核电管材奥氏体不锈钢热机械疲劳行为研究进展

对过去50年发表的核电管材奥氏体不锈钢热机械疲劳行为研究的文献进行综述.首先对热机械疲劳测试概念的准确定义进行阐述,并对国内外主要的热机械疲劳测试方法标准化的历程进行了系统回顾.对热机械疲劳加载下奥氏体不锈钢循环力学响应的非对称性特征进行描述.对高温疲劳加载下奥氏体不锈钢的主要变形及损伤机理,动态应变时效、氧化和蠕变的典型表现形式、微观作用机理及其与疲劳损伤的交互作用进行了详细分析.依据温度循环的最高值与材料蠕变损伤发生的临界温度间的关系,分别讨论了低温区和高温区内材料的热机械疲劳寿命行为.低温区内材料的主导失效机理是纯疲劳或氧化-疲劳交互作用,高温区内蠕变-氧化-疲劳三者间的复杂交互作用决定了材料的疲劳寿命行为.在归纳总结的基础上,对核电管材奥氏体不锈钢的热机械疲劳研究提出了几点展望.     

热作模具热疲劳寿命评估及预测方法的研究进展

热作模具服役过程中存在温度及机械载荷的循环变化，产生变形及失效的机理复杂，故热作模具热疲劳寿命的评估预测是模具应用研究的难点。结合现有研究成果，介绍了热应力疲劳研究中可用于热作模具热疲劳寿命评估及预测的方法, 从唯象寿命模型和损伤累积模型两个角度分别阐述了热作模具热机械疲劳寿命的研究,并对热作模具热疲劳寿命预测的发展趋势进行了展望。     

热作模具钢的高温热机械疲劳寿命预测

研究热作模具钢在应力控制下的等温疲劳和同相热机械疲劳寿命，发现在相同的应力幅下，同相（最高温度550℃，最低温度250℃）热机械疲劳寿命低于上限温度的等温（温度550℃）疲劳寿命。这表明在相同的应力幅下，热机械疲劳比等温疲劳产生更严重的损伤，用最高温度下的等温疲劳寿命代替热机械疲劳寿命并不一定得到可靠的结果。在等温疲劳条件下，疲劳裂纹主要为穿晶萌生与扩展，而在热机械疲劳条件下，疲劳裂纹主要沿晶萌生与扩展。文中还以Chaboche高温疲劳损伤模型为基础，考虑损伤系数是最高温度和温度范围的函数来评价载荷控制下材料的热机械疲劳寿命。在热机械疲劳试验中，考虑温度变化产生的附加内应力，因此每一循环的损伤不仅是最大应力和平均应力的函数，而且与最高温度和温度循环范围有关。根据累计损伤的等效温度法，取最大温度为等效温度。热作模具钢在热机械疲劳过程中，由热循环产生的附加损伤通过损伤指数系数表示。结果表明，该预测结果与试验结果十分吻合。     

保持时间对FGH95粉末盘材料热/机械疲劳行为与寿命的影响

对粉末冶金盘材料FGH95合金进行了应变比为-1.0的同相位三角波和同相位梯形波,350℃(?)600℃热/机械疲劳试验研究。试验结果表明:在相同应变幅下,同相位三角波载荷情况下的热/机械疲劳寿命比同相位梯形波载荷情况下的热/机械疲劳寿命长。研究了在两种载荷情况下材料的热/机械疲劳循环应力响应行为。试样断口的微观分析表明:在热/机械疲劳过程中,同时存在疲劳、蠕变和氧化损伤;在同相位三角波载荷下,穿晶 沿晶断裂为疲劳断裂的主要特征;在同相位梯形波载荷下,裂纹主要为沿晶萌生与扩展。这是导致在同相位梯形波载荷下疲劳寿命缩短的主要原因。     

蠕变—热疲劳交互作用的力学机理

随着航空航天、能源和化学工业的发展,高温设备的应用越来越广泛.这些设备在稳态运行中受到蠕变损伤,在起动、停车或工况突变时受到热疲劳或热机械疲劳损伤,潜在危险性极大,一旦发生事故往往是灾难性的.考虑材料的双线性随动强化性质和蠕变特性,研究蠕变-热疲劳交互作用的力学机理,得到如下结论: ①升温和保温过程生成的压缩非弹性应变(塑性应变和蠕变应变)越多,降温过程产生的拉应力和拉应变越大,设计受蠕变-热疲劳损伤的构件时宜优先选择具有较高压缩屈服点和较低蠕变速率的脆性材料.②蠕变影响着循环的应力幅和平均应力,并使它们经历一定数量的循环后达到稳定状态,可以把蠕变-热疲劳损伤等效为热机械疲劳损伤,从而使寿命预测和试验简单可行.     

内燃机活塞机械疲劳损伤与可靠性研究

为了延长内燃机的机械使用期限,保障内燃机的运作正常稳定性,本文基于疲劳损伤理论,对内燃机活塞的机械疲劳损伤及可靠性展开研究。应用ANSYS工作平台对稳态热分析内燃机活塞,施加机械载荷边界条件与热机耦合边界条件,模拟内燃机活塞可靠性的影响要素,计算活塞的疲劳损伤特性,分析活塞机械疲劳寿命预测结果,进行活塞装机耐久性试验,旨在为内燃机活塞结构与可靠性设计提供参考。     

服役环境对高强铝合金疲劳损伤行为影响的研究进展

从温度、湿度、腐蚀介质、气体介质、加载条件等方面综述了不同服役环境下高强铝合金疲劳损伤行为的研究现状,阐述了环境因素对高强铝合金疲劳损伤行为的影响机理,指出了目前高强铝合金疲劳损伤行为研究存在的问题与今后的发展方向。     

E319铸铝合金热机械疲劳行为研究

对E319铸铝合金进行了等温疲劳及热机械疲劳试验研究,并对E319铸铝合金断口进行扫描电镜(SEM)分析。结果表明:热机械疲劳时E319铸铝合金的平均应力呈压应力。等温疲劳时断口为微孔聚集型断裂,热机械疲劳时断口表现为准解理断裂,热机械疲劳寿命远低于等温疲劳寿命。与镍基高温合金、钛铝合金相比,E319铸铝合金表现出不同的热机械疲劳循环应力应变特性和循环应力响应特性,由于温度和应力松弛的影响,迟滞回线的两端出现"弯勾"形状,并且在断裂前出现强烈的循环硬化行为。     

断裂力学和有限元法在疲劳磨损研究中的应用

综述了近年来国外应用断裂力学和有限元法研究疲劳磨损的进展和现状。主要评述了以线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学理论为基础,借助于有限元法分析疲劳裂纹的萌生、裂纹的扩展方向和扩展速率,以及疲劳磨损机理的热一机械耦合应力分析方法,目前疲劳磨损的研究主要集中于应用断裂力学建立恰当的磨损模型,用有限元法进行参数定量计算和疲劳裂纹行为的数值模拟,但关键问题在于确定合理的有限元分析模型,最后探讨了今后研究的方向。     

金属多轴疲劳行为与寿命预测研究进展

多轴疲劳损伤行为和寿命预测研究关系着复杂加载条件下金属结构件的服役安全,一直受到科学和工程领域的重视.总结多轴低周和高周疲劳试验性能测试一般过程和疲劳行为研究,重点论述多轴非比例加载对低周疲劳和高周疲劳行为的影响,受加载路径,加载载荷和材料类型的影响,非比例加载对材料低周疲劳循环硬化行为和疲劳寿命的影响有差异,对低周疲劳和高周疲劳表现的疲劳行为的影响也有差别,作用机理不尽一致.单轴本构关系通过引入非比例度因子、修正循环强度系数或将多轴加载时的应变等效为单轴应变等方式可推广到多轴疲劳领域.基于应力、应变、能量、临界面和临界面应变能密度法的多轴疲劳寿命预测模型在文中做了综述,疲劳损伤参量中包含能量项的一些多轴疲劳寿命预测方法常被用于多轴低周和高周疲劳寿命预测.缺口件多轴疲劳寿命可采用多轴损伤参量结合局部应力应变法、应力梯度法、应力场强法及临界距离法等进行预测.     

利用VB实现蠕变疲劳试验机的温度循环功能

通过VB程序设计,在原有蠕变疲劳试验机上实现了温度循环功能。该功能对于研究材料的热机械疲劳损伤有一定的帮助。     

高/低循环复合疲劳寿命及断裂特性的评定

高循环载荷叠加低循环载荷是航空发动机及多数动力机械构件的工作条件。材料科学工作者和冶金工程师近年来十分重视工程材料在接近构件工作条件下的疲劳断裂行为研究,主要有三个方面的原因.(1)愈来愈多的研究结果表明,开展金属材料接近构件工作条件下疲劳行为研究,是对材料及其工艺应用研究在技术上的促进。(2)为了运用金属材料疲劳断裂机理方面的基础理论来发展具有良好疲劳性能的合金,必须进行疲劳损伤、裂纹起始和扩展各个阶段机理的基础研究,当前这些基础性研究的方向.也是发展接近构件工作条件下的动态力学行为研究。(3)研究     

基于改进BP神经网络的焦炭塔热机械疲劳剩余寿命预测

焦炭塔热机械疲劳剩余寿命的分析对于保证焦炭塔的正常运行、防止事故的发生有着十分重要的意义。结合人工神经网络技术,提出了根据有限的材料热机械疲劳试验结果,用改进的BP神经网络预测焦炭塔热机械疲劳剩余寿命的方法,编制了相应的程序,并在实际应用中证明了此方法的有效性。这为研究焦炭塔热机械疲劳剩余寿命提供了一种新的方法。     

一种旋转设备疲劳寿命预测的新方法

疲劳损伤累积模型是预测机械零部件疲劳寿命的基础。针对大多数损伤累积模型忽略了多级载荷历史效应及载荷次序效应对损伤累积的影响,提出了一种基于S-N曲线及Miner理论的非线性疲劳损伤累积模型。该模型考虑了载荷历史效应与载荷次序效应对机械零部件疲劳寿命的影响,克服了线性疲劳损伤累积模型的不足。将该模型与线性疲劳损伤累积模型预测结果进行对比,表明该模型对机械零部件疲劳寿命预测结果更加精确和可靠。     

涡轮盘合金氧化-疲劳裂纹扩展机理和寿命预测研究进展

航空发动机涡轮盘在其服役过程中往往在高温燃气环境下承受热载荷和机械载荷共同作用,最终因疲劳、蠕变以及氧化的交互作用而失效.随着高推重比航空发动机的发展和涡轮前温度的提高,氧化损伤对涡轮盘表面疲劳裂纹扩展的影响愈加显著,往往可使疲劳裂纹扩散速率提高1～2个数量级.综述氧化损伤对涡轮盘用高温合金疲劳裂纹扩展的影响以及疲劳裂纹尖端氧化损伤机理,分析裂纹尖端疲劳损伤、氧化损伤和动态脆化影响裂纹扩展的竞争机制,梳理考虑氧化损伤效应的疲劳裂纹扩展模型和数值模拟方法,对实现氧化-疲劳载荷作用下裂纹扩展速率的准确预测所还需开展的工作进行展望,以期有助于促进航空发动机涡轮盘损伤容限设计方法和工具的发展.     

金属高温疲劳研究与发展

一、高温疲劳问题的重要性疲劳是使机械失效的一般机理。高温疲劳则是使热机械失效的特殊机理。这种失效在燃气涡轮发动机中尤为严重。一般地说,空中使用比地面使用严重,军用比民用严重。发动机的一些主要另件-压气机盘和叶片、燃烧室、涡轮导向叶片、工作叶片和涡轮盘、轴承等的寿命很大程度上受高温疲劳限制,其中涡轮部件又是整个发动机寿命的最危险部分。原因是     

疲劳损伤演化的机理及损伤演化律

疲劳是由材料内部的损伤演化导致的,但损伤演化的机理目前尚不清楚。根据原子运动的热扰动,当原子的活性能大于某一临界值时,原子将从原平衡位置逃逸并产生空穴。当材料受循环应力作用时,因原子平衡位置的变化而导致热扰动所产生的空穴不能完全相互湮灭,从而形成缺陷或导致其发展。这一观点不仅可以说明疲劳损伤演化的机理,而且可以把损伤演化速率与原子逃逸过程的速率联系起来,从而可以提出一种具有机理性依据的疲劳损伤演化律的一般形式。这种形式的损伤演化律,是与已知的金属材料损伤寿命关系相一致的。讨论并给出对称循环下损伤演化律的具体形式,并依据该演化律讨论损伤的累加方式。     

铸造Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的热机械疲劳行为

采用应变控制的方法,研究了铸造Ti-48Al-2Cr-2Nb合金400℃～800℃循环温度下的同相位热机械疲劳行为,并与400℃和800℃恒温低周疲劳结果进行了对比分析。结果表明,该合金的400℃～800℃同相位热机械疲劳性能在大应变短寿命区优于400℃和800℃恒温低周疲劳;在小应变长寿命区略低于400℃低周疲劳,介于800℃低周疲劳数据分散带内;在热机械疲劳试验条件下,合金不表现明显循环硬化或软化现象,疲劳试样断口可观察到层片间、层片内断裂和穿层片撕裂3种开裂方式。     

金属材料高温蠕变—疲劳损伤研究进展

用于汽轮机转子或涡轮叶片的金属材料长时间在高温环境下受到交变载荷的作用,会发生严重的高温蠕变—疲劳损伤,从而降低了转子及叶片的使用寿命。文中分析了加载条件因素、环境因素、材料特性及热处理工艺等对汽轮机转子钢蠕变—疲劳裂纹形成及扩展的影响,从疲劳裂纹萌生原因、蠕变阶段材料的组织变化及疲劳—蠕变的交互作用综述了汽轮机转子钢疲劳蠕变的损伤机理;并指出以材料的蠕变疲劳损伤机理为基础,建立材料的本构关系及损伤演化方程,将是高温疲劳—蠕变损伤研究的重点。     

Fe－Ni－Cr合金热机械疲劳锯齿屈服特征研究

分析了同步热机械疲劳应力可应变滞后环的特征行为，在滞后环的低温段上呈现出强烈的循环硬化行为，被第二相粒子钉锚的局部位错段或整根位错脱锚引起具有两阶段应力降的大齿屈服特征，位错从未消散的气团脱锚引起弱的锯齿屈服特征。在高温阶段，溶质原子团消散，从而不能对位错运动起到障碍作用，螺位错交滑移克服第二相粒子的过程及亚晶形成表明了回复机理占主导地位，基本上不锯齿屈服特征，但仍表现出弱的循环硬化行为。温度与应变范围是决定锯齿屈服特征是否出现的决定因素，高温范围应力降现象是热机械疲劳变形特有的力学行为。