Ⅰ-Ⅲ型复合加载下铝合金疲劳裂纹扩展速率

通过有限元数值模拟和疲劳裂纹扩展试验,研究了铝合金材料在Ⅰ-Ⅲ复合型加载条件下的疲劳裂纹扩展规律,得到了在不同加载情况下裂纹的应力强度因子、裂纹前缘能量场和塑性区半径.在分析Ⅰ型拉力载荷对裂纹扩展的基础上,着重分析了Ⅲ型加载对Ⅰ型裂纹应力强度因子及裂纹前缘能量场的影响.结果表明:应力强度因子K_Ⅰ随着Ⅲ型加载的增大而减小,而裂纹附近塑性区半径增大.进行Ⅲ型静态加载会使疲劳裂纹扩展速率减小,在一定范围内,Ⅰ-Ⅲ复合型疲劳裂纹扩展速率随着Ⅲ型加载的增加而减小;而在进行Ⅲ型循环加载会使疲劳裂纹扩展速率增大,在一定范围内,Ⅰ-Ⅲ复合型疲劳裂纹扩展速率随着Ⅲ型加载的增加而增大.     

温度与应力比对6061铝合金疲劳裂纹扩展行为的影响

为了研究温度与应力比对航空铝合金疲劳裂纹扩展行为的影响,利用电液伺服疲劳试验机对6061铝合金材料开展了不同温度(室温、-70、150 ℃)、应力比(0.1、0.5)条件下的疲劳裂纹扩展速率试验,获得不同条件下的疲劳裂纹扩展速率曲线,揭示温度与应力比对疲劳裂纹扩展的影响规律。结果表明,在相同应力比下,室温与高温150 ℃下的疲劳裂纹扩展速率曲线(da/dN-ΔK)基本一致,低温-70 ℃下的疲劳门槛值与疲劳裂纹扩展速率明显提高,这表明低温环境下6061铝合金材料具有较高的抗疲劳裂纹扩展性能;在相同温度下,随着应力比的增大,疲劳门槛值降低,疲劳裂纹扩展速率升高。讨论了温度与应力比对疲劳裂纹扩展行为影响的可能原因。     

迭加压应力的疲劳蠕变交互作用下的断口分析

对在700℃,迭加压力过载峰Sp=-196MPa的复杂波形载荷作用下,试样的显微断口形貌进行了分析。由于Sp的作用使得疲劳条纹呈现有规律性的半圆弧形宽间距条纹,借助于它,测得疲劳裂纹扩展速率da/dN与ΔK的关系服从Paris公式;疲劳裂纹Ⅱ阶段与Ⅰ阶段扩展交替出现的形貌证实了:在大应力条件下,裂纹的扩展并不是长裂纹的延伸,而是短裂纹的\     

高温渗碳轴承钢旋弯疲劳裂纹萌生与扩展行为

 为了提高航空轴承的服役寿命,借助QBWP-10000X型旋转弯曲疲劳试验机,研究了高温渗碳轴承钢的旋转弯曲疲劳性能和裂纹萌生扩展行为。结果表明,钢的中值疲劳强度达到913.3 MPa。有效渗层中大量M₂₃C₆和少量M₆C碳化物显著提高了试验钢的表面硬度,渗层不同碳浓度导致马氏体先后发生相变而形成408 MPa表面压应力,进而提高了钢的疲劳性能。疲劳裂纹主要萌生在表面缺陷和次表面碳化物,分别占比71.4%和 28.6%。萌生裂纹缺陷特征尺寸及承载应力对应力强度因子和循环次数影响显著,深犁沟形状由于涉及应力集中而直接影响疲劳循环次数,承受相同加载应力碳化物特征尺寸越大,循环次数越低。裂纹萌生后沿渗碳层碳化物边界快速扩展同时向芯部缓慢扩展,最后在试样疲劳源对侧近边缘区域发生准解理和韧性混合断裂。     

冷变形316L不锈钢在高温高压水中的应力腐蚀

采用恒应力强度因子K=33 MPa·m^1/2的加载方法,利用直流电压降方法在线监测核辅管道316L不锈钢在高纯水中应力腐蚀裂纹扩展速率.对比200、250、280和325℃温度下,氩气除氧和含有2 mg·L^-1溶解氧的水化学环境中材料的裂纹扩展速率发现:溶解氧为2 mg·L^-1时的裂纹扩展速率明显比氩气除氧时的裂纹扩展速率高.氩气除氧时,裂纹扩展速率在250℃时有一个最高点;溶解氧为2 mg·L^-1的条件下,裂纹扩展速率随温度的升高而升高.     

复合型疲劳的一些实验特性

本文提出:复合型疲劳的开裂角与一次断裂的开裂角有性质上的不同,而个仅在表面上,尤其是有些裂纹状态,当K₁₁=0时（即纯Ⅰ型）,疲劳裂纹并不沿着原裂纹方向扩展;相反地,有些裂纹状态,当K₁₁≠0时（即复合型）,疲劳裂纹却沿着原裂纹方向扩展。其次是复合型的裂纹扩展速率da/dN与纯Ⅰ型的da/dN,其规律性也不一致。     

缺口小裂纹的疲劳扩展速率

将复型技术应用于疲劳小裂纹扩展试验中的裂纹长度测量。在等载荷比R=0.1、不同平均载荷水平影响的疲劳条件下,板试样V型缺口小裂纹疲劳扩展速率做了试验测试;通过结果分析,提出了缺口小裂纹疲劳扩展速率表达式,并以ε_P为控制参数,求出45^*钢的计算式。     

GH4169合金高温疲劳裂纹扩展的微观损伤机制

空气环境对高温合金在高温下的损伤行为有显著影响.为了研究标准热处理态GH4169合金在高温疲劳裂纹扩展过程中的微观损伤机制,在空气环境中进行650℃、初始应力强度因子幅ΔK=30 MPa·m^1/2和应力比R=0.05的低周疲劳裂纹扩展试验.使用扫描电镜(SEM)及能谱(EDS)对试样的断口、外表面和剖面进行观察和分析.实验结果表明:疲劳主裂纹以沿晶方式萌生并扩展,随后沿晶二次裂纹出现,并且其数量和长度沿主裂纹方向逐渐增加,进入快速扩展阶段后,断口呈现韧窝组织形貌;在裂纹扩展过程中,δ相与基体的界面发生氧化,使得沿晶二次裂纹沿界面扩展并产生偏折,从而起到阻碍二次裂纹扩展的作用;试样外表面的主裂纹周围出现晶界氧化损伤区,其尺寸和晶界开裂程度沿主裂纹扩展方向逐渐增大.     

铸造奥氏体不锈钢的疲劳裂纹扩展

用紧凑拉伸试样研究了载荷比、单峰过载和两步高-低幅加载对Z3CN20-09M铸造奥氏体不锈钢疲劳裂纹扩展速率的影响.当应力强度因子范围相同时,疲劳裂纹扩展速率随载荷比的增大而增大.单峰过载使裂纹扩展速率先有短暂的增加后长距离的减速扩展,出现裂纹扩展迟滞现象.两步高-低幅加载时,若两步的最大载荷不同,第二步裂纹扩展也会出现迟滞现象.用两参数模型和Wheeler模型能够预测恒幅载荷和变幅载荷下的疲劳裂纹扩展行为.     

7475-T7351铝合金抗疲劳性能研究

采用旋转弯曲疲劳试验、轴向加载疲劳试验、疲劳裂纹扩展速率试验等疲劳性能测试方法,研究了7475-T7351铝合金厚板的疲劳性能.并通过透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)分析了该合金的显微组织和疲劳断口形貌.结果表明:7475-T7351铝合金具有良好的耐疲劳损伤性能,光滑试样(Kt=1)在室温旋转弯曲和高温轴向加载条件下的疲劳极限分别为180.0和345.0 MPa,缺口试样(Kt=2.2)在室温旋转弯曲加载条件下的疲劳极限为91.9 MPa;合金厚板材料在高温下缺口敏感性有所降低;国产材料裂纹扩展速率随应力比增加而增大,裂纹扩展门槛值减小;国产7475铝合金与进口材料在裂纹稳定扩展阶段裂纹扩展行为基本相当;在近门槛值附近不同应力比下的裂纹扩展门槛值略有差别.     

工业纯钛TA2压载荷下含表面裂纹板应力强度因子

以压载荷下工业纯钛TA2含表面裂纹板为研究对象。采用有限元方法,建立了压载荷下含复合型半椭圆表面裂纹板模型,计算了裂纹体应力强度因子,研究了裂纹倾角β、裂纹相对深度a/t、裂纹相对形状a/c、裂纹面摩擦系数μ和侧压系数λ对应力强度因子的影响。结果表明：裂纹倾角,裂纹相对形状对应力强度因子影响显著,裂纹相对深度对应力强度因子影响不明显。摩擦系数和测压系数的增大可明显减小应力强度因子,抑制剪切破坏。最后基于应力强度因子有限元解,回归得到了适用于受单轴压载下含半椭圆表面裂纹板的应力强度因子K_Ⅱ和K_Ⅲ解。研究结果对工业纯钛TA2压载荷下含半椭圆表面裂纹结构安全性评价具有参考价值。     

GH132合金疲劳蠕变交互作用下裂纹扩展速率研究

通过对650℃、不同应力条件下GH132合金的裂纹扩展速率的测定结果表明:
（1）由于GH132合金的蠕变与疲劳裂纹的扩展机构不同,使得前者有更大的环境敏感性。
（2）在疲劳蠕变交互作用条件下,裂纹的扩展过程受K_max及ΔK共同控制(K_eq=K_max+αΔK)。通常的ΔK描述法已不能全面解释裂纹扩展速率与寿命之间的对应关系。     

长期高温高压氢暴露对Cr-Mo钢断裂韧性和裂纹行为的影响

选用Cr-Mo钢经400℃,20 MPa,10⁴ h氢暴露后进行拉伸、断裂韧性和疲劳试验.结果表明:Cr-Mo钢已经发生了氢腐蚀,氢蚀使Cr-Mo钢强度、塑性和断裂韧性均有所降低,也使断裂机制由韧窝型转变为解理脆性.氢蚀使疲劳裂纹扩展行为也发生了变化,疲劳裂纹扩展速率增加,ΔK_th降低.Cr-Mo钢氢蚀后,随应力比增加,疲劳裂纹扩展门槛值大幅度降低.     

中碳车轮钢复合型裂纹疲劳扩展行为

为了准确评估含缺陷车轮轮辋的安全性,通过对I型裂纹、II型裂纹及不同加载条件下的I+II复合型裂纹的疲劳试验,对中碳车轮钢疲劳裂纹扩展方向及门槛值进行了研究,得到了车轮钢复合型裂纹疲劳扩展的门槛值,验证了适合中碳车轮钢材料的复合型裂纹疲劳扩展预测准则。结果表明,在I+II复合型裂纹疲劳扩展试验中,裂纹扩展方向与最大切向应力(MTS)裂纹扩展准则预测值基本吻合。不同加载状态下I+II复合型裂纹疲劳扩展等效门槛值ΔKth,equ(力值比R=0.5)为3.0～3.8 MPa·m1/2。II型裂纹疲劳扩展时,微裂纹主要在主裂纹尖端剪应力作用下形核,受到拉-剪应力的一侧裂纹持续扩展,而受到压-剪应力的一侧裂纹可以形成,但扩展几十微米后停止扩展。     

考虑端部摩擦的中心直裂纹巴西圆盘断裂参数解析解

运用权函数法推导出考虑加载端摩擦的四种形式分布载荷加载下,中心直裂纹巴西圆盘试样在任意I/II复合型断裂模式下I、II型应力强度因子及T应力的解析解,并探究了端部摩擦及载荷分布角度对断裂参数的影响。研究结果表明:（1）当中心裂纹相对长度β较小时,纯I型、纯II型断裂的Y_I、Y_II及T*（分别是量纲为一的I型、II型应力强度因子及T应力）均随摩擦系数及载荷分布角度增大而减小;但是,当β较大时,摩擦系数增大可使纯I型Y_I增大,而载荷分布角度增大可使纯II型T*增大。（2）接触载荷分布形式为常数函数时,载荷分布角度对断裂参数的影响最显著,而四次函数下其对断裂参数的影响相对最小。（3）当β较小时,纯II型加载角度随载荷分布角度增大而减小;当β较大时,其随载荷分布角度增大而增大;摩擦系数增大可使纯II型加载角度增大。      

热疲劳斜裂纹应力强度因子有限元分析

用有限元方法和最大周向应力准则计算了热疲劳斜裂纹的应力强度因子和开裂角的周期变化规律.计算表明:在加热过程中,模型内产生压缩热应力,使两裂纹面相互挤压、错开;由于加热过程生成的压缩塑性变形不能自由恢复,在降温过程的后期产生拉应力使裂纹张开;热疲劳斜裂纹在加热过程以及降温过程的前期是纯Ⅱ型,KⅡ在加热过程结束时达到最大值,在降温过程的后期是Ⅰ,Ⅱ复合型,降温过程结束时KI,Ke达到最大值,裂纹在此时最易开裂.     

复合型疲劳试验与折线裂纹强度因子计算

本文用三点弯曲偏裂纹试样研究了Ⅰ—Ⅱ复合型裂纹的疲劳扩展。由于裂纹扩展呈折线形,所以首先研究了折线裂纹应力强度因子的计算方法,并对计算结果用有机玻璃进行了实验验证。从而可以对疲劳裂纹扩展的数据进行有效的整理,得以说明一些判据的可用性,并对有关问题进行讨论。     

显微组织对X80钢疲劳裂纹扩展行为的影响

疲劳性能是油气管道安全设计和评价的重要参考因素。在MTS伺服液压万能试验机上，测定了贝氏体/铁素体(B+F)双相X80管线钢在不同应力下的疲劳寿命；使用MTS Landmark 250KN型疲劳试验机对C(T)试样的疲劳裂纹扩展速率da/dN进行了测定。结果表明，疲劳寿命随最大应力减小而增加，当最大应力降至最大工作应力460 MPa,疲劳寿命约为4.1×10⁵循环周次；疲劳裂纹产生于钢板表面，然后向内扩展，直至断裂。在Paris区，当ΔK=30 MPa m^1/2,疲劳裂纹扩展速率da/dN与应力强度因子幅值ΔK的关系曲线图出现转折点。研究成果可为高强钢的疲劳寿命预测和疲劳性能评估提供参考。     

基于有限元方法的疲劳裂纹闭合行为

裂纹闭合行为将很大程度改变疲劳裂纹扩展行为。针对316L不锈钢,结合常幅加载和单个拉伸过载试验和动态数值模拟方法,对疲劳裂纹扩展行为中的裂纹闭合现象开展了一系列研究工作。详细对比了不同扩展阶段的裂纹闭合行为随裂纹长度、应力比和过载影响因素的变化,以及对裂纹扩展速率的影响。同时,研究了单个拉伸过载和裂纹闭合行为之间的内在联系和机理。结合裂纹闭合理论和有限元计算结果,等效应力强度因子被用来描述316L不锈钢的裂纹扩展过程,并提出316L不锈钢的裂纹扩展速率的预测模型。     

温度和加载速率对位错发射影响的原子级模拟

以Al作为研究对象,采用EAM势实施分子动力学模拟.在Ⅰ型和Ⅱ型加载条件下,研究了温度和取向对位错发射、裂纹脆性及韧性扩展的影响.模拟结果表明,升高温度,发射位错的临界应力强度因子按指数规律降低.加载速率在一定范围内将影响临界应力强度因子.临界应力强度因子随着加载速率的增大而增大.