考虑裂尖疲劳损伤的材料疲劳裂纹扩展行为研究

基于低周疲劳Manson-Coffin关系,定义I型裂纹疲劳扩展区内关于应变幅的平均疲劳损伤参量,并结合Miner线性累积损伤理论,通过弹塑性有限元法实现材料疲劳裂纹扩展速率的预测模拟,同时也建立以显式理论公式来描述疲劳裂纹扩展速率规律的新型预测模型。在进行有限元模拟分析中借助裂尖单调塑性区平均疲劳损伤达到临界损伤即完成一次步进扩展的假定。在显式理论公式推导中采用裂尖循环塑性区平均疲劳损伤达到临界损伤即完成一次步进扩展的假定。以大型汽轮机转子材料Cr2Ni2MoV钢、航空材料TA12合金和304不锈钢材料为例,应用所提出的两种疲劳裂纹扩展速率预测方法对其进行预测,并同试验结果进行对比。对比分析表明,两种方法对材料的疲劳裂纹扩展速率行为预测均具有较高的模拟精度,而理论预测模型相比有限元模拟方法预测范围拓宽,预测精度更好,方便于根据包括材料手册的资料中低周疲劳Manson-Coffin试验关系来直接获取I型裂纹疲劳裂纹扩展速率表达式。     

硫化氢环境中低周疲劳裂纹扩展速率的研究

针对高强钢在硫化氢环境中腐蚀疲劳数据极为缺乏的现状,研究高压气瓶材料4130X在硫化氢腐蚀介质中的疲劳裂纹扩展速率.结合气瓶实际运行的环境和应力状态,应用改进型WOL(wedge-opening-loading)试样,在自行改造的专用低周腐蚀疲劳试验机上,完成0.006 7 Hz超低频率下饱和H_2S溶液、中等浓度H2S溶液和空气三种环境下的腐蚀疲劳试验,并用Paris公式进行两段式拟合,得出da/dN-ΔK的数学表达式.将试样微观断口的变化与宏观应力强度因子K的变化进行对比研究,给出不同环境中三个阶段K值的定量结果.结果表明:相同条件下,H_2S环境中的疲劳裂纹扩展速率比空气环境中大20倍以上;但当H_2S浓度达到一定范围后,对da/dN影响并不按比例增长,浓度相差11倍时,da/dN相差2.4倍,H_2S腐蚀介质的存在加速了疲劳破坏.     

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。     

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。     

结构钢焊接接头的疲劳裂纹扩展宏观特性

对两种焊接匹配的Ｑ２３５Ａ结构钢焊接接头的疲劳裂纹扩展性能进行了实验研究。结果表明，在循环应力比Ｒ＝０．２的实验条件下，高强度焊缝金属的抗疲劳裂纹扩展能力较好；仍可用Ｐａｒｉｓ公式来描述焊缝金属的亚临界疲劳裂纹扩展过程。分析了显微组织对疲劳裂纹扩展性能的影响。     

低周循环载荷下裂纹扩展速率的计算方法

介绍了用能量分析推导疲劳裂纹扩展速率的理论方法。并给出了试验验证的结果。对低会金钢低周循环载荷下裂纹扩展速率计算方法的应用进行了检讨。     

HG80钢及其焊接接头的疲劳裂纹扩展

为适应大型工程机械焊接用钢需要，对低合金高强度钢HG80及其焊接接头的疲劳裂纹扩展速率进行了研究。结果表明，疲劳裂纹扩展速率对钢板的轧制方向不敏感，焊缝及热影响区疲劳裂纹扩展速率明显低于基材。在排除焊接残余应力导致的裂纹闭合效应后，焊缝及热影响区疲劳裂纹扩展速率与基材相当。     

两种工程结构用钢疲劳裂纹扩展速率的试验研究

对工程结构用钢20MnHR、A508-Ⅲ焊缝和热影响区的疲劳裂纹扩展速率进行了试验研究。试验采用CT试样，用七点递增多项式法求(da/dN)i与(△K)i，并分别将焊缝和热影响区同一组多个试样的(△K)i和(da/dN)i数据点合在一起进行整体回归分析。试验中得列了20MnHR疲劳裂纹扩展速率的斜率转折点，分别测出了平面应变区和平面应力区的Paris表达式。试验分析说明，以平面应变性质为基础的Paris表达式应用于实际工程结构较为安全。     

核电汽轮机转子在低周疲劳与高周疲劳交互作用下裂纹扩展寿命的研究

提出核电汽轮机转子在低周疲劳与高周疲劳交互作用下裂纹扩展寿命的计算与评定方法。介绍核电汽轮机转子的低周疲劳与高周疲劳的应力幅与应力范围、低周疲劳裂纹扩展寿命与高周疲劳扩展寿命的计算方法。给出了核电汽轮机转子在低周疲劳与高周疲劳交互作用下裂纹扩展日历寿命的计算与评定方法,以及1 000 MW级核电汽轮机焊接低压转子疲劳裂纹扩展日历寿命的计算与改进的应用实例。结果表明,高周疲劳对汽轮机转子疲劳裂纹扩展日历寿命有比较大的影响,新研制核电汽轮机的转子结构设计和在役核电汽轮机的转子安全性评定,需要评估转子在低周疲劳与高周疲劳交互作用下裂纹扩展 寿命。     

晶界时效析出物对Ni-Cr奥氏体钢高温低周疲劳裂纹萌生和扩展的影响

本文通过裂纹密度,晶界开裂率,裂纹扩展速率和断口金相等的定量测定,讨论了晶界时效析出物对大气和真空中Ni-Cr奥氏体不锈钢高温低周疲劳裂纹的萌生和扩展的影响,并分析了该影响与晶粒大小的关系。时效材的高温低周疲劳裂纹的萌生周次,裂纹扩展速率和扩展方式取决于氧化程度,晶界和晶粒间的相对强度及晶界脆性等因素的综合作用。大气中,晶界时效析出物显著地提高了晶界和晶粒间的相对强度,故有时效析出物的晶界是强的,而真空中有时效析出物的晶界是弱的,因为,晶界时效析出物此起的晶界脆性已成为主要的影响因素。     

断裂力学在焊接结构疲劳裂纹扩展研究中的应用

疲劳裂纹的产生以及扩展对结构件的安全使用存在着巨大的隐患,掌握疲劳裂纹扩展的基本规律和熟悉影响疲劳裂纹扩展的因素是非常必要的。对疲劳裂纹扩展的基本规律和影响因素进行了分析,并举例应用断裂力学的理论对焊接结构疲劳裂纹的扩展寿命进行了估算。     

硫化氢环境中低周疲劳裂纹扩展速率da/dN的研究

研究了4130X钢在硫化氢(H2S)腐蚀介质中的疲劳裂纹扩展速率da/dN。应用改进型WOL试样,采用符合实际工况的中等浓度200×10-6的H2S溶液、0.0067 Hz的超低周频率,在自行改造的专用低周腐蚀疲劳试验机上进行了试验。在恒定疲劳载荷谱作用下,采用三保险的位移测量装置,利用计算机自动采集系统,时时采集载荷及位移,用柔度方程求解试样瞬时裂纹长度。克服了表面直读法在腐蚀环境中不易观测裂纹长度的缺点,对所有试验数据,以KISCC为分界线,用Paris公式进行两段式拟合,给出了da/dN—ΔK的数学表达式,为确定气瓶的临界裂纹尺寸提供了试验依据。文中还将本试验结果与相关文献中其它硫化氢环境及空气中的疲劳裂纹扩展速率结果进行了比较。结果表明:H2S环境中裂纹扩展速率远大于空气中结果,不同环境、频率对da/dN有较大影响。     

预测疲劳裂纹扩展的多种理论模型研究

大多数工程断裂是因疲劳而引起的,所以金属材料的低周疲劳和裂纹扩展速率性能一直受到安全设计部门的关注。长久以来,国内外学者在建立金属材料低周疲劳行为和裂纹扩展速率性能之间的关系方面进行了多材料和多角度的研究。基于平面应力裂纹尖端小范围屈服应力应变场和疲劳裂纹扩展失效准则,提出用于I型疲劳裂纹扩展速率的预测模型。针对国内外相关工作的研究,基于平面应力裂纹尖端小范围屈服应力应变场和疲劳裂纹尖端循环塑性区内的应变能失效准则,提出一个可用于I型疲劳裂纹扩展速率的预测模型。借助已发表的15种金属材料对应的低周疲劳和裂纹扩展速率性能数据,详细分析和比较所提出的预测模型与其他6种预测模型的预测规律和结果。研究表明,所提出的预测模型能够预测更广泛的金属材料疲劳裂纹扩展速率,并且较其他6中预测模型更符合安全设计的理念。     

高强度焊接结构钢的疲劳裂纹扩展抗力

该文以三种７８５ＭＰａ级焊接结构钢为对象，研究了其疲劳裂纹扩展行为。结果表明，影响其疲劳裂纹扩展抗力的主要因素为夹杂物含量，降低夹杂物含量是提高疲劳裂纹扩展抗力的有效途径。     

高应力集中区中的疲劳裂纹扩展

本文对高应力集中区中疲劳裂纹扩展进行了研究,对两种材料的中心椭圆孔边裂纹板共6个试件进行了低周疲劳试验。为了减少参量计算引起的误差,首先给出了有限宽板中心椭圆孔边裂纹应力强度因子的计算公式,同时对弹塑性材料引入了大范围塑性区修正方法。为了考证公式和方法的正确性,进行了有限元计算。应力强度因子 K 和大范围塑性区修正形式的 K两者都被用作为相应的参量,结果表明:本文发展的大范围塑性修正形式的代表 J 积分的 K,对高应力区疲劳裂纹扩展是一个合适的参量。     

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。     

16MnR低周疲劳裂纹萌生寿命的统计分布研究

本文通过对低周疲劳裂纹随机萌生的研究,定义了一种新的关于疲劳裂纹萌生的特征寿命,并分析了该寿命指标的统计分布特性。结果表明,新的疲劳裂纹萌生寿命具有很好的物理背景,并且其分散性近似或小于通常工程定义的萌生寿命。     

焊接结构件疲劳裂纹扩展的数值研究

针对焊接结构件中出现地裂纹现象,建立塔式起重机起重臂有限元模型。采用有限元数值模拟,同时考虑残余应力的影响,计算QTZ40塔机起重臂下弦杆与水平腹杆焊接处在变幅小车满载和空载状态下,不同长度裂纹对应的应力强度因子,建立裂纹应力强度因子幅与裂纹长度的函数关系,进而估算塔机起重臂的疲劳寿命。结果表明:应力强度因子幅随裂纹长度的增加而增大,当裂纹长度到达某一值后,应力强度因子幅呈指数型加快形式,故采取有效措施防止裂纹的快速扩展,可提高结构的疲劳寿命。     

双频复合疲劳的裂纹萌生及扩展

针对典型承受高、低周双频复合载荷的水轮机叶片、电机转子用钢进行了低周疲劳、高低周双频复合疲劳的裂纹萌生及扩展规律的探讨。在频率比确定的条件下,载荷比是影响双频疲劳裂纹萌生及扩展的一个重要因素。随着载荷比的升高,疲劳裂纹萌生寿命大大缩短,裂纹扩展速率加快,疲劳断口呈现明显的周期特征。高、低周双频复合疲劳载荷各自的独特作用以及高、低周载荷在裂纹尖端引起的塑性区的交互作用是造成疲劳断口独特形貌的主要原因。