SUJ2轴承钢超长寿命疲劳行为研究

采用超声疲劳试验机研究SUJ2轴承钢的超长寿命疲劳。结果表明:对于复合氧化物和TiCN裂纹源,裂纹从夹杂物与基体界面处萌生;铁、铬合金碳化物裂纹源则为夹杂物本身开裂。颗粒状亮面(GBF)相对尺寸正比于裂纹源处夹杂物边缘的应力强度因子范围1/ΔK2inc,对于本实验的SUJ2材料,当ΔKinc8MPa·m1/2时GBF不再形成。通过数据拟合得到了GBF内裂纹扩展规律:area~(1/2)_(GBF)/area~(1/2)_(inc)=(m_1+m_2N_f)~(m_0),证实了Paris公式可以用来描述GBF内的裂纹扩展。     

超长寿命加速疲劳实验方法及其应用

实验时间和费用的制约排除了用常规的疲劳试验机测试结构材料在107周循环以上的疲劳行为.一种可能是要求使用更高频率来加速试件的周期加载.有幸的是,现在已经有了超声疲劳实验方法(频率介于15～30 kHz).这是一种可靠的可以进行109循环以上的疲劳试验方法.本文着重从加速超声疲劳试验系统的发展,多种材料及条件下的实验研究结果及其重要结论作了概述性介绍与讨论.     

钛合金焊接接头超长寿命疲劳特性研究

本文针对TC4钛合金焊接接头试件进行了超声疲劳实验,研究其在高频低幅载荷作用下的超高周疲劳行为,整个实验在室温条件下进行,应力比R=-1.通过实验得到了TC4焊接接头试件在107～109周次范围内的疲劳寿命S-N曲线,发现其呈连续下降趋势,当循环周次超过107周次以后,材料仍然会发生疲劳破坏,断面出现在焊接缝中央或热影响区,呈现脆性断裂的形式,不存在传统意义上的疲劳极限.对比TC4母材实验数据发现,在相同疲劳寿命的条件下,焊接接头试件疲劳强度相比母材下降了70％左右.试件断口表面的SEM电镜扫描分析结果显示疲劳裂纹均起源于焊接过程引起的气孔、夹杂等缺限处.     

高强度钢30Cr3SiNiMoVA的疲劳特性研究

为了获得超高强度钢30Cr3SiNiMoVA的疲劳设计数据,对该材料进行了疲劳性能实验。分别对该材料的抛光和未抛光试样进行轴向拉压疲劳实验。用升降试验法测定材料的条件疲劳极限,用成组实验法在四级应力水平下测试其疲劳寿命。结合升降法所得的条件疲劳极限值和成组法实验数据,采用双参数最小二乘法拟合S-N曲线,运用概率方法求得P-S-N曲线。通过对两种试样的S-N曲线分析可知:未抛光试样的疲劳寿命要低于抛光试样的疲劳寿命,并且疲劳载荷级越低,两类试样之间的疲劳寿命差越大,抛光试样的疲劳极限大约是未抛光试样的1.4倍。相关实验现象表明30Cr3SiNiMoVA的疲劳寿命对试样表面粗糙状态非常敏感,建议该类材料在应用过程中要采取有效措施改善构件的表面状态。文中实验数据可为该材料的工程应用提供参考。     

TiAl合金高周疲劳行为的基本特征

综述了新型高温结构材料TiAl合金的高周疲劳行为基本特征,包括疲劳极限、疲劳强度和应力-寿命行为。分析TiAl合金高周疲劳S-N曲线特点发现,TiAl合金不具有疲劳极限,合金成分和组织形态是影响TiAl合金疲劳强度的关键因素。总结不同温度下的TiAl合金高周疲劳性能发现,当温度由韧-脆转变温度以下提高至该温度以上时,合金的高周疲劳寿命对循环应力变化的敏感性得到了明显改善。此外,还着重讨论了TiAl合金层片组织的疲劳寿命波动性问题,认为层片组织的随机取向是影响疲劳裂纹形核和小裂纹扩展过程的关键因素,从而导致合金高周疲劳寿命产生明显波动。根据该波动机理,探讨了增加TiAl合金高周疲劳寿命、降低其波动性的组织优化途径。     

航空有机玻璃的疲劳寿命

主要从疲劳S-N曲线、等寿命图两个方面研究了航空有机玻璃的疲劳寿命。研究结果表明:由Goodman模型拟合的有机玻璃疲劳等寿命图不但本身具有很高的相关性系数,同时能很好地预测某一寿命下材料的安全系数,是拟合航空有机玻璃等寿命图的优选模型。Goodman模型等寿命图使试验人员很清楚地找到每一个点对应的σ_max,σ_min,σ_a,σ_m,R,N值,节省了试验的时间和成本;由已知的许用安全系数,可以计算出任一工作点的安全系数和安全区,为结构的设计提供依据。     

渗碳Cr-Ni高强硬度合金钢超高周疲劳寿命预测

为了给渗碳合金钢提供一种有效可行的超高周疲劳寿命预测方法,在应力比为0和0.3两种情况下,对渗碳Cr-Ni高强硬度合金钢展开疲劳试验研究.通过对试样断口的微观组织观测,发现渗碳层与基体材料中均有非金属夹杂的存在;通过对裂纹萌生位置和疲劳断口形貌的观察,将疲劳失效分为带有细晶粒区(Fine Granular Area,F...     

基于三参数威布尔分布的自动调整臂疲劳寿命的P-S-N曲线研究

通过疲劳试验研究了自动调整臂矩形压缩弹簧的疲劳寿命、疲劳变形以及破坏特征等。试验结果表明:疲劳应力载荷作用下,矩形压缩弹簧中间应力集中部位会产生裂纹,随着应力水平提高,裂纹变大,使得其传递转矩能力减弱;利用最小二乘法及最大相关系数法拟合自动调整臂疲劳寿命,可知其疲劳寿命服从三参数威布尔分布;根据三参数幂函数形式的S-N曲线方程,建立自动调整臂在不同应力下的P-S-N曲线,通过自动调整臂试验与理论疲劳极限寿命的比较表明,两者相对误差较小。     

基于随机振动理论的焊接结构疲劳寿命概率预测方法研究

为了能够在设计阶段对承受随机载荷作用的焊接结构的焊缝进行疲劳寿命预测,该文以随机振动理论为基础,结合主S-N曲线法,通过推导证明了用于焊接结构疲劳寿命评估的等效结构应力与激励载荷之间存在线性传递关系,从而提出了一个频域的焊接结构随机振动疲劳寿命概率预测新方法。该方法能够解决多随机载荷作用下复杂焊接结构振动疲劳寿命预测问题。通过T型接头的算例对比分析,证明了该方法能够考虑激励载荷的频率对焊缝疲劳寿命的影响。直接以线路实测随机加速度谱做为激励载荷,对某轨道集装箱平车车体结构关键焊缝的振动疲劳寿命进行预测,结果表明:该方法的预测结果与实际情况吻合,便于工程应用。     

基于模态叠加法的焊接结构疲劳寿命预测方法研究

针对焊接结构疲劳寿命预测,从动力学的角度提出了一种基于模态叠加法的动态结构应计算方法,并验证了其可行性与正确性,该方法以时变载荷作用下焊接结构的动平衡为基础,考虑结构自身振动加速度对用于评价焊缝疲劳寿命的结构应力的影响,实现了动态载荷下焊接结构的动态结构应力计算,有效地拓宽了主S-N曲线疲劳预测方法的应用领域。     

各种平均应力下高周疲劳极限间的定量关系

疲劳极限是材料工程应用中的一个重要特性参数,但它并不是材料常数。在不同循环载荷作用下,材料会有不同的疲劳极限值。疲劳极限值很大程度上依赖于循环载荷中的平均应力或最大应力幅值,两者之间的关系是材料自身固有的特性关系。因为在接近疲劳极限的低循环应力幅下,S-N曲线受疲劳极限控制,所以在工程应用中对其定量关系有迫切的需求,但现有的经典经验关系只能对其进行非常粗略的估算,不能满足工程应用中有关寿命设计的需要。现状是只能通过大量的实验,得出其实验关系。该文提出了一种函数形式的关系式,该关系式可以足够精确地描述各种材料的疲劳极限和平均应力之间的关系,且只包含三个材料常数。只要这三个材料疲劳特性常数被事先确定,则任意疲劳载荷下的疲劳极限值,都可由该关系式估计得到,因此可以作为材料本身固有的疲劳强度的状态关系式使用。     

高温后高强混凝土受压疲劳性能研究

利用电液伺服疲劳试验机,进行了C60高强混凝土的单轴受压疲劳试验,研究了其经100℃、400℃和700℃高温后表观特征、残余应变、疲劳寿命等的变化规律。试验结果表明：高温后高强混凝土的色泽变浅,部分400℃恒温0.5 h、1 h的试块呈铁锈红色,700℃时试块外表呈灰白色;在单轴受压疲劳荷载作用下,高温后高强混凝土的残余应变符合三阶段发展规律,较普通混凝土有更长的第二阶段。定义相对残余应变为损伤变量,建立了高温历程与受压疲劳损伤的关系模型,为经历重复荷载作用与不同加温历程等综合工况下高强混凝土疲劳试验研究及疲劳损伤评价奠定了基础。     

高周疲劳过程中45钢表面显微硬度变化规律的研究

应用显微硬度计对高周疲劳不同循环周次下正火45钢光滑圆试样进行了表面显微硬度测量。使用数理统计的方法对显微硬度测试值进行了处理。研究结果表明，不同疲劳阶段，试样表面显微硬度测试值呈正态分布，显微硬度方差在整个疲劳过程中始终呈现较大的离散性。在三级应力水平下显微硬度统计均值随循环周数的不同变化规律基本相同，表现出明显的阶段性，即显微硬度先升高，后下降，再上升并逐渐趋于稳定，其中在寿命的20％～30％阶段是一个活跃时期。随着应力水平的提高，表面硬度达到稳定状态所需时间有缩短趋势。疲劳后期，随着应力水平的提高，试样表面显微硬度有明显降低。     

钢结构角焊缝低温抗剪疲劳性能的试验研究

国内外学者对钢结构的焊缝连接在常温下的疲劳性能进行了广泛的研究,但是所见文献中对构造细节在低温下的疲劳性能研究较少。为此,以Q345B钢材制作了原状处理的侧面和正面角焊缝连接的两组板材试样,采用高频疲劳试验机在0℃、-20℃、-40℃下进行低温疲劳试验,并进行数据拟合。试验结果发现：对于侧面角焊缝试样而言,低温会提高构造细节的疲劳寿命,而低温对正面角焊缝试样的影响并不明显。低温下的正面角焊缝抗疲劳强度高于侧面角焊缝。正面角焊缝疲劳破坏形式为贯通焊缝裂纹,侧面角焊缝为焊趾向热影响区延伸裂纹。研究结果表明：低温对于不同的构造细节形式的节点疲劳寿命的影响没有统一的结论,有待更多试验进行研究并分析。     

钢结构角焊缝抗剪疲劳性能的试验研究

国内外学者对钢结构的焊缝连接在名义正应力荷载条件下的疲劳性能进行了广泛的研究,但是所见文献中对焊缝在名义剪切应力下的疲劳性能研究较少。为此,以Q345B钢材制作了原状处理的侧面和正面角焊缝连接的2组板材试件,采用高频疲劳试验机进行常温剪切疲劳试验,并进行数据拟合。试验结果发现：该文试验中的2类焊接试件的疲劳试验结果具有非常大的离散性。由中国钢结构规范GB 50017-2017得到的200万次下的疲劳强度值比侧面角焊缝试验拟合曲线计算得到的值小,两者曲线吻合较好;正面角焊缝试验所得疲劳强度高于各国规范;正面角焊缝接头抗剪切疲劳强度高于侧面角焊缝接头;正面角焊缝疲劳破坏形式为贯通焊缝裂纹,侧面角焊缝为焊趾向热影响区延伸裂纹。研究结果表明：现有中国规范评价侧面和正面角焊缝剪切性能都偏于安全,但是使用规范推荐的曲线评估侧面角焊缝剪切疲劳性能较为合适。     

Q550D高强钢焊接节点疲劳强度试验研究

试验研究了国产Q550D高强度结构钢、焊缝的基本力学性能以及横向对接焊缝和非承载横向角焊缝连接件的疲劳性能。介绍了试件的加工方法、焊接工艺、疲劳试验及其数据处理方法,将疲劳试验结果与国内外钢结构设计规范以及他人的研究结果进行了分析对比。研究表明：Q550D高强钢母材及其焊缝具有优良的延伸率和低温冲击韧性,余高磨平的钢板对接焊缝和横向角焊缝连接件的疲劳强度都分别显著地高于国内外钢结构设计规范关于普通强度钢材相应焊接节点的疲劳强度,200万次疲劳强度分别提高了72%~125%和27%~68%。钢板对接焊缝的余高磨平可改善因焊缝的几何形状和缺陷引起的应力集中程度,比原状焊缝具有好的疲劳性能。无论余高磨平或未磨平的钢板对接焊缝,还是横向角焊缝连接件,它们都具有随高强钢屈服强度的增加而疲劳强度提高的趋势。分别提出了Q550高强钢钢余高磨平的钢板对接焊缝和横向角焊缝连接件的S-N曲线,可供抗疲劳设计参考。     

高性能混凝土抗裂性能研究

该文对高性能混凝土的抗裂性能进行了系统的研究,主要包括:高性能混凝土收缩与抗裂性能的试验方法,研制出一种测试混凝土抗裂性能的诱导开裂试验方法,该方法避免了混凝土裂缝出现位置的随机性以及混凝土塑性沉降引起的材料不均匀等带来的测试结果不准确,同时研制出一种多点、实时、自动监测混凝土试件开裂时间的系统,可应用于测试混凝土早期的裂缝出现时间;进行了大量自生收缩试验和干燥收缩试验,对影响高性能混凝土自生收缩和干燥收缩的因素进行了深入的研究,提出了减少收缩变形的混凝土原材料选用和粉煤灰及矿渣单掺与多掺的最佳掺量,提出了高性能混凝土自生收缩和干燥收缩计算模型;采用平板诱导开裂法和圆环测试系统进行了大量的抗裂性能试验,深入研究了混凝土原材料特别是粉煤灰及矿渣影响高性能混凝土抗裂性能的规律,提出了实现高抗裂性能的混凝土原材料选用和粉煤灰及矿渣单掺与多掺的最佳掺量;研究成果成功地应用于实际工程中,取得了显著的技术和经济效益。     

车轮应变疲劳性能及损伤演变规律研究

试验分析了Φ９１５喂线车轮的低周疲劳性能，测定了循环稳定和单调拉伸应力－应变曲线，给出了应变－寿命及应力－寿命关系，讨论了循环软化循环硬化特性，导出应变疲劳损伤演变方程和寿命估算方程，还列表给出车轮钢的全部应变疲劳参数和与之对应的静态参数，可供设计选材、寿命估算时使用。     

高强度钢框架梁柱节点焊接构造的断裂性能试验研究

为研究高强度钢材焊缝连接在实际节点构造中的断裂性能,选取代表实际梁柱节点局部焊接构造的十字型焊接接头试件,采用对接熔透焊和角焊缝两种焊缝类型,完成了20个高强度钢材典型焊接构造在单调拉伸和往复加载下的断裂性能试验,研究了高强钢焊接构造断裂机理,探讨了焊缝类型、荷载类型及钢材强度对典型构造细节断裂性能的影响。研究结果表明,焊缝类型对高强钢焊接构造断裂性能有较大影响,拉-卸载作用导致高强钢焊接节点热影响区材料损伤开裂,往复加载幅值越大,高强钢焊接节点的缺陷敏感性越大,越容易发生断裂失效。试验得到对接熔透焊和角焊缝试件在单调拉伸和往复加载下的断裂临界伸长量和临界荷载,为发展高强度钢材节点焊缝区域的断裂分析模型提供依据。