铝硅钛合金疲劳裂纹扩展行为研究

以电解铝硅钛中间合金为主要原料，熔炼与ZL101A合金成分基本相同的合金AST101，对比研究了AST101和ZL101A合金的疲劳裂纹扩展行为。在应力比R=0.1和0.5的试验条件下，AST101合金的抗疲劳裂纹扩展能力不如ZL101合金。金相分析表明，AST101合金的铁含量较高，在合金中形成了脆性针状富铁相，该相自身的断裂和与基体的脱粘促进了合金疲劳裂纹的扩展，此外，AST101合金的微观组织特性影响了疲劳裂纹的闭合程度，也降低了合金的抗疲劳裂纹扩展能力。     

TC21钛合金的疲劳裂纹扩展研究

建立了新型损伤容限性钛合金TC21的疲劳裂纹扩展模型;研究了疲劳裂纹扩展速率da／dN与疲劳裂纹扩展门槛值之间的关系。该模型预测了TC21钛合金的疲劳裂纹扩展速率,其预测结果与实验结果非常吻合。     

疲劳裂纹扩展速率统计分析

将疲劳裂纹扩展速率分解为确定性趋势和随机涨落两部分，应用概率统计和随机数据处理方法分析了疲劳裂纹扩展速率的确定性趋势参数的统计分布和随机涨落数据的幅值特性，相关函数和功率谱密度函数，为疲劳裂纹扩展统计规律研究提供了依据。     

使用疲劳裂纹扩展数据的疲劳裂纹扩展的可靠性分析方法

利用现有的疲劳裂纹扩展数据或疲劳裂纹扩展试验的不完全数据 ,对疲劳裂纹随机扩展的可靠性进行了研究。基于疲劳裂纹扩展的确定性模型 ,导出了疲劳裂纹扩展的随机公式。利用现有的疲劳裂纹扩展数据或疲劳裂纹扩展试验的不完全数据 ,对疲劳裂纹扩展随机公式中的随机变量的分布进行了估计 ,得到了其分布的数字特征 ,用Monte Carlo方法得到了疲劳裂纹扩展寿命的失效概率的点估计。实例分析表明了本文方法的实用性和可行性     

腐蚀环境中的疲劳裂纹扩展

本文介绍了室温条件下2 1/4Cr-1Mo钢在1.1MPa氩气和最高压力达9.9MPa的氢气环境下的断裂疲劳特性及为防止氢致裂纹扩展而在氢气中加入的气体缓蚀剂对钢的疲劳裂纹扩展的影响。发现氧或一氧化碳对防止氢致裂纹扩展有很大作用。另外,还介绍了在人造海水介质中低碳钢焊接接头的腐蚀疲劳裂纹扩展特性。     

双频复合疲劳的裂纹萌生及扩展

针对典型承受高、低周双频复合载荷的水轮机叶片、电机转子用钢进行了低周疲劳、高低周双频复合疲劳的裂纹萌生及扩展规律的探讨。在频率比确定的条件下,载荷比是影响双频疲劳裂纹萌生及扩展的一个重要因素。随着载荷比的升高,疲劳裂纹萌生寿命大大缩短,裂纹扩展速率加快,疲劳断口呈现明显的周期特征。高、低周双频复合疲劳载荷各自的独特作用以及高、低周载荷在裂纹尖端引起的塑性区的交互作用是造成疲劳断口独特形貌的主要原因。     

疲劳短裂纹形成和扩展的划分定义探讨

根据对疲劳短裂纹生长行为的分析,将疲劳短裂纹形成和扩展过程划分为微观结构显著影响阶段和稳定生长阶段。综合考虑力学和材料两方面因素,给出了如下划分定义：疲劳短裂纹形成阶段为微观结构显著影响阶段;疲劳短裂纹扩展阶段为稳定生长阶段。通过有关文献分析并结合本试验观察,确定了疲劳短裂纹形成和扩展划分的临界裂纹长度为平均晶粒尺寸的５倍。     

(Ⅰ+Ⅲ)复合型疲劳裂纹扩展研究

采用斜裂纹矩形梁四点弯曲试件对低合金转子钢在(Ⅰ+Ⅲ)复合型加载条件下裂纹的起始扩展特点、疲劳门槛限以及裂纹扩展行为作了研究,对所得到的规律进行了分析和讨论,并与(Ⅰ+Ⅱ)复合型疲劳裂纹扩展特点作了比较。     

滚动轴承接触疲劳内部裂纹扩展有限元分析

滚动轴承滚道在工作过程中承受较大的接触应力,接触疲劳是滚动轴承失效的主要形式。为了探究轴承的接触疲劳以及接触疲劳引起的内部裂纹,将损伤力学带入Voronoi有限元方法中,仿真轴承材料拓扑随机性和材料的劣化过程。建立轴承接触疲劳裂纹扩展模型,有效仿真出轴承内部裂纹的萌生、生长、相交、扩展至表面的过程,得到轴承表面裂纹出现的寿命和内部裂纹扩展路径。计算了裂纹扩展过程中所释放的能量,研究内容能够为轴承接触疲劳损伤研究提供新的思路和工具。     

机身壁板孔边疲劳裂纹扩展寿命的计算

研究了机身壁板孔边有疲劳裂纹时扩展寿命的计算问题.首先推导出孔边应力的计算公式,继而推导出裂纹扩展寿命的计算公式,然后给出了某飞机在一突风载荷谱下的算例,与其他计算方法得到的结果接近,与已有飞行实践结果比较也是满意的.     

温度对动车组车轮钢服役次生疲劳裂纹起裂扩展特性影响

高速动车组车轮材料在严酷服役温度条件下的抗疲劳裂纹起裂与扩展能力是制定车轮合理维修周期和进行服役寿命评估的基础。选用高速动车组用ER8C车轮钢作为研究对象,对其在-60~60 ℃服役温度范围内进行了应力疲劳试验及疲劳失效机制探讨。结果表明：随着测试温度的升高,轮辋、轮辐材料疲劳寿命均呈现出显著缩短趋势;在较高的服役温度条件下,试样出现了半椭圆形的次生疲劳裂纹起裂扩展形貌特征,且由于轮辋与轮辐不同位置材料强度韧性的差异,使得产生次生疲劳裂纹起裂扩展形貌特征所对应的温度条件不同,对于轮辋材料,当试验温度升高到50 ℃时,试样开始产生次生疲劳裂纹,而对于轮辐材料,当试验温度升高到30 ℃时,试样便开始产生次生疲劳裂纹;通过对主次生疲劳裂纹的扩展特性比较分析可知,随着应力强度因子幅值的增大,材料微观薄弱区域由珠光体片层层间转变为珠光体团晶粒边界。     

HG80钢及其焊接接头的疲劳裂纹扩展

为适应大型工程机械焊接用钢需要，对低合金高强度钢HG80及其焊接接头的疲劳裂纹扩展速率进行了研究。结果表明，疲劳裂纹扩展速率对钢板的轧制方向不敏感，焊缝及热影响区疲劳裂纹扩展速率明显低于基材。在排除焊接残余应力导致的裂纹闭合效应后，焊缝及热影响区疲劳裂纹扩展速率与基材相当。     

弹塑性疲劳裂纹扩展行为的数值模拟

基于ABAQUS有限元软件建立内聚单元模型以研究I型弹塑性疲劳裂纹的扩展过程。利用UEL子程序定义内聚单元的疲劳损伤累积准则以识别疲劳裂纹扩展过程中裂纹尖端的位置,并预测裂纹扩展速率da/d N。结果发现,预测的裂纹扩展速率与已有的试验结果吻合良好。通过ABAQUS软件中的温度-位移耦合分析方法同步获取裂纹扩展过程中因塑性变形能引起的裂纹尖端瞬态温度场的变化。结果显示,疲劳损伤累积准则所识别的裂纹尖端位置与裂纹扩展时最大温升点的位置具有一致性。这说明疲劳裂纹扩展过程中温度信号的变化也可以用于裂纹扩展规律的研究。基于数值模拟的方法验证了疲劳裂纹扩展过程中裂纹尖端的温升信号ΔT与裂纹扩展速率da/d N、应力强度因子范围ΔK之间的幂函数关系。研究成果有望用于疲劳裂纹扩展寿命的快速预测。     

LD10CS腐蚀疲劳裂纹扩展速率评价的可靠性模型

腐蚀损伤会加速疲劳载荷下的飞机铝合金结构裂纹的萌生和扩展,威胁结构安全性。针对腐蚀影响下的疲劳裂纹扩展的随机性本质,对预腐蚀LD10CS合金的预腐蚀疲劳试验进行了数据分析,提出了基于可靠性的腐蚀裂纹扩展速率表征方法,与试验结果对比表明,该方法可以给出LD10CS腐蚀疲劳裂纹扩展速率的上下限,进而给出该种材料铝合金构件的疲劳裂纹扩展寿命的上下限,为评估铝合金构件的寿命提供了依据。     

环境湿度对铸铝合金超声疲劳裂纹扩展速率的影响研究

针对铸铝合金A356-T6开展了不同环境湿度下的超声疲劳裂纹扩展试验和实验室环境湿度下的常规疲劳裂纹扩展试验。由试验结果可知,超声疲劳在干空气环境中的疲劳裂纹扩展速率最低,而在蒸馏水环境中的疲劳裂纹扩展速率最高。常规疲劳在实验室环境中的疲劳裂纹扩展速率和超声疲劳在蒸馏水环境中的疲劳裂纹扩展速率几乎一致。针对Wei建立的环境湿度对铝合金材料疲劳裂纹扩展速率预测模型进行了修正,得到了铸铝合金A356-T6在任意环境湿度和试验频率下的疲劳裂纹扩展速率预测模型。     

预测疲劳裂纹扩展的多种理论模型研究

大多数工程断裂是因疲劳而引起的,所以金属材料的低周疲劳和裂纹扩展速率性能一直受到安全设计部门的关注。长久以来,国内外学者在建立金属材料低周疲劳行为和裂纹扩展速率性能之间的关系方面进行了多材料和多角度的研究。基于平面应力裂纹尖端小范围屈服应力应变场和疲劳裂纹扩展失效准则,提出用于I型疲劳裂纹扩展速率的预测模型。针对国内外相关工作的研究,基于平面应力裂纹尖端小范围屈服应力应变场和疲劳裂纹尖端循环塑性区内的应变能失效准则,提出一个可用于I型疲劳裂纹扩展速率的预测模型。借助已发表的15种金属材料对应的低周疲劳和裂纹扩展速率性能数据,详细分析和比较所提出的预测模型与其他6种预测模型的预测规律和结果。研究表明,所提出的预测模型能够预测更广泛的金属材料疲劳裂纹扩展速率,并且较其他6中预测模型更符合安全设计的理念。     

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。     

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%。     

ZG20MnSi钢断裂韧度和疲劳裂纹扩展速率试验研究

研究了ZG20MnSi钢及其焊接热影响区的断裂韧度和疲劳裂纹扩展速率。ZG20MnSi钢在常温下有较高的断裂韧度,δi达0.158mm,在0℃时δi为0.145mm。焊接热影响区的断裂韧度降低,但常温下δi也达0.146mm,在0℃时δi为0.139mm。ZG20MnSi钢在空气中的疲劳裂纹扩展速率方程为dn/dN=5.2857×10-12(△K)4.1;在滴水环境中的疲劳裂纹扩展速率方程为da/dN=3.7515×10-13(△K)4.9。