"过载"在da/dN-△K曲线与△Kth降载法测量中的影响及其对策

对在10^-5－10^-7mm/cycle疲劳裂纹扩展曲线da/dN－△K和疲劳裂纹扩展门槛值△Kth测量中常用的降载法进行研究。每一级载荷疲劳裂纹扩展二次（△a1i，△N1i）和（△a2i，△N2i）。用多点多项式分别拟合（△a1i，△N1i，△K1i）和（△a2i，△N2i，△K2i），i＝1，2，3，…，n。每一种材料得到两条da/dN－△Kth。结果表明，降载法中的前一级载荷仍明显有过载作用，干扰材料疲劳裂纹扩展，影响测量数据的真实性。本文提出解决方法－－“二次扩展法”，即在每一级载荷,舍去受前一级载荷影响大的第一次循环数据，而用受前一级载荷影响较小的第二次循环数据作为疲劳裂纹扩展曲线da/dN－△K和计算疲劳裂纹扩展门槛值△Kth的数据。     

T 型焊接接头的低温P—da/dN—ΔK曲线

T型焊接接头是海洋工程中较为典型的结构细节 ,研究其低温P—da dN—ΔK曲线 ,对确定焊接构件在冬季服役时的检修周期具有重要意义。在 10 0吨MTS电液伺服材料试验机上进行了 3件T型焊接接头的低温疲劳裂纹扩展试验 ,测出了其中值da dN—ΔK曲线。通过小样本试验的理论推导与计算 ,利用变异系数CV 的经验取值 ,初步得出T型焊接接头的低温P—da dN—ΔK曲线     

波动载荷下X70管线钢裂纹扩展特性研究

用预裂纹试样研究了应力比为0.9的波动载荷下X70管线钢在不同环境中的裂纹扩展特性,并进行了定量分析。结果表明:不同环境中管线钢的裂纹扩展具有真腐蚀疲劳的特征,裂纹扩展速率主要受波动载荷产生的应力强度因子幅ΔK控制,给定载荷波动频率的裂纹扩展速率可表示为:da/dN=B(ΔK-ΔKth)2。在模拟管线局部环境的中性碳酸盐和NS4中,裂纹扩展具有较高的B值,且随载荷波动频率的降低B值升高。碱性碳酸盐环境中裂纹扩展的B值较低,载荷波动频率对裂纹扩展无影响。各种环境中ΔKth变化不大,在2.3～2.6MPa·m1/2范围。     

Q235材料的Paris常数C、m及ΔK_(th)值测试

以大型机械结构最常用的Q2 3 5板材 (等同于ASTMA3 6)为研究对象 ,在实验室条件下测取裂纹扩展速率的Paris常数C、m ,并验证与轧制方向垂直的裂纹受平行于轧制方向应力作用时最易扩展的结论。同时以应力比R =0 .1加载试验数据外延计算获得其门槛值ΔKth(da dN =0 .5× 10 - 6 mm cycle时 )。     

ADB610钢焊接接头中疲劳裂纹的扩展速率

对新型ADB610低碳贝氏体钢进行了焊条电弧焊接,采用柔度法得到了焊接接头裂纹长度(a)和循环寿命(N)的关系曲线;根据a-N曲线采用一次七点递增多项式拟合方法计算了母材、热影响区和焊缝的疲劳裂纹扩展速率(da/dN),并和应力强度因子范围(ΔK)数据进行回归拟合,得到了以Paris公式表达的焊接接头各区域的疲劳裂纹扩展速率表达式。结果表明:在疲劳裂纹扩展的初期和中期,焊缝的裂纹扩展速率最慢,母材区裂纹扩展速率最快;在裂纹扩展末期,三区域的裂纹扩展速率相近。     

近门槛区裂纹扩展曲面族的优化构建

描述裂纹扩展规律使用较广泛的是Paris公式,但对于接近裂纹扩展门槛值的数据点已不再适合用Paris公式。在本文中采用Donahue的三参数幂函数表达式描述da/dN-ΔK曲线。通过线性拟合相关系数的优化确定其中的3个系数,并得到拟合的裂纹扩展理论门槛值。采用弦截法进行优化求解,该方法具有收敛快、精度高的特点。根据裂纹扩展门槛值与应力比之间的关系,结合应力比对裂纹扩展速率影响的特点,提出了根据一组恒载下的裂纹扩展试验数据,构建变幅载荷下的P-R-da/dN-ΔK曲面族的方法,所构建的曲面族可为变幅和随机载荷作用下结构的疲劳断裂可靠性分析提供依据。     

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。     

大模数淬火齿条表面裂纹扩展规律及寿命预测研究

针对大模数齿条的疲劳寿命难以精确计算问题,对大模数表面淬火齿条的裂纹扩展规律进行了研究。建立了含共线初始双裂纹的齿条FRANC3D模型,齿条啮合区离散为15个区域载荷;分析了表面感应淬火齿条硬度分布、残余压应力分布对疲劳裂纹扩展寿命的影响,推导了齿条的断裂韧度K_(IC)与应力强度因子门槛值ΔK_(th);运用FRANC3D软件,对双共线初始裂纹在三种水平间距下的裂纹扩展、联通、继续扩展过程进行了仿真,得出了应力强度因子幅值ΔK随裂纹深度a扩展的表达式;根据裂纹扩展速率da/dN与ΔK、K_(IC)、ΔK_(th)的关系,预测了三峡升船机齿条的寿命N。研究结果表明:齿条满足疲劳寿命要求,但表面感应淬火降低了齿条的疲劳寿命;硬度分布对于裂纹扩展的促进作用大于残余压应力的抑制作用。     

600MPa冷压桥壳钢疲劳裂纹扩展速率

利用光学显微镜观察Mn-Ti体系和Nb-V体系600 MPa冷压桥壳钢显微组织,采用MTS-810低频疲劳试验机,在试验频率为10Hz条件下,应用三点弯曲法,对2种成分体系冷压桥壳钢进行疲劳裂纹扩展速率试验,并绘制2种试验材料的裂纹扩展速率da/dN与应力强度因子幅度ΔK的关系曲线。结果表明,2种成分体系桥壳钢显微组织均为铁素体+少量的珠光体,Nb-V体系铁素体晶粒尺寸为3.3μm,Mn-Ti体系铁素体晶粒尺寸为5.8μm。利用线性拟合法,得到Mn-Ti体系和Nb-V体系的Paris方程系数分别为:m=2.629 8,C=4.13×10~(-12) mm/次和m=2.679 9,C=1.30×10~(-12) mm/次,计算得出裂纹扩展门槛值ΔKth分别为46.50和66.58 MPa·m~(1/2)。     

TLVW1114Ti钢疲劳特性研究

对TLVW1114Ti材料进行了疲劳试验,得到了应力 寿命曲线,当σ>σ0.1=402MPa时,N=4.102×1044σ-14.501;得到了应变疲劳特性Δσ/2=1006(2Nf)-0.0998,Δεp/2=1.1758(2Nf)-0.7487,Δσ/2=977.7(Δεp/2)0.1321;当da/dN≥5×10-5mm/周,其裂纹扩展速率为da/dN=2.2364×10-9(ΔK)3.1541,当da/dN<5×10-5mm/周,da/dN=1.54147×10-14(ΔK)8.644。     

φ2000mm球形容器接管部位疲劳扩展试验研究

本文对带有预制接管焊缝裂纹和拐角裂纹的大型实物球形容器进行了疲劳试验研究。试验中采用的降载勾线技术是成功的。试验结果表明:接管部位疲劳裂纹扩展速率在1×10~-3mm/C左右,da/dN可由Δ_(Jeff)较好地描述。     

材料S-N、ε-N及da/dN-ΔK疲劳性能数据之间的内在联系

材料的S-N、ε-N及da/dN-ΔK疲劳性能数据分别是应力寿命法、局部应变法以及LEFM裂纹扩展法进行结构寿命分析的基础.文中根据几种疲劳寿命模型,探讨同一材料三种疲劳性能数据之间的内在联系及相互预测的可能性.具体内容包括,(1)用da/dN-ΔK性能数据预测S-N数据.(2)用ε-N性能数据预测S-N数据.(3)用ε-N性能数据推测da/dN-ΔK数据.研究结果表明,同种材料的S-N、ε-N及da/dN-ΔK疲劳性能数据之间是相互联系的,存在相互预测的可能性.     

氢对347L不锈钢堆焊层的低频疲劳特性的影响

应用弹塑性断裂力学和ΔJ参数 ,研究了原始状态与热渗氢后 3 4 7L不锈钢堆焊层短裂纹的疲劳破坏特性。并用 da/d N=C(ΔJ) n 计算了裂纹扩展速度和门槛值。结果表明 ,在氢的作用下 ,3 4 7L钢堆焊层裂纹扩展的门槛值 (ΔJth) ,从 3 55× 1 0 - 6 MN/m,下降为热渗氢后的 2 52× 1 0 - 6MN/m,da/d N～ΔJ曲线也比原始状态的向左移 ,提高了裂纹扩展速度。断口分析表明 ,氢既有在柱状晶界及滑移面上位错塞积处聚集 ,促进脆化的作用 ,同时还有与交变载荷的动态协同作用     

da/dN实验数据的一种处理方法

一、引言关于裂纹疲劳扩展速率,近年来研究很多。目前关于da/dN的数学表达式已有数十种之多。其中最为常用的是Paris提出的半经验公式: da/dN=C(ΔK)~m (1)     

错边板半椭圆表面裂纹疲劳扩展实验研究

论述了错边板半椭圆表面裂纹疲劳扩展的实验方法,认为用a、c=1/(A+BN)的关系能较好地拟合a—N、c—N实验曲线,为da/dN、dc/dN的求取找到了一条简便实用的途径。实验研究表明,无论是纯拉伸还是拉弯组合作用,裂纹a向和c向的扩展速率显著不同,但都可以用Paris公式形式表示,其中的应力强度因子用Newman解。将这些结果编成计算机程序,预算了疲劳寿命,预算值与实验值的误差小于7％。     

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。     

疲劳近门槛值区裂纹扩展模式变化的试验研究

利用扫描电镜观察疲劳门槛值区试样的裂纹表面形貌,研究了疲劳门槛值区裂纹扩展模式的分布,分析了裂纹扩展模式的变化对疲劳裂纹扩展速率da／dN的影响。结果表明,断口形貌存在面型断裂（沿晶或穿晶）（Faceted Fracture,FF）,面型断裂分数（Percentageof Faceted Fracture,PFF）最大值出现在循环塑性区尺寸接近原始奥氏体晶粒直径时。通过比较循环塑性区尺寸与晶粒尺寸,随着应力强度因子幅值AK的降低,裂纹先以辉纹型模式扩展,在PFF达到最大值后,裂纹以晶体学模式扩展。辉纹型模式扩展时,PFF的变化对da／dN影响不大;晶体学模式扩展时,由于FF诱发裂纹闭合,从而降低da／dN。     

表面疲劳裂纹扩展的三维效应

以拉伸圆杆为例，阐述表面疲劳裂纹扩展中的三维效应及其特点，利用最新的三维断裂力学成果给出一种考虑表面疲劳裂纹扩展三维效应的具体方法，通过该方法可以得到考虑三维应力状态的材料da/dN-ΔKeff曲线，以20CrMo钢为例，处理获得20CrMo材料的da/dN-ΔKeff基线，以此对圆杆表面疲劳裂纹的扩展进行预测分析，分析结果表明，使用该方法以及来自标准穿透裂纹试件的材料da/dN-ΔK数据可准确地预测圆杆表面疲劳裂纹的扩展寿命，该方法还可用于其他复杂结构的疲劳裂纹扩展分析。     

T型焊接接头的低温P—da／dN—ΔK曲线

T型焊接接头是海洋工程中较为典型的结构细节，研究其低温P－da/dN-ΔK曲线，对确定焊接构件在冬季服役时的检修周期具有重要意义。在100吨MTS电液伺服材料试验机上进行了3件T型焊接接头的低温疲劳裂纹扩展试验，测出了其中值da/dN-ΔK曲线，通过样本试验的理论推导与计算，利用变异系数CV的经验取值，初步得出T型焊接接头的低温P－da/dN-ΔK曲线。     

应力比对25Cr2Ni2MoV钢焊接接头近门槛值区疲劳裂纹扩展曲线转折点的影响

在常温下采用逐级降载法进行不同缺口位置、不同应力比下25Cr2Ni2Mo V钢焊接接头的疲劳裂纹扩展试验,研究疲劳裂纹扩展曲线上近门槛值区转折点的变化规律。结果表明,焊接接头的疲劳裂纹扩展曲线在近门槛值区内存在一个转折点,其对应的应力强度范围随应力比的增大而减小,其大小为疲劳门槛值的0.5~0.8。近门槛值区疲劳裂纹扩展转折点前后扩展曲线斜率发生变化表明裂纹扩展机理的改变,热影响区缺口处的转折行为对疲劳裂纹扩展影响较小。应力比R低于0.5时,循环塑性区尺寸总体接近于材料特征组织尺寸;应力比R高于0.5后,两者偏差加大。应力比低于0.5时转折点对应的循环塑性区尺寸同特征组织尺寸接近,驱动力由ΔK控制向Kmax主导的转变是引起转折点随应力比变化的原因。