关于复合型疲劳裂纹扩展的数值模拟技术

详细描述了作者最近提出的一种新的复合型疲劳裂纹扩展的数值模拟技术。扼要介绍了两个常用的近似分析模型。通过对受单轴循环载荷作用的中收斜裂纹板的疲劳扩展分析，对两个常用的近似分析模型进行了评价。     

复合型裂纹扩展的最大塑性区尺度准则

为了预测复合型裂纹呈滑移型（Ⅱ型）的断裂，在此提出了复合型裂纹扩展的最大塑性区尺寸断裂判据。该准则成功地预测了金属材料复合型裂纹呈滑移型（Ⅱ型）断裂的裂纹开裂角和临界荷载，同时认为金属材料裂纹扩展的动力来源于形状改变比能的释放，与体积应变能无关。将其结果与最大剪应力准则相比，取得了较为一致的结果。因此，结果表明：该准则在预测复合型裂纹呈Ⅱ型断裂上是成功的。     

三维介质中复合型裂纹扩展的断裂准则

断裂准则是评定含裂纹构件或结构的工作状态是否安全的基准和依据。本文从三维介质中复合型裂纹问题的分析入手,考虑裂纹尖端小范围屈服区对裂纹扩展的影响,提出了描述三维介质中任意形状裂纹扩展规律的F_(?)准则和E_(?)准则。这两个准则均与现有的实验资料吻合得很好,而且还有一个较为突出的特点,即能反映Ⅰ—Ⅱ—Ⅲ型复合裂纹和Ⅱ—Ⅲ型复合型裂纹中KⅢ对裂纹开裂角的贡献。这一特点是S准则[1]、MG准则[9]、C判据[10]和W判据[11]等一些断裂准则不具有的。     

疲劳裂纹随机扩展规律分析方法

针对较少试验试样（小子样）应用随机模拟方法，对焊接接头热影响区疲劳裂纹随机扩展规律进行随机模拟，并与试验值回归结果进行对比分析，结果表明即使在试验试样数较少的情况下，仍能得到较佳效果，同时对Ｐａｉｒｓ公式中参数ｃ和ｎ的相关性进行了分析。     

基于有限元法的表面疲劳裂纹扩展模拟

基于有限元法模拟了受远场拉伸和弯曲载荷有限厚度平板的表面疲劳裂纹扩展。裂纹体网格由等参奇异单元构成,裂纹体和非裂纹体之间采用多点约束连接不匹配的节点;采用1／4节点位移法计算应力强度因子,根据Paris公式计算裂纹扩展增量,三次样条插值函数描述裂纹前沿;自编软件实时跟踪裂纹扩展。计算得到的应力强度因子与Newman和Raju的经验公式结果比较,符合良好。     

基于喷丸残余应力场的疲劳裂纹扩展数值模拟

运用有限元软件ABAQUS建立喷丸强化有限元模型,研究冲击速度、弹丸半径、弹丸材料、覆盖率对残余应力场的影响。运用疲劳分析软件Msc.Fatigue建立了疲劳裂纹扩展分析模型,将非喷丸模型和喷丸模型的应力场导入Msc.Fatigue进行疲劳裂纹的扩展分析,比较研究残余应力场对疲劳裂纹扩展的影响。喷丸强化有限元模型的模拟结果表明,适当地增加冲击速度、弹丸半径、覆盖率等喷丸参数可以明显改善残余应力场的作用效果,钢丸喷丸产生的最大残余压应力值比玻璃丸喷丸产生的大。疲劳裂纹扩展分析模型的模拟结果表明,由于喷丸残余压应力场的作用,有效地改善了材料的疲劳性能,构件的疲劳裂纹扩展寿命提高了1.3倍。     

基于喷丸残余应力场的疲劳裂纹扩展数值模拟

运用有限元软件ABAQUS建立喷丸强化有限元模型,研究冲击速度、弹丸半径、弹丸材料、覆盖率对残余应力场的影响.运用疲劳分析软件Msc.Fatigue建立了疲劳裂纹扩展分析模型,将非喷丸模型和喷丸模型的应力场导入Msc.Fatigue进行疲劳裂纹的扩展分析,比较研究残余应力场对疲劳裂纹扩展的影响.喷丸强化有限元模型的模拟结果表明,适当地增加冲击速度、弹丸半径、覆盖率等喷丸参数可以明显改善残余应力场的作用效果,钢丸喷丸产生的最大残余压应力值比玻璃丸喷丸产生的大.疲劳裂纹扩展分析模型的模拟结果表明,由于喷丸残余压应力场的作用,有效地改善了材料的疲劳性能,构件的疲劳裂纹扩展寿命提高了1.3倍.     

复合型裂纹扩展的形状改变比能准则

为了预测金属材料裂纹在小范围屈服时的延性断裂，以复合型裂纹为研究对象，将裂纹前缘塑性屈服区内的总形状改变比能用于建立复合型裂纹的断裂准则。该准则表明了金属材料裂纹在扩展过程中，起决定作用的是形状改变比能，而不是整个应变能。能成功地预测了复合型裂纹的启裂角度以及临界荷载，将其结果与Sih的S准则和实验数据结果进行了比较。结果表明，复合型裂纹扩展的形状改变比能准则，在预测裂纹启裂角方面优于S准则，并且预测的临界荷载偏保守。在工程上，将其应用于复合型裂纹断裂判定是安全的。     

中碳钢在变幅载荷下疲劳裂纹加速扩展的研究

通过对带有环状Ｖ型切口的４５＃钢圆棒料在恒幅过载和变幅过载下的低周次疲劳试验，表明变幅递增过载的裂纹扩展速率比恒幅过载裂纹扩展速率显著增大。基于试验事实和断口分析，探讨了过载下的疲劳裂纹扩展机制，说明过载时裂纹扩展速率瞬时显著增大是裂纹钝化的结果，进而寻找到了促使裂纹加速扩展的适宜加载方式，为超低周疲劳断裂的工程应用提供了依据。     

倾斜疲劳裂纹在混合型应力下张开及滑移特性

对于存在裂纹的机械零件或者构件,它很有可能会受到来自不同方向的作用力, 因此有必要研究裂纹在混合型应力条件下的传播特性. 该文使用具有不同倾斜角度的裂纹--这些裂纹是在应力比R=0的Ⅰ型循环应力下制作的,通过测量裂纹的开口方向和滑移方向的位移量,计算了裂纹端部Ⅰ型应力强度因子(KⅠ)mes和Ⅱ型应力强度因子(KⅡ)mes.裂纹的倾斜角度是指载荷方向与裂纹间的夹角.结果表明,对于存在压缩残余应力的疲劳裂纹,当倾斜角度较大,即β=60°时,应力强度因子的实验值(KⅠ)mes小于理论计算值(KⅠ),但此时实验值(KⅡ)mes与理论值(KⅡ)基本一致.另一方面,对于倾斜角度较小β=45°的疲劳裂纹,其(KⅠ)mes减少的同时,由于裂纹上下表面相互接触,从而导致(KⅡ)mes同时下降.     

铝合金疲劳裂纹扩展过程中夹杂物影响的量化分析

本研究测量了Al 7075—T651铝合金的疲劳裂纹扩展率和中间△K疲劳载荷区间的疲劳条纹间距,对材料微观结构在疲劳裂纹扩展中的作用进行了量化分析,建立了剪切断裂机制和夹杂物断裂—韧窝形成机制引起裂纹扩展的实验方程。研究还发现了K_(max,o)和K'c两个转折点,低于K_(max,o),裂纹仅由剪切断裂机制引起;高于K'c,裂纹由夹杂物断裂—韧窝形成机制主导,在K_(max,o)和K'c之间,疲劳裂纹扩展由上述两者共同组成。     

Influence of chemical liquids on the fatigue crack growth of the AZ31 magnesium alloy

The fatigue crack growth behavior of an AZ31 magnesium alloy was investigated by comparing the effect of zirconate and phos-phate chemical liquids.The morphology,components,and phase compositions of the chemical depositions at the fatigue crack tip were analyzed by employing scanning electron microscopy(SEM),energy dispersive spectroscopy(EDS),and X-ray diffraction(XRD),respectively.For samples with and without the chemical liquids,their stress-intensity factor values at the fatigue crack tip were compared by using a stress-strain gauge.The results demonstrated that a zirconate film(ZrxOy·ZnxOy) and a phosphate film(Zn3(PO4)2·4H2O and MgZnP2O7) could be formed on the fatigue crack-surface at the fatigue crack tip.The stress distribution was changed because of the chemical depositions and the causticity of the chemical liquids.This could decrease the stress-intensity factor value and thus effectively cause fatigue crack closure,which reduces the fatigue crack growth rate.Moreover,it was found that the fatigue crack closure effect of zirconates was more positive than that of phosphates.     

门座起重机疲劳裂纹扩展寿命分析研究

门座起重机存在大量因疲劳裂纹导致结构破坏的现象,所以进行疲劳裂纹扩展寿命分析,预测起重机剩余安全使用期的研究就显得非常必要.先对疲劳裂纹扩展寿命进行理论推导,在此理论基础上,制定疲劳裂纹扩展寿命分析的流程;接着以某台100t门座起重机的一处裂纹为研究对象,通过无损探伤确定裂纹尺寸和位置,获取准确的应力谱,在各种典型工况下,对该裂纹进行疲劳裂纹扩展寿命分析研究.定性分析结果表明该裂纹为安全裂纹.该方法能较真实地反映门座起重机的剩余寿命状况,为解决剩余寿命分析问题提供参考.     

疲劳裂纹扩展理论及其在混凝土疲劳性能研究中的应用

指出了研究疲劳裂纹扩展阶段对于工程材料疲劳性能研究所具有的重要性。对工程材料疲劳裂纹扩展理论的发展进行了回顾,并且对该理论在混凝土材料中的应用及研究现状进行了介绍;对传统Ｐａｒｉｓ公式和Ｆｏｒｍａｎ公式在高密度钢纤维混凝土等复合材料中应用所面临的问题进行了探讨,提出按照分形理论,以表面裂纹的分维值Ｄ来建立材料断裂准则。     

加氢反应器接管裂纹的疲劳扩展分析

为了预测焊接构件在中温环境下的疲劳裂纹扩展寿命，提出了一组新的疲劳裂纹扩展方程.采用紧
凑拉伸（CT）试样，对2.25Cr1Mo钢在室温和420℃时的疲劳裂纹扩展速率进行了测试研究，通过速率试验
值的回归分析，推导了两种温度下疲劳裂纹扩展速率方程，并利用该方程计算了一台加氢反应器接管焊缝
部位浅长表面裂纹的疲劳扩展量和表面裂纹临界长度，对扩展后的裂纹进行了安全评估.研究结果表明，
420℃时2.25Cr1Mo钢的疲劳裂纹扩展速率高于室温，反应器接管焊缝处的裂纹疲劳扩展不会威胁其使用安
全性，该扩展方程的计算结果具有较好的准确性和可靠度，可用于该钢种的裂纹疲劳扩展预测和安全评估     

桥式起重机桥架疲劳裂纹扩展的数值分析

采用有限元方法,计算某桥式起重机桥架的最大主应力分布,通过应力状态判断桥架某处裂纹的主要断裂类型,并利用扩展有限元方法（XFEM）,计算桥架在最大载荷和最小载荷两种状态下不同裂纹长度时裂纹的尖端应力强度因子（SIF）,由此根据Paris疲劳裂纹扩展公式的基本理论,描述该处疲劳裂纹扩展的基本规律,建立裂纹长度与交变应力循环周期数的函数关系,对起重机桥架裂纹短期内快速扩展的原因给出量化分析。结果表明,低应力的循环作用是该处裂纹形成和快速扩展的原因。     

As-extruded AZ31B magnesium alloy fatigue crack propagation behavior

The fatigue crack propagation rate of as-extruded AZ31B magnesium alloy was studied. Compact tension [C(T)] of the notch direction parallel (T-L), vertical (L-T), and inclined at 45o to the extrusion direction was investigated. The experimental results indicate that the crack propagation direction is parallel to the extrusion direction for T-L and L-T specimens, whereas the specimen inclined at 45o has an angular deflection of 9° to 11° toward the extrusion direction. The T-L specimen has the fastest fatigue crack propagation rate, and the L-T specimen has the slowest rate, the fatigue crack propagation rate of the specimen inclined at 45o is between the two directions. The crack tip propagates by both transgranular and intergranular fractures. Fatigue fractures consist of cleavage plane or quasi-cleavage and are brittle fractures. The fatigue striation occurs for specimens inclined at 45o and its size is 3-15 μm.     

焊接残余应力对压力容器疲劳裂纹扩展的影响

给出了焊接残余应力对压力容器疲劳裂纹扩展的影响,采用断裂力学理论分析疲劳行为,引用了裂纹张开率U和有效应力强度因子幅值△Keff的概念.     

X60在硫化氢环境下疲劳裂纹扩展速率研究

采用中心裂纹板试样及TS4-12MC电阻测量片测定了X60材料埋弧焊焊缝在空气和不同浓度H2S水溶液环境下的腐蚀疲劳裂纹扩展速率。由于疲劳过程的复杂性,试样工作区域又在焊缝处,所以试验的最终结果具有一定分散性。试验结果表明,H2S水溶液环境下的疲劳裂纹扩展速率明显比空气中的快,并且有随着H2S溶液浓度增加而变快的趋势。