调整铸造应力防止铸锭裂纹

直接水冷半连续铸造铸锭时,几乎所有变形铝合金都有不同程度的裂纹倾向。铸锭裂纹是熔铸车间的主要废品之一,约占废品总量的20～30%。铸锭裂纹的形态多种多样。在圆铸锭中,有通心裂纹,表面裂纹、环状裂纹、横向裂纹;在空心铸锭中,有内孔放射状裂纹,表面裂纹、环状裂纹、横向裂纹;在扁铸锭中,有宽面裂纹、窄面裂纹和表面裂纹;在各种铸锭上,有底部裂纹和浇口部裂纹。     

风机齿轮双裂纹扩展特性及寿命分析

针对某风机增速齿轮疲劳裂纹断裂问题,基于M积分法探究含初始单裂纹及双裂纹增速齿轮裂纹扩展时的变化规律。根据断裂力学原理和有限元原理进行分析计算,得出应力强度因子及疲劳扩展循环次数的变化规律。创建只含1条裂纹的齿轮裂纹模型,计算裂纹扩展时的应力强度因子及疲劳扩展寿命;在初始单裂纹模型上继续创建第2条裂纹,通过改变第2条裂纹的初始位置探究第1条裂纹与单裂纹前缘应力强度因子及疲劳扩展寿命的变化规律。结果表明：整体上看,双裂纹中裂纹1刚开始扩展时比单裂纹的应力强度因子小,扩展到最后会高于单裂纹的应力强度因子,中间有一个交替变换的过程;产生双裂纹时,其中1条裂纹会导致双裂纹中裂纹1的加速扩展,减少寿命周期;双裂纹距离越近,双裂纹中裂纹1加速扩展得越快。     

锅炉、压力容器手工电弧焊实用技术讲座(十二)——焊接缺陷

1.焊接缺陷的种类,产生原因和预防措施 (1) 裂纹①热裂纹热裂纹一般是指高温下(从凝固温度范围附近至A_3以上温度)产生的裂纹,又称高温裂纹。热裂纹包括结晶裂纹和热影响区液化裂纹等。热裂纹的形态和特征:热裂纹发生在焊缝中有纵向裂纹、横向裂纹、根部裂纹和弧坑裂纹等。热影响区中的热裂纹有纵向和横向裂纹,但都沿着晶界发生。热裂纹的微观特征一般是沿晶界开裂,故又称晶间裂纹。热裂纹产生的原因:由于焊接熔池在结晶过程中存在着低熔点共晶和杂质,它们在结晶过程中以液态间层存在,由于熔点低,     

镍基合金环境致裂稳态小裂纹裂尖力学场特殊性研究（英文）

裂纹长度是影响裂纹尖端力学特性及裂纹扩展速率的重要因素,但现有环境致裂研究中的裂纹类型主要为长裂纹而忽略了小裂纹。本工作采用有限元数值计算的方法,研究高温水环境下具有单边裂纹的镍基合金试样环境致裂过程中小裂纹裂尖力学特征。结果表明小裂纹裂尖具有比长裂纹更高的应力和应变,并使小裂纹具有更高的裂纹扩展趋势。研究中给出了计算小裂纹裂尖塑性区尺寸的修正方法,J积分计算的Irwin修正方法适用于长裂纹,但计算小裂纹条件下的J积分时会产生误差。提出在缺乏成熟理论指导下应采用弹塑性有限元数值计算的方法获取准确的小裂纹裂尖J积分。基于小裂纹与长裂纹裂尖力学特征的明显不同,建议在分析核电结构材料环境致裂时,将裂纹扩展分为小裂纹扩展及长裂纹扩展阶段分别研究。     

镍基合金环境致裂稳态小裂纹裂尖力学场特殊性的研究

裂纹长度是影响裂纹尖端力学特性及裂纹扩展速率的重要因素,但现有环境致裂研究中的裂纹类型主要为长裂纹而忽略了小裂纹。本文采用有限元数值计算的方法,研究高温水环境下具有单边裂纹的镍基合金试样环境致裂过程中小裂纹裂尖力学特征。结果表明小裂纹裂尖具有比长裂纹更高的应力和应变,并使小裂纹具有更高的裂纹扩展趋势。文中给出了计算小裂纹裂尖塑性区尺寸的修正方法,J 积分计算的Irwin修正方法适用于长裂纹,但计算小裂纹条件下的J积分时会产生误差。提出在缺乏成熟理论指导下应采用弹塑性有限元数值计算的方法获取准确的小裂纹裂尖J积分。基于小裂纹与长裂纹裂尖力学特征的明显不同,建议在分析核电结构材料环境致裂时,将裂纹扩展分为小裂纹扩展及长裂纹扩展阶段分别研究。     

基于分布位错法对涂层裂纹力学行为的研究

目的 在单轴拉伸载荷下,用理论方法求解弹性涂层中裂纹的力学性质和相互影响。方法 根据叠加原理,将问题分为2个子问题,使用分布位错原理求解裂纹问题,将裂纹建模为沿裂纹线分布的位错阵列,叠加后使用数值求解方法进行求解。结果 得到了不同涂层模量、不同裂纹长度下表面裂纹尖端的应力强度因子（SIF）和涂层界面应力。涂层与基底模量相差越大,表面裂纹越长,其界面应力越大。计算了不同方位下的微裂纹对表面裂纹的影响,给出了60°倾角微裂纹、2l/h=0.2和2l/h=0.04表面裂纹以及2a/h=0.01和2a/h=0.018表面裂纹的影响区域。分析了涂层内部倾斜裂纹对表面裂纹应力强度因子和扩展角的影响。内部倾斜裂纹尖端对表面裂纹尖端的等效应力强度因子（ESIF）有增强作用,两侧有减弱作用。结论 较硬涂层对表面裂纹的扩展有增强作用,裂纹越长,受涂层模量对其应力强度因子的影响越大。微裂纹对表面裂纹的影响跟微裂纹位置、方向、长度和表面裂纹长度有关。表面裂纹附近的倾斜裂纹对表面裂纹的扩展具有吸引作用。     

基于模态振型的圆截面梁裂纹识别等高线法

因在外部载荷的作用下,梁构件内部结构容易发生裂纹的萌生和扩展,甚至导致梁构件发生断裂从而引发灾难性事故,研究一种基于模态振型的圆截面梁裂纹识别等高线法。先推导无裂纹单元与含裂纹单元的刚度矩阵,然后求解含裂纹圆截面梁振动微分方程,发现裂纹工况对模态振型有一定的影响。在此基础上,研究不同裂纹位置比和不同裂纹深度比之下前三阶模态振型突变的响应曲面,提出基于模态振型的裂纹识别等高线法。结果表明:对于单裂纹圆截面梁裂纹识别,裂纹深度和裂纹位置的预测结果误差为0;对于双裂纹圆截面梁裂纹识别,裂纹深度预测最大误差不超过2%,裂纹位置预测最大误差不超过2%。     

加热状态下的45钢内裂纹表面迁移

采用钻孔压缩法在45钢试样内部预制内裂纹,并对裂纹试样进行900℃、1000℃、1200℃加热,观察裂纹表面的组织变化。结果表明,45钢内裂纹试样加热时,裂纹表面普遍存在铁素体晶粒形核与长大,从而使裂纹表面向裂纹中心方向迁移,裂纹表面迁移有分段现象。原子扩散是物质补给方式,铁素体晶粒形核长大是内裂纹表面迁移方式。原子扩散是裂纹愈合的基本要素,为内裂纹表面迁移提供物质来源,但是铁素体晶粒形核长大能够使原子扩散速度加快,而裂纹表面无新晶粒形核长大的裂纹愈合现象,相比之下,存在铁素体晶粒形核长大现象的裂纹愈合行为中,裂纹表面迁移更迅速。     

基于概率统计方法对钢轨疲劳裂纹路径的研究

目的利用有限元软件ANSYS对车轮滚过裂纹过程进行分析,确定轮轨接触疲劳裂纹的扩展方向。方法基于最大周向应力判据,用概率统计的方法对车轮滚过裂纹过程中,不同角度初始裂纹可能的扩展角度进行分析。车轮滚过裂纹过程中,用可能扩展角度的均值作为裂纹的扩展方向计算裂纹扩展路径。结果用概率坐标纸拟合出的相关系数均大于98.5%,说明裂纹可能的扩展角度符合威布尔分布的可能性超过98.5%。当裂纹长度小于700μm时,裂纹可能的扩展角度基本符合威布尔分布;当裂纹长度达到800μm时,裂纹尖端的等效应力强度因子(Keff)出现4个峰值;当裂纹长度达到1200μm时,第3个峰值载荷处裂纹尖端的Keff超过了材料的断裂韧性,此时裂纹会向行车相反的方向急剧地扩展。结论对于不同角度初始裂纹,其扩展角度基本符合威布尔分布;整个裂纹路径的趋势与实验测得的裂纹路径有较好的一致性,车轮滚过裂纹过程中,用裂纹可能扩展角度的均值作为裂纹的扩展方向可行。     

超声波复测内壁裂纹

裂纹是锅炉压力容器设备中最危险的缺陷,也是锅炉压力容器检验工作的重点和难点。据统计资料显示,锅炉压力容器的裂纹大多是表面裂纹,占到90 %左右,而表面裂纹中,又以内表面裂纹居多[1] 。这是由于内表面工作环境存在着高应力、高温度、腐蚀性介质的特点。内壁裂纹中,以疲劳裂纹和应力腐蚀裂纹较为多见。疲劳裂纹又分为热疲劳裂纹、腐蚀疲劳裂纹和蠕变疲劳裂纹等。应力腐蚀裂纹有穿晶和沿晶裂纹两种形式。内壁裂纹中,有些可以通过进入容器或承压设备内部,进行宏观检查或表面探伤检查,有些较难的位置还可以通过内窥镜检查。但是,在有些情况下…     

基于激光三维扫描的裂纹可视化表征方法

疲劳裂纹是飞机服役过程中的常见损伤,激光三维扫描技术可通过获取点云数据实现结构参数的三维重构,但在用于裂纹识别和表征时,面临局部裂纹与结构尺寸之间存在跨尺度效应的问题。为此,基于目视检测难易程度,选取人工裂纹、易于目视可见裂纹、目视可见裂纹和目视勉强可见裂纹等4种典型裂纹特征作为研究对象,提取裂纹长度、裂纹宽度和裂纹两侧高度差作为重构参数来表征局部裂纹特征,并采用光学显微镜对裂纹特征参数进行定量。随后对4种裂纹特征开展激光三维扫描建模试验,分析重构参数对激光三维扫描裂纹特征识别和建模精度的影响。试验结果表明,激光三维扫描技术可以精确识别与表征裂纹特征,为飞机结构裂纹可视化表征提供了一种新的技术手段。     

海洋工程焊接结构疲劳小裂纹扩展观察与表征

海洋工程焊接结构中不可避免地存在焊接缺陷,由焊接缺陷引起的疲劳裂纹扩展是导致海洋工程结构失效的主要原因。文中针对海洋工程焊接结构小裂纹的疲劳裂纹扩展行为表征和计算方法进行研究,小裂纹的疲劳裂纹扩展行为与宏观长裂纹明显不同,随着裂纹长度的增加,呈先降低后增加的V形变化趋势。考虑裂纹扩展的闭合效应,提出了等效应力强度因子可以很好地反映小裂纹的疲劳裂纹扩展速率变化规律。     

两平行热疲劳裂纹的屏蔽效应

受热疲劳损伤的构件表面易产生热疲劳裂纹网。裂纹网中主裂纹的应力强度因子可反映构件的损伤程度,然而由于裂纹问的屏蔽效应,直接计算裂纹网中主裂纹的应力强度因子是困难的。用有限元方法,计算了若干组平行裂纹发生屏蔽效应时的应力强度因子。定义了热疲劳裂纹的比间距n、屏蔽剩余百分数s和裂纹长度比值f,发现此三者有确定关系且与边界条件及裂纹长度无关。给出了n—s,的关系曲线,根据此曲线可按单条裂纹的应力强度因子推算两条裂纹发生屏蔽效应时主裂纹的应力强度因子。     

TA15钛合金锻件裂纹分析

TA15钛合金锻件在加工过程中,发现加工表面存在裂纹。通过对裂纹形态、裂纹断口的宏微观特征、裂纹金相、材质组织及硬度等检测与分析,得出了裂纹性质及产生原因,并通过裂纹断口温色对比分析以及断口微区成分分析,获得了裂纹产生的温度范围。结果表明,TA15钛合金裂纹为锻造折叠裂纹,折叠裂纹在锻造过程中发生了扩展。裂纹主要是由于表面没有清理干净的氧化皮卷入所致。裂纹左侧棕红色断口形成温度高于800℃,右侧灰色断口形成温度不高于500℃。     

大型水泥辊套裂纹质量控制

大型耐磨水泥辊套在制造过程中,成品率较低,热裂纹突出。对裂纹的形态、组织进行了分析及实验室模拟。裂纹形态有角裂纹、槽底裂纹、结合层裂纹。对裂纹产生的机理进行分析,并对关键参数进行修正。工艺改进后,三种裂纹缺陷率下降90%以上。产品质量得到提升,成本降低。     

12Cr2Mo1R钢制加氢反应器焊接裂纹原因分析及解决措施

加氢反应器在现场安装检验时,发现外部接管、内部堆焊层表面有焊接裂纹存在。采用宏观检查、磁粉检测、渗透检测、化学成分分析、金相组织分析、硬度检测、铁素体含量测定等方法分析裂纹产生原因。结果表明,外部接管裂纹以焊接冷裂纹为主,局部有再热裂纹的特征。堆焊层裂纹形状多为线(条)状裂纹,部分为网状裂纹,这些裂纹具有焊接热裂纹特征。焊接工艺不当是导致裂纹产生的主要原因。通过制定相应解决措施,成功修复了裂纹,并提出加氢反应器制造过程中的预防建议。     

海洋用结构钢在NaCl溶液中疲劳短裂纹的扩展

本文用海洋平台结构钢A537CL1的单边裂纹样品,在空气和3.5％ NaCl水溶液中进行了腐蚀疲劳短裂纹扩展实验,比较不同裂纹长度及环境介质对疲劳短裂纹扩展行为的影响。结果表明,在门槛值附近,对于相同的应力强度因子范围,短裂纹扩展速率比长裂纹扩展快。短裂纹扩展的门槛值随裂纹长度的减小而减小。与空气介质相比较,盐水对疲劳短裂纹扩展加速的程度远大于长裂纹。     

基于分布位错法研究多条微裂纹对偏折主裂纹的影响

目的 采用理论方法求解多条微裂纹对偏折主裂纹的影响,重点分析偏折主裂纹尖端的力学行为及微裂纹对主裂纹扩展角度和闭合区域的影响等问题,为实际的工程应用提供理论依据。方法 运用叠加原理将主问题分解成2个子问题,通过材料力学方法求解子问题一;基于分布位错方法求解子问题二。进一步建立关于位错密度的奇异积分方程,利用Gauss-Chebyshev数值求积分法解决位错密度方程的奇异性问题,并通过计算机编写程序,最终得到相关力学参量的数值解。结果 得到了偏折主裂纹附近的应力场以及微裂纹长度、微裂纹个数对偏折主裂纹尖端应力强度因子的影响等相关力学参量。分析了主裂纹不同偏折角度时的闭合区域,以及微裂纹的方位角、微裂纹个数等对偏折主裂纹扩展角度的影响。结论 裂纹面对拉应力有屏蔽作用,导致拉应力在裂纹面附近应力松弛,而裂纹尖端对拉应力有放大作用,随着应力增加将导致裂纹的扩展。一条微裂纹位于主裂纹尖端约–30°<θ<50°时,将使主裂纹尖端应力强度因子增加,促进主裂纹的扩展,而微裂纹位于50°<θ<90°或–90°<θ<–30°时,将使主裂纹尖端应力强度因子减小,抑制主裂纹的扩展。主裂纹尖端应力强度因子随微裂纹长度的增加而变大,随微裂纹与主裂纹间距离的增加而减小。     

高温蠕变下表面多裂纹扩展行为

文中将蠕变损伤模型编写到USDFLD用户子程序中,利用有限元分析软件ABAQUS,通过单元失效技术模拟了表面多裂纹干涉条件下裂纹扩展行为.探究了不同裂纹尺寸、残余应力对高温蠕变表面多裂纹干涉效应及裂纹扩展行为的影响.结果表明,表面裂纹形状比、裂纹深度的增大和裂纹间距离的减小,加强了表面多裂纹之间的干涉效应并促进多裂纹的扩展,而残余应力的存在同样加速了裂纹扩展.基于裂纹扩展速率提出了蠕变下表面多裂纹合并准则,即当蠕变干涉因子超过1.27,应当考虑多裂纹的合并,否则多裂纹仍按照单裂纹处理.     

边条翼热处理裂纹分析

边条翼在热处理后出现裂纹,利用化学成分、硬度、断口及显微组织等方法对热处理裂纹进行分析。结果表明：材料中存在的原始裂纹和非金属夹杂物是边条翼淬火开裂的主要原因。淬火时,原始裂纹和非金属夹杂物成为裂纹源,促使裂纹沿原始裂纹和非金属夹杂物分布方向进一步扩展,并形成宏观裂纹。