根据,以航空上常见的短周期加载为条件,导出了计算构件裂纹扩展寿命的以下解析式:可以证明,与它们相应的线性累积损伤公式为式中,α和β、γ分别为Walker公式中的系数和指数,n=β+γ,φ_i为取决于过载迟滞模型的小于1的系数。 全尺寸起落架的疲劳试验表明,由本文导出的第一个解析式计算的裂纹扩展寿命与试验结果相当接近。     

绳系并联支撑机构的绳迟滞效应及影响实验研究

绳系并联机构因具有结构简单、工作空间大、惯性小等优势,得到了广泛的应用。该文针对支撑绳索中普遍存在的迟滞效应进行了实验研究。首先,分析了某绳系并联机器人（Wire-driven Parallel Robot,WDPR）样机中的绳迟滞曲线的数学模型,并利用实验数据识别出了模型中的相关参数;其次,通过不同条件下的绳索伸-缩实验,探讨了绳拉力迟滞效应的影响因素;接着,分析了迟滞效应对飞行器模型位姿和气动载荷参数解算的影响情况。最后,以某风洞试验模型支撑绳系并联机器人样机中支撑飞机模型的牵引绳的迟滞现象为例,对绳迟滞效应的影响情况进行了分析。研究结果表明:绳迟滞效应对模型位姿和利用绳拉力解算风洞试验的模型气动载荷都有一定的影响;绳索的材质与迟滞现象关系密切;预紧力对迟滞效应的影响程度具有决定性的作用,当绳预紧力增大到一定程度时,迟滞效应的影响是可以忽略的。     

疲劳裂纹扩展行为的跨尺度分析方法

该文以跨尺度应变能密度因子作为裂纹扩展的控制参量, 建立了跨尺度疲劳裂纹扩展模型。疲劳破坏全过程可用该模型进行统一描述, 而不必划分成疲劳裂纹形成与扩展两个不同阶段, 采用不同的理论分别进行分析。以LY12 铝合金板为例, 采用上述模型, 精确拟合出不同循环特征下的S-N试验曲线。当考虑材料微结构的影响时, 疲劳试验数据的发散性也可拟合出来。研究表明:材料初始缺陷及微结构在疲劳过程中的演化特性, 对于构件的疲劳寿命有显著影响, 是疲劳试验数据发散的主要原因。     

基于材料低周疲劳的裂纹扩展预测模型

该文基于疲劳裂纹尖端循环应力-应变场, 定义了基于应变幅的平均单位循环损伤参量D, 并引入Miner累积损伤率, 从而从理论上建立起材料低周疲劳性能和疲劳裂纹扩展行为之间的联系。以裂尖扩展方向上的单调塑性区尺寸作为疲劳过程区大小, 并提出了基于弹塑性应变疲劳累积损伤的疲劳裂纹扩展预测模型。模型改进了前人提出的疲劳裂纹扩展预测模型, 考虑了单调塑性区内所有材料的弹塑性应变疲劳损伤贡献;模型中参数均有物理意义, 不需要人为调试。基于完成的Cr2Ni2MoV 材料的低周疲劳结果所建立的该文新模型对该材料裂纹扩展速率的预测结果与实验结果有良好一致性。并且, 借助手册数据, 在TC4钛合金材料上进一步得到了验证。     

轻薄型金属反平面撕裂机理研究

#x0201c;轻薄型金属(厚度#x02264;10mm)反平面撕裂机理研究#x0201d;旨在为报废汽车及家用电器的破碎回收处理提供理论依据。通过对轻薄型金属破碎过程分析及试验研究,发现#x02162;型裂纹起到了主要破坏作用;根据拉伸试验应力-应变关系曲线变化趋势与理想弹塑性材料基本一致的现象,将材料简化为理想弹塑性模型;裤形撕裂试验所获得的载荷-位移曲线变化趋势表明试样起裂前后所需载荷较大,扩展过程中载荷逐渐减小;对反平面撕裂过程研究可知,在载荷作用下裂尖塑性区逐渐向外扩展,当其达到最大尺寸后,随着载荷继续增加,裂纹则开始扩展,而塑性区也逐渐向前推移直至试样断裂。裂纹尖端场的解表明起裂前及扩展过程中尖端应力-应变场均存在奇异性,且扩展过程中尖端场奇异性比起裂前弱,即起裂前裂尖的应力-应变集中程度比扩展过程中要大,这表明裂纹在起裂阶段比扩展阶段所需载荷更大。     

循环硬化对疲劳裂纹扩展与闭合的影响

提出了一种考虑材料循环塑性性能的研究疲劳裂纹扩展与闭合行为的有限元模拟方法。研究了在循环硬化条件下考虑纹闭合效应时裂纹面经张开廓形，裂纹洋端应力，应场和正反向塑性区的演化规律，对于循环硬化和不同循环应力比Ｒ等因素对裂纹纹凝开应力水平的影响也作了考查。     

基于扩展有限元法的钢筋混凝土梁复合断裂过程模拟研究

针对钢筋混凝土梁裂纹扩展问题,基于扩展有限元法,建立了预置裂纹的简支混凝土梁三维模型,用粘聚裂纹模型描述裂纹面间的力学行为,采用线性的软化曲线表示裂纹尖端断裂过程区的应变软化行为,分别对素混凝土梁和钢筋混凝土梁的复合断裂过程进行模拟,分析了纵向钢筋对裂纹扩展路径、荷载-挠度和荷载 -CMOD (裂缝开口处张开位移)曲线的影响,并与文献中的试验结果进行对比,计算结果与试验结果吻合良好,展示了扩展有限元法在结构断裂破坏分析方面的独特优势。     

防辐射含钆有机玻璃的断裂韧性研究

利用紧凑拉伸实验方法,测定含钆有机玻璃的平面应变断裂韧性KIC,并对紧凑拉伸试样的断面形貌进行分析。利用环境扫描电子显微镜原位拉伸测试技术,分析含钆有机玻璃在拉伸应力下的断裂过程,认为用裂尖银纹-裂纹模型和次级破裂模型分别解释含钆有机玻璃的慢速裂纹扩展和快速裂纹扩展过程是合适的。     

温度和应力比对航空铝合金疲劳裂纹扩展规律的影响及其机理

针对7475-T761航空铝合金中心开裂(MT)试样进行了不同温度、不同应力比条件下的一系列疲劳裂纹扩展试验,得到了相应试验条件下的疲劳裂纹扩展数据与规律,讨论了应力比、环境温度对疲劳裂纹扩展行为的影响,并利用扫描电镜(SEM)观测分析了疲劳断口。结果表明:7475-T761铝合金疲劳裂纹扩展速率随应力比、温度的增加而增加;消除裂纹闭合效应影响后,相同温度不同应力比下的da/dN-ΔKeff可由同一拟合公式描述;高温时弹性模量和材料抗拉强度的下降以及裂纹表面氧化导致裂纹扩展速率较快;对比不同条件下稳定扩展区疲劳条带宽度验证了试验分析结论。     

TC4-DT钛合金疲劳裂纹扩展的微观机制

通过断口分析讨论了TC4-DT钛合金裂纹扩展的微观机制。从微裂纹的形成,疲劳裂纹初期、近门槛区以及稳态区的扩展,分析了不同组织形态的TC4-DT钛合金对应的裂纹扩展微观机制。分析结果表明,对于片层组织,循环载荷的作用导致断裂表面粗糙及塑性变形过程中相界面产生位错塞积而诱使裂纹萌生。等轴组织变形过程中晶粒产生的断裂表面成为裂纹的萌生源。在近门槛区,等轴组织变形过程中位错累积将导致沿晶界的开裂,从而加速裂纹扩展;双片层组织由于次生α相的尺寸效应会加速裂纹扩展。在稳态扩展区,断口表面由第Ⅰ阶段的锯齿状断裂模式过渡到辉纹断裂模式,表现为塑性条带断裂机制。     

预腐蚀后拉伸超载对LC4CS铝合金疲劳性能的影响

采用预腐蚀后进行单次拉伸超载疲劳试验的方法，研究了腐蚀与超载对LC4CS材料疲劳寿命的影响。结果表明，如果保持超载比不变，试件疲劳寿命将随预腐蚀年限增加而线性降低，且分散性逐年增大；在低超载比时，预腐蚀对疲劳寿命的亏损作用与超载对疲劳寿命的增益作用相互抵消；在超载比较大时，超载迟滞效应对疲劳寿命的增益作用明显。     

疲劳裂纹扩展中裂纹尖端应变变化的详细考察

传统的ASTM2%偏差法和卸载弹性法是以柔度轨迹的线性区段确定开闭口载荷(Pop和Pcl),往往因人工误差导致结果相差很大.本文注重裂纹尖端塑性变形带给柔度变化的物理意义,描述了一个载荷循环下柔度变化与裂纹开闭口以及弹塑性行为的关系.采用自行开发的高精度局部柔度测量法,针对结构钢进行了疲劳试验,记录了裂纹尖端应变与载荷关系的系列迟滞回线,并以微分法定量求出迟滞回线上的特征载荷.根据试验考察结果,分析了文献中几种疲劳裂纹扩展参量的关系.结果表明,ΔKRPG比ΔKcl和ΔKop更适合作为裂纹扩展驱动力参量.     

硬聚氯乙烯的粘塑性本构模型与裂纹扩展行为

建立材料的粘塑性本构模型,进行粘塑性裂纹扩展试验,是开展聚合物粘塑性裂纹扩展问题研究的基础.采用恒定应变速率的方法,对硬聚氯乙烯进行低应变速率下的拉伸试验,确定各应变速率下应力与应变的关系曲线.实验数据表明,该材料的力学性能对应变速率有依赖性,与时间相关,是典型的粘塑性材料.根据实验测得的不同应变速率下应力-应变关系的曲线族,对实验数据进行多元回归分析,确定有关的材料常数,建立了硬聚氯乙烯材料Bailey-Norton公式形式的粘塑性本构模型.进行硬聚氯乙烯的粘塑性裂纹扩展试验研究,得到了裂纹长度增量与时间的关系.