金属材料冷变形时预应变增强效应与损伤效应浅析

从残余应力与分子力的变化 2个方面分析了预应变的增强效应和损伤效应的原因。预应变产生的附加内力及残余压应力是其提高疲劳抗力的原因 ;当预应变水平较低时 ,增强效应占优 ,有利于提高疲劳寿命 ;反之 ,损伤效应是主要的 ,将导致疲劳寿命降低。     

多级加载下疲劳寿命的分岔现象探讨

在多级加载疲劳试验中 ,加载历史对疲劳寿命的影响很大 ,特别是当低 -高顺序加载时 ,损伤演变速度减缓 ,剩余寿命远较损伤力学方法估算的大 ,有时甚至出现受损试样的剩余寿命远大于原始材料的情况。本文运用非线性动力学观点 ,根据二级加载的非线性疲劳寿命公式 ,用计算机做模拟试验 ,发现会出现分岔现象。结合疲劳损伤中“锻炼”效应的微观机理 ,认为材料疲劳损伤演化过程中非线性特征是产生这种现象的原因。通过大量试验和实践经验而得到的现有的疲劳损伤公式 ,可以较好地反映客观实际情况。研究它们之间各个参变量与疲劳损伤的关系 ,能够发现材料在疲劳损伤过程的分岔和混沌现象。     

TiC弥散强化2Cr13泵阀的研制与应用

注水泵进、排液阀失效的主要原因是密封面接触疲劳损伤，在普通2Cr13材料中添加TiC作为增强剂，将有效提高其机械性能，延长零件使用寿命。     

疲劳-蠕变交互作用下挤压筒设计理论及寿命预测模型

大型挤压筒长期在高温下承受循环高压的作用,疲劳-蠕变交互作用引起的筒体变形、开裂已成为挤压筒失效的主因,严重影响了挤压产品的生产效率和成本。着重研究疲劳-蠕变交互作用下的挤压筒服役寿命计算方法,通过对挤压过程下的复杂载荷边界条件建模,引入DDM方法分析多层挤压筒应力分布,并在此基础上通过试验获取挤压筒材料H13在服役温度下的疲劳和蠕变本构模型,通过逐步迭代计算疲劳、蠕变损伤与应力分布的演变,预测损伤累积到达临界值。提出的挤压筒疲劳蠕变寿命预测理论可为大型挤压筒设计提供新的准则,也可指导维修挤压筒修正各层筒间的过盈量和控制挤压生产工艺设计,以延长挤压筒整体的使用寿命。     

铁磁性材料早期疲劳损伤磁混频检测方法

在金属材料常见的早期力学性能退化损伤中,疲劳对结构的潜在危害性最大。基于铁磁性材料的磁滞非线性特性,在高低频叠加励磁条件下,研究铁磁材料中磁混频效应的产生机理及表现形式。分析混频分量和局部磁滞回线与材料早期损伤的关系,提出磁混频非线性因子与局部磁滞损耗幂律系数两种特征参量用于铁磁性材料磁混频效应的表征。在此基础上,将磁混频检测技术用于铁磁性材料疲劳损伤检测。结果表明,提出的两种磁混频特征参量可用于铁磁性材料早期疲劳损伤的表征。为铁磁性材料早期疲劳损伤检测提供了可行的技术方案。     

非线性超声检测镁合金疲劳的仿真和试验

为了利用非线性超声检测AZ31镁合金的早期疲劳损伤,通过现有的本构关系建立了非线性超声检测有限元模型,计算了材料疲劳引起的内部微缺陷长度、数量和宽度变化对非线性超声系数的影响.计算结果表明,材料疲劳产生的微缺陷是产生二次谐波的原因,有限元方法可以有效模拟镁合金材料的超声非线性效应.进行了两个镁合金疲劳试件的非线性超声在线检测试验,研究发现,在镁合金疲劳早期,超声非线性系数随疲劳加载周数单调增加,但在疲劳后期出现了超声非线性系数减小的现象.试验结果表明,超声非线性系数对疲劳早期损伤非常敏感,可以用来表征材料的早期疲劳损伤程度,有限元计算结果与试验结果相吻合.     

电磁超声非线性效应表征的Lyapunov指数分析方法

针对金属疲劳损伤非线性效应非接触式检测需求及其低信噪比问题,提出电磁超声方案对非线性效应进行信号拾取,并采用Duffing混沌系统实现对金属疲劳程度定量评估,进而依据相轨图和Lyapunov指数表征材料疲劳演变非线性特性。采用有限元方法分析铝合金疲劳损伤演变过程,基于材料Murnaghan模型和微裂纹等效弹簧模型,研究疲劳损伤演变过程中相对非线性系数变化规律;进而探究Duffing混沌系统对于非线性效应特征提取的抗噪能力,当信噪比在20 dB时,相对非线性系数误差为132.12%,而Lyapunov指数误差为8.82%,因而Lyapunov指数较非线性系数而言有显著的抗噪能力;此外,基于对铝合金疲劳检测进行实验研究,验证了电磁超声非线性效应Lyapunov指数表征分析方法的可行性及准确性。研究结果表明,Lyapunov指数能够有效应对电磁超声非线性检测过程中低信噪比问题,从而提升非线性特征拾取的灵敏度和可重复性,进一步增强电磁超声等非接触式超声检测方法在疲劳在线检测演变的工程应用的贡献。     

用累积滞后能描述疲劳损伤

采用材料在疲劳过程中累积耗散的滞后能来定义疲劳累积损伤,可以克服现有疲劳累积损伤定义的局限,描述疲劳全过程中包括循环硬化(软化)在内的所有损伤变化情况,并能实时测量。建立了仅依赖于常规材料参数的疲劳累积损伤的解析算式和应变疲劳损伤演化方程,并用其对2024-T4铝合金的多级加载应变疲劳寿命进行估算,结果与实验数据符合较好。文中还对现有文献给出的应变疲劳实验数据进行了研究,结果表明,疲劳损伤累积的加载次序效应与材料的循环特性和疲劳寿命均有关。     

TC4合金微动疲劳损伤研究

研究了TC4合金在柱面-平面接触务件下的微动疲劳行为，分析了其微动疲劳损伤机制。结果表明：在试验务件下，微动区边缘的损伤特征以粘着磨损为主，而微动区中部则以磨粒磨损和接触疲劳为主。疲劳裂纹易于在微动区．特别是在蚀坑处萌生和扩展。促使微动疲劳裂纹萌生的因素：一是法向应力和切向摩擦力引起的材料表层塑性变形，二是微动磨损破坏了材料的表面完整性，造成了缺口应力集中效应。     

钛合金焊接结构疲劳损伤分形演化寿命预测方法

以航空发动机压气机常用材料TC11钛合金的焊接构件为研究对象,基于损伤力学理论对其疲劳损伤演化规律进行了研究,应用分形几何理论定义损伤变量,建立了用分形损伤变量表达的损伤分形演化模型。通过疲劳寿命试验和疲劳断口分维数测量,建立了疲劳损伤分形演化方程,进一步研究疲劳损伤参数与外载荷的关系,给出了一种能够将结构宏观疲劳损伤寿命与反映结构细观损伤效应的分维数相联系的新的疲劳寿命预测方法。     

钛合金焊接结构疲劳损伤分形演化寿命预测方法

以航空发动机压气机常用材料TC11钛合金的焊接构件为研究对象,基于损伤力学理论对其疲劳损伤演化规律进行了研究,应用分形几何理论定义损伤变量,建立了用分形损伤变量表达的损伤分形演化模型。通过疲劳寿命试验和疲劳断口分维数测量,建立了疲劳损伤分形演化方程,进一步研究疲劳损伤参数与外载荷的关系,给出了一种能够将结构宏观疲劳损伤寿命与反映结构细观损伤效应的分维数相联系的新的疲劳寿命预测方法。     

宽带随机应力损伤计算误差分析及改进措施

基于疲劳损伤理论,研究信号分段影响宽带随机应力疲劳损伤计算精度的机理。研究表明,信号分段时将长周期大应力循环截断成小应力循环,以及峰谷值信号重组时将最大应力循环放大,是造成损伤计算偏差的主要原因。提出分段提取峰谷值,再将一定数量的分段峰谷值对接重组进行应力循环提取的信号处理方法。以某混凝土泵车为对象,测试实际工作状态下的应力历程,并采取不同信号分段方案验证该信号处理方法的可行性。研究对其他长周期应力循环占主导地位的宽带随机应力过程的损伤计算也有借鉴作用。     

金属橡胶材料疲劳损伤性能研究

对设计制作的固支圆盘形金属橡胶构件进行疲劳损伤特性试验研究,对其疲劳损伤性能的分析表明金属橡胶材料的疲劳破坏不同于实体材料,它不会发生突然断裂失效,其疲劳破坏形式主要是其内部的金属丝产生局部断裂、破碎和磨损,从而在构件内部产生累积损伤,宏观上表现为承载能力和耗能性能不断衰减;通过对其内部金属丝两种典型勾连结构耗能方式随振动周期变化情况的分析,揭示金属橡胶材料疲劳损伤机理主要是其内部勾连结构滑移挤压方式的不同及金属丝间的微动摩擦、磨损及断裂;用刚度损伤和阻尼损伤描述金属橡胶的疲劳损伤过程,并提出综合损伤因子D作为金属橡胶疲劳失效判据。     

金属材料高温蠕变—疲劳损伤研究进展

用于汽轮机转子或涡轮叶片的金属材料长时间在高温环境下受到交变载荷的作用,会发生严重的高温蠕变—疲劳损伤,从而降低了转子及叶片的使用寿命。文中分析了加载条件因素、环境因素、材料特性及热处理工艺等对汽轮机转子钢蠕变—疲劳裂纹形成及扩展的影响,从疲劳裂纹萌生原因、蠕变阶段材料的组织变化及疲劳—蠕变的交互作用综述了汽轮机转子钢疲劳蠕变的损伤机理;并指出以材料的蠕变疲劳损伤机理为基础,建立材料的本构关系及损伤演化方程,将是高温疲劳—蠕变损伤研究的重点。     

TiC弥散强化2Crl3泵阀的研制与应用

注水泵进、排液阀失效的主要原因是密封面接触疲劳损伤,在普通2crl3材料中添加TiC作为增强剂,将有效提高其机械性能,延长零件使用寿命.     

概率疲劳强度估算方法和疲劳尺寸效应的分析

从金属材料表面积单元体的疲劳损伤随机演化入手,提出了一种基于微面体串联概率失效模型的构件概率疲劳估算方法。通过对疲劳尺寸效应的分析,得到了构件疲劳尺寸效应的计算公式。理论计算的结果与多种结构钢材料疲劳试验结果吻合良好,使概率疲劳强度估算方法得到初步验证。     

一种旋转设备疲劳寿命预测的新方法

疲劳损伤累积模型是预测机械零部件疲劳寿命的基础。针对大多数损伤累积模型忽略了多级载荷历史效应及载荷次序效应对损伤累积的影响,提出了一种基于S-N曲线及Miner理论的非线性疲劳损伤累积模型。该模型考虑了载荷历史效应与载荷次序效应对机械零部件疲劳寿命的影响,克服了线性疲劳损伤累积模型的不足。将该模型与线性疲劳损伤累积模型预测结果进行对比,表明该模型对机械零部件疲劳寿命预测结果更加精确和可靠。     

基于面面接触结构的高温微动疲劳寿命预测研究

航发叶片与轮盘连接处长时小幅相对位移将产生微动疲劳，交变载荷受温度效应对结构造成严重损伤。现有疲劳寿命模型预测未能充分考虑高温对微动疲劳的影响，预测结果与工程实际寿命存在较大差距。因此，需建立一种考虑温度效应微动疲劳寿命预测模型。以航空发动机燕尾榫结构为研究对象，设计高温燕尾榫微动疲劳试验，探讨高温对微动疲劳损伤的影响。基于燕尾榫的高温微动疲劳试验，探究高温对其微动疲劳损伤的影响机制，提出一种考虑温度效应的燕尾榫高温微动疲劳寿命预测模型，并通过试验验证准确性。结果表明：所提模型与试验数据之间具有良好的相关性，证明该模型具有良好的预测精度，其预测误差小于19.24%，预测结果位于±1.5倍分散带内，为航空发动机燕尾榫的结构优化改进与损伤容限设计提供理论依据。     

考虑应力梯度效应的多轴疲劳寿命预估方法研究

针对局部应力应变法在多轴缺口件疲劳寿命研究中未考虑应力梯度的问题,提出了考虑等效应变、非比例附加强化和应力梯度效应的多轴疲劳损伤参量.考虑剪应力和正应力梯度效应对材料疲劳损伤的影响,引入综合反映剪应力和正应力共同作用的等效应力梯度因子;基于Von Mises等效应变准则,结合Man-son-Coffin方程,建立了一种...     

基于泊松随机过程的风力发电机叶片疲劳寿命估算

疲劳寿命决定了正常工况下工程结构服役期限的长度,对其进行准确预测对于零部件疲劳强度设计至关重要。由于机械零部件在工作期间经常会受到随机变幅载荷的作用,载荷间相互作用效应现象十分显著,导致单次循环载荷对材料所造成的疲劳损伤量发生变化,若忽略该效应会影响疲劳寿命估算的准确性。针对当前研究中的疲劳损伤累积法则无法考虑该效应的问题,提出一种将非齐次泊松随机过程函数与伴随损伤理论相结合来估算零部件疲劳寿命的方法,解决了由于载荷间相互作用效应所带来的载荷作用顺序的问题,并以随机加载试验为例验证了该方法的准确性。将其应用于风力发电机叶片的疲劳寿命估算过程中,结果表明该方法可靠、有效,为风力机叶片的疲劳可靠性设计提供了新的路径。