GH4169高温合金裂纹萌生数值模拟

为研究金属材料微观组织特征对其疲劳寿命的影响,基于Tanaka-Mura裂纹萌生寿命预测模型对高温合金GH4169的疲劳裂纹萌生过程进行数值模拟.利用Voronoi图法生成具有代表性的微观组织模型,并考虑晶粒内相互平行的多滑移特性建立微裂纹萌生模型,模拟GH4169在循环载荷作用下的裂纹萌生过程.将裂纹萌生寿命的模拟结果与GH4169疲劳试验数据相比较,说明了Tanaka-Mura裂纹萌生寿命预测模型的有效性.     

钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测研究*

钢丝微动疲劳过程中,钢丝裂纹萌生特性直接影响其裂纹扩展特性,进而制约钢丝微动疲劳寿命,因此开展钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测研究具有重要意义。基于有限元法、摩擦学理论和断裂力学理论,运用Smith-Watson-Topper（SWT）多轴疲劳寿命准则建立考虑磨损的钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测模型,基于多种不同的钢丝疲劳参数估算方法对钢丝的微动疲劳裂纹萌生寿命进行了预测,并探究接触载荷、疲劳载荷、交叉角度及钢丝直径等微动疲劳参数对钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命的影响规律。结果表明：基于中值法的预测结果最接近实际值;在微动疲劳过程中,钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命主要与接触载荷和疲劳载荷相关。通过引入微动损伤参数建立简化的适用于钢丝绳的钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测模型,通过与考虑磨损的预测模型计算结果进行对比验证了该模型的准确性。     

低合金钢微缺陷的裂纹萌生扩展规律

采用宏现与微观结合的方法以及大型疲劳试验机和光学显微镜研究了压力容器用钢16MnR在低周疲劳下微孔(φ 40～200μm)的裂纹萌生与扩展规律.结果表明:裂纹的萌生机制为滑移带启裂,由剪应力起主要作用,微观缺陷尺寸、应力水平对疲劳寿命有显著影响,当应力水平较低时,微孔尺寸对疲劳寿命的影响明显;当应力水平较高时(超过屈服强度),孔径对疲劳寿命的影响不敏感;在同一应力水平下,微缺陷尺寸d存在临界值dt,当d>dt时,疲劳寿命下降很多.     

基于动态响应有限元模拟的点焊接头疲劳寿命预测

利用三维有限元模拟和动态响应试验对点焊接头疲劳裂纹萌生和扩展特性进行了研究。利用所模拟的裂纹长度和固有频率的关系,定义了点焊疲劳裂纹扩展的三个阶段。根据所定义的裂纹萌生阶段的定义,利用局部应力应变法预测了点焊接头的疲劳裂纹萌生寿命。结果表明,所预测的疲劳萌生寿命与试验结果相吻合。     

广布疲劳损伤裂纹萌生问题研究

围绕广布疲劳损伤裂纹萌生问题研究了广布疲劳损伤裂纹萌生寿命与广布疲劳损伤出现时间的关系,以及MSD对裂纹萌生寿命的影响。给出了根据疲劳开裂情况确定的裂纹萌生寿命和损伤累积的修正计算方法,解决了MSD结构中细节疲劳裂纹萌生寿命计算问题同时计及了MSD对裂纹萌生的促进加速效果。     

BGA结构无铅微焊点的低周疲劳行为研究

基于塑性应变能密度概念提出微焊点低周疲劳裂纹萌生、扩展和寿命预测模型,阐明其与连续介质损伤力学的联系,评估应力三轴度对预测模型的影响,并通过试验和数值计算相结合的方法确定出微米尺度球栅阵列(Ball grid array,BGA)结构单颗Sn3.0Ag0.5Cu无铅焊点(高度为500～100 μm,焊盘直径为480 μm)疲劳裂纹萌生和扩展模型中的相关常数。研究结果表明,疲劳裂纹萌生和扩展循环数与每个循环所产生的塑性应变能密度均呈幂函数关系;应力三轴度会影响疲劳裂纹扩展速率,并最终影响焊点的疲劳寿命;应力三轴度与加载方式有关,拉伸载荷下焊点的应力应变行为受异种材料界面和封装结构力学约束作用的影响,应力三轴度随焊点高度降低而明显升高;而剪切载荷作用下焊点中的力学约束十分有限,焊点高度变化对应力三轴度的影响非常小;测得的高度为100 μm焊点的疲劳裂纹扩展相关常数可以很好地用于预测其他不同高度焊点的疲劳寿命,表明所提出的预测模型可以有效地减小由几何结构和体积变化造成的塑性应变能集中现象对焊点疲劳寿命的影响。     

基于晶体塑性理论的GH4169合金缺口效应研究

基于晶体塑性本构模型,通过生成宏观试样的代表性体积单元,对单轴拉伸和疲劳试验数据进行拟合以获得满足模拟条件的相关参数,并分析了网格尺寸对模拟结果的影响;采用累积塑性滑移和能量耗散作为指示因子进行疲劳裂纹萌生寿命预测,研究缺口尺寸对疲劳裂纹萌生寿命的影响.结果表明:采用所建立的模型获得的含缺口试样的疲劳裂纹萌生寿命在试验获得的疲劳裂纹萌生寿命2倍误差带内,模型具有较好的预测精度;当缺口尺寸较小时,随着缺口尺寸的增加,试样疲劳裂纹萌生寿命显著降低,当缺口尺寸大于临界缺口尺寸时,试样疲劳裂纹萌生寿命几乎不受缺口尺寸影响.     

高温对汽车灰铸铁制动盘热疲劳裂纹萌生寿命的影响

汽车制动盘的工作温度高、易产生热疲劳,其性能直接影响行车安全,对高温下制动盘的热疲劳裂纹萌生寿命的研究十分必要。首先研究取自汽车制动盘上的灰铸铁HT200试样在500℃下单调拉伸与压缩的性能,对应力—应变曲线进行分析,得到其力学性能参数;接着基于这些参数,对初始温度为400℃时的制动盘在单次紧急制动工况下进行热-结构耦合仿真分析,得到制动盘的温度场和应力场分布;最后利用应变疲劳的方法根据Miner线性累积损伤理论研究500℃下灰铸铁HT200的塑性特性对制动盘热疲劳裂纹萌生寿命的影响。研究结果表明:制动过程中的热应力远大于机械应力,是产生疲劳裂纹的主要原因;高温下制动盘材料HT200的塑性特性对制动盘热疲劳裂纹萌生寿命的影响很大,在研究制动盘裂纹萌生寿命时需考虑高温下塑性特性对寿命的影响。利用制动盘在高温制动过程中的周向应变并考虑高温下材料的塑性特性计算热疲劳裂纹萌生寿命,为制动盘热疲劳寿命的评价打下基础。     

0Cr18Ni9奥氏体不锈钢在低浓度NaCl溶液中的腐蚀疲劳裂纹扩展规律及机理研究

1　前言现代石油化工设备大多数都承受波动载荷作用 ,如流体介质的湍动 ,外加载荷的波动 ,经常性的开停车 ,温度、压力波动幅度较大等都将使设备承受疲劳载荷 ,那么疲劳裂纹的萌生和扩展也就在所难免。而腐蚀性介质的存在又将对其疲劳特性产生显著影响。在惰性介质中 ,材料存在着疲劳极限 ,且其疲劳裂纹的萌生寿命约为总体寿命的90 % ;而在腐蚀性介质中 ,则没有疲劳极限 ,并且在腐蚀性介质的作用下 ,疲劳裂纹萌生寿命会大大缩短 ,仅占总寿命的 10 %左右。由此可见 ,在腐蚀疲劳破坏中 ,裂纹萌生寿命仅占总寿命的很小一部分 ,其寿命主要是由裂…     

基于临界曲面的改进Paris定律球轴承疲劳寿命预测方法

通过场发射扫描电镜对球轴承疲劳故障点微观结构进行观察,发现裂纹总是沿着某个曲面进行萌生和扩展,扩展到一定程度后发生断裂形成近似椭圆形状的剥落点,随着球轴承的运转,不仅断裂后的裂纹发生二次剥落,而且剥落点将在新的曲面上发生多次剥落,形成断层形貌。基于此种现象,提出球轴承临界曲面的概念,假定裂纹的萌生和扩展均在此临界曲面上,将三维裂纹扩展问题转化为二维裂纹扩展问题进行分析。在临界曲面概念的基础上,提出改进的Paris疲劳寿命预测模型,将疲劳寿命分为裂纹扩展和剥落点增大两部分,分段采用改进的Paris定律预测球轴承的疲劳寿命。通过多套SKF 6205深沟球轴承疲劳寿命试验数据进行验证,与传统的SKF L-P公式预测结果相比,提出的方法能够较好地预测球轴承的疲劳寿命。     

三维应力状态下高温低周疲劳表面短裂纹实验研究及数值模拟

依据16MnR材料三维应力状态下高温低周疲劳表面短裂纹的实验分析结果，提出了一种表面随机分布短裂纹群体演化行为模型。模型考虑了材料细观组织、细观结构影响及裂纹之间的相互作用，并用该模型对16MnR材料表面疲劳短裂纹群体演化全过程进行了数值模拟分析，结果表明模拟结果与实验结果基本一致，该模型能有效地用于短裂纹的模拟。最后提出微观短裂纹萌生驱动力与扩展驱动力概念。     

超声疲劳裂纹扩展与摩擦生热研究

在高频循环载荷作用下,材料疲劳裂纹的萌生与扩展过程伴随着明显的温度变化,该温度变化反映材料内部结构的损伤特征。通过20 kHz的超声疲劳试验,研究一种碳锰钢在超高周疲劳加载条件下的内部疲劳裂纹萌生与扩展过程中温度的演化过程。通过对该材料在疲劳损伤过程中,内部裂纹间的摩擦生热机理分析,从微观角度出发,结合分形理论,建立内部裂纹微观结构的摩擦模型,数值模拟超声疲劳过程中材料内部疲劳裂纹面间的摩擦生热情况,并定量地计算该过程中由裂纹间摩擦所导致的温度上升,将模拟结果与试验结果进行比较。探究高频疲劳载荷下微裂纹扩展与摩擦生热的关系,并结合超高周疲劳裂纹扩展公式,建立超声疲劳过程中的裂纹扩展与裂纹面温度演化关系的模型。     

On the prediction of fatigue crack initiation in rolling/sliding contacts with provision for loading sequence effect

The principles of continuum damage mechanics are applied to predict the rolling/sliding contact fatigue crack initiation. The approach involves evaluating the subsurface stresses as well as the state of damage within the contact region. It is shown that the fatigue crack initiation life can be related to the scalar damage parameter D, which is a measure of micro-crack and voids density in the material. Comparison of the predicted results with the available experimental work shows good agreement. The effect of variable loading on the fatigue behavior of rolling contact with provision for non-linear damage evolution is also investigated.     

腐蚀对新型高强度铝合金疲劳裂纹萌生机制及扩展行为的作用

根据编制的某机场环境加速试验谱,通过腐蚀试验模拟飞机服役过程中遭受的潮湿空气、盐雾、二氧化硫、酸雨和干/湿交变等严酷条件的侵蚀作用,采用飞机主承力结构新型高强度铝合金7B04-T74,制备单边缺口拉伸(Single edge notch tension, SENT)试样进行预腐蚀和疲劳试验,分析不同程度腐蚀损伤对疲劳裂纹萌生、裂纹扩展行为和疲劳寿命的影响,揭示腐蚀对裂纹萌生及扩展行为的作用机理。结果表明,在腐蚀初期,疲劳裂纹萌生源主要为单个蚀孔,裂纹扩展路径较为平直;随着腐蚀程度的加重,在多个蚀孔处同时萌生多条小疲劳裂纹,萌生疲劳裂纹的蚀孔具有隧道效应,扩展路径不规则,形成“之”字形裂纹;疲劳裂纹萌生机制是材料第二相与腐蚀损伤之间相互竞争的结果;腐蚀导致疲劳寿命显著降低,尤其是裂纹萌生寿命,腐蚀12年试验件裂纹萌生寿命仅为未腐蚀试验件裂纹萌生寿命的2.2%。     

一种计算轮毂疲劳损伤的数值模拟新算法

针对轮毂结构复杂和周期载荷的特点,采用刚性元法简化轮毂有限元模型, 基于材料疲劳损伤规律、应变等效假设理论和有限元方法,提出了一种计算旋转轮毂结构疲劳损伤的新算法。该算法采用拟合得到的损伤演化材质参数和ANSYS的二次开发工具对轮毂的疲劳损伤过程进行数值计算,在得到裂纹全寿命的同时,给出裂纹群扩展路径,真实地模拟了轮毂动态旋转损伤进程。试验研究证明了该方法的可行性和有效性。     

Life estimation of Ti-6Al-4V specimens subjected to fretting fatigue and effect of surface treatments

Suitability of different multi-axial parameters in predicting fretting fatigue life of Ti-6Al-4V specimens has been investigated. Ameliorating effect of surface treatments on fretting fatigue has been studied. In simple uni-axial/multi-axial fatigue tests, nucleation as well as propagation of cracks occur under the influence of identical stresses. Hence nucleation accounts for most of the total life. Fretting fatigue crack nucleation occurs due to very large contact stresses, effect of which is felt only close to the surface (due to steep gradients). Propagation mostly occurs due to lower stresses in the bulk of the material (negligible influence of contact tractions) and forms a significant portion of total life. Total life has to be taken as sum of initiation life calculated from different multi-axial fatigue parameters and propagation life from conventional fracture mechanics approach. Steep stress gradients necessitate the adoption of a statistics based approach to predict the crack initiation life, based on an assumed distribution of flaws. The quality of comparison between predicted and experimentally observed failure lives provides confidence in the notion that conventional fatigue life prediction tools can be used to assess fretting fatigue failure. Effect of surface treatments like shot-peening with or without additional surface coatings on total life of the specimen and on friction coefficient has been studied.     

An experimental study on bending fretting fatigue characteristics of 316L austenitic stainless steel

Bending fretting fatigue tests of 316L austenitic stainless steel plates against 52100 steel cylinders have been carried out under same normal load and varied bending loads. Tests of plain bending fatigue were carried out as a control group. The S-N curves of the bending fatigue were made. The results indicated that there was an obvious drop of life under the condition of bending fretting fatigue due to higher local contact stress. A dislocation model of micro-crack nucleation mechanism, as a manner of zig-zag mode, was created to explain the nucleation of fretting fatigue cracks.     

疲劳短裂纹理论及寿命预测方法新进展

回顾短裂纹萌生和扩展机理、寿命预测以及短裂纹行为模拟方面的最新进展,侧重介绍疲劳短裂纹行为的统计模拟方法,马尔可夫链模型、威布尔分布函数、群体疲劳短裂纹的蒙特卡罗模拟和分形方法,以及应用蒙特卡罗方法及分形方法对低碳钢高温低周疲劳短裂纹行为所进行的模拟。对于基于BP(back propagation)神经网络的统计方法在疲劳短裂纹方面的应用也给予一定的介绍。     

基于随机有限元法的结构经济寿命分析

基于随机有限元,将材料和载荷等影响结构疲劳寿命的不确定因素视为随机变量,分别对结构的裂纹形成寿命和裂纹扩展寿命进行可靠性分析.将结构的疲劳寿命看成由裂纹形成寿命和裂纹扩展寿命组成的串联系统,并由此确定结构的检修周期.通过随机有限元得到的分析结果与Monte Carlo模拟结果的比较,表明此方法能给出合理的结构检修周期,具有较强的适用性.