锆合金薄片材料高温低周疲劳试验技术

提出了一套适用于1-2mm厚度小试样高温低周疲劳的试验方法，包括薄片漏斗小试样与二次夹具合理设计、MTS引伸计改进、MTS TestStar Ⅱ PID优化、径向应变向轴向应变换算方法以及泊松比测量方法。对Zr-4合金完成了常温与400℃高温下单轴材料性能试验，给出了Zr-4合金的常规特性参数和弹塑性泊松比并讨论了温度效应。     

锆合金薄片材料高温低周疲劳试验技术

提出了一套适用于1～2 mm厚度小试样高温低周疲劳的试验方法,包括薄片漏斗小试样与二次夹具合理设计、MTS引伸计改进、MTS TestStar II PID优化、径向应变向轴向应变换算方法以及泊松比测量方法.对Zr-4合金完成了常温与400℃高温下单轴材料性能试验,给出了Zr-4合金的常规特性参数和弹塑性泊松比并讨论了温度效应.     

低周疲劳下45钢的寿命预测

选取带有V型缺口45钢试样,通过控制加载过程中的应变幅,研究缺口对试样疲劳寿命的影响.并应用低周疲劳寿命预测理论,提出了修正的Manson寿命预测模型,用来预测带有V型缺口中45钢的低周疲劳寿命.模型的预测结果和试验结果吻合很好.     

35CrMo合金钢的低周疲劳损伤演变

通过控制应变幅的低周疲劳试验,测定了国产35 CrMo合金钢在不同应变水平时的损伤变化情况。根据试验结果,给出了一个非线性损伤律,并进一步讨论了其损伤的演变方程。     

用于多轴低周疲劳试验与分析的MTS应用软件研究

依靠MTS809拉扭试验机,开发研制了一个可用于多轴疲劳试验与分析的MTS应用软件MTSMFS(MTS'Multiaxial Fatigue Software)。分析处理中引入了两个典型多轴疲劳损伤模型的寿命回归。在软件结构和程序文本编制上借鉴了MTS710单轴标准软件包的优秀成分。作为实例,对某机车扭力杆材料42CrMoA进行了多轴疲劳试验。结果表明MTSMFS是一个可成功揭示材料多轴疲劳性能的应用软件。     

多轴低周疲劳研究现状

1引言在对单轴低周疲劳的研究基础上，已泛开展了对于多轴低周疲劳的研究。Garud［‘］，Brown和Miller”’分别对多轴疲劳的研究进行了评述，目前对于多轴低周疲劳破坏的损伤积累和寿命估算主要有三种方法：即等效应变法、能量法和临界面法。它们多为经验的或半经验的，还没有形成一种对各种材料和载荷普适的理论。在多轴应力状态下工作的构件往往经受的是非比例加载，例如构件的缺口报部往往处于多轴应力状态下，其应力、应变非常复杂，可能是非比例的，而缺口总是裂纹的优先萌生地。由于在非比例循环载荷下，其应变主轴不断旋转，建立…     

对低周疲劳寿命有重要影响试验参数的确定方法

运用粗糙集理论中的数据推理方法,对2.25Cr-1Mo钢的低周疲劳试验数据进行分析,找出了对疲劳寿命有重要影响的试验参数。首先对数据做对数处理,然后对处理后的数据数列做减法处理,又用确定数据的有效位数等方法建立了数据的决策表;最后从总应变、弹性应变、塑性应变以及应力幅等4个参数中,确定出塑性应变是对疲劳寿命有重要影响的参数;证明了疲劳寿命可以近似表示成塑性应变的函数关系式,同时验证了该方法对确定低周疲劳试验重要影响参数的有效性。     

国内外金属材料低周疲劳试验标准对比

为评价材料抵抗疲劳失效的能力,必须进行低周疲劳性能试验。目前,国内外都制定了金属材料低周疲劳试验标准。选取国内低周疲劳试验常用标准ASTM E606—2012和GB/T 15248—2008,以及参考ISO国际标准建立的GB/T26077—2010,归纳总结了这些标准之间的差异及特点。发现GB/T 15248—2008和GB/T 26077—2010在试样要求、设备要求、试验程序及试验报告等方面差异不大,建议考虑合并两项标准,形成一个统一的轴向应变控制疲劳试验标准。     

K403合金高温低周应变疲劳寿命预测方法研究

对材料K403进行700℃应变控制的低周疲劳试验.用Manson-Coffin方程进行数据处理,并对该材料700℃时的低周疲劳寿命进行预测.针对在用Manson-Coffin方程进行数据处理时出现负的塑性应变和寿命预测结果不理想的情况,提出一种基于应力疲劳和Manson-Coffin方程的等温低周应变疲劳寿命预测方法,并用该方法对材料K403在700℃时的低周疲劳数据进行处理,得到寿命预测方程.通过寿命预测发现,该方法得到的寿命预测方程不仅使试验数据得到充分的利用,而且寿命预测能力较Manson-Coffin方程的寿命预测能力有明显提高.     

核电汽轮机转子在低周疲劳与高周疲劳交互作用下裂纹扩展寿命的研究

提出核电汽轮机转子在低周疲劳与高周疲劳交互作用下裂纹扩展寿命的计算与评定方法。介绍核电汽轮机转子的低周疲劳与高周疲劳的应力幅与应力范围、低周疲劳裂纹扩展寿命与高周疲劳扩展寿命的计算方法。给出了核电汽轮机转子在低周疲劳与高周疲劳交互作用下裂纹扩展日历寿命的计算与评定方法,以及1 000 MW级核电汽轮机焊接低压转子疲劳裂纹扩展日历寿命的计算与改进的应用实例。结果表明,高周疲劳对汽轮机转子疲劳裂纹扩展日历寿命有比较大的影响,新研制核电汽轮机的转子结构设计和在役核电汽轮机的转子安全性评定,需要评估转子在低周疲劳与高周疲劳交互作用下裂纹扩展 寿命。     

镁合金低周疲劳寿命预测模型探讨

通过铸造镁合金AZ91D和变形镁合金AZ31B室温环境下应力控制的低周疲劳试验,采用Basquin模型、SWT模型、应变能-寿命模型等模型进行了镁合金低周疲劳的寿命预测。在此基础上,基于连续介质损伤力学的不可逆热力学理论,将镁合金的低周疲劳损伤视为一个不可逆的耗散过程,用熵来反映系统的耗散过程,并以每一次循环的平均应变增量来反映平均应力对材料的影响,提出了一种新的镁合金低周疲劳寿命预测模型。用该模型进行了镁合金的低周疲劳寿命预测,预测结果与实测结果符合较好,同时相比上述其他模型,该模型具有较好的预测效果。     

高温低周疲劳寿命评价准则的探讨

通过对4种不同缺口形式的2.5Cr1Mo钢材料圆柱形试件的高温低周疲劳行为的研究，用当量应变范围准则，当量塑性应变能准则和当量总应变能准则评价多维应力状态下的高温低周疲劳寿命。可见：用当量准则评价高温评价高温低周疲劳寿命是有实验和理论依据的，但仍需做进一步分析探讨。     

基于单胞模型镍基单晶高温合金低周疲劳寿命的预测

基于镍基单晶高温合金的微观尺度结构特征,建立了γ/γ′双相单胞有限元模型,并基于能量耗散理论,引入统一表征非对称载荷循环特性和拉/扭多轴效应的k参量,以循环塑性应变能作为损伤参量,建立了镍基单晶高温合金低周疲劳寿命预测模型;分别利用宏观有限元模型和γ/γ′双相单胞微观有限元模型对[001]取向的DD3、PWA1480和CMSX-2镍基单晶高温合金的单轴、多轴低周疲劳试验过程进行数值模拟。结果表明:微观单胞有限元模型反映了试验合金的微观结构特性,其预测精度明显优于宏观有限元模型的;上述3种合金几乎所有的试验数据分别落在1.3,2.0和2.0倍偏差分布带内。     

一种基于连续损伤力学的低周疲劳寿命预测模型

基于连续介质基本守恒定律和连续损伤力学,可将材料疲劳损伤造成的有效承载面积减小表示为平均应变的函数,在此基础上,按微裂纹阶段和疲劳裂纹阶段对材料低周疲劳的损伤演化进行了分析,并建立了一种低周疲劳寿命预测模型。对316L钢光滑试样进行420℃环境下应力控制的低周疲劳试验,采用上述方法进行损伤描述和寿命预测。结果表明微裂纹阶段是材料低周疲劳寿命消耗的主要阶段,采用各寿命段采样数据获得的寿命预测结果与试验结果较 符合。     

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。     

镁合金非对称应力载荷下的低周疲劳损伤演化和寿命预测

将弹性模量、等效模量、总应变能密度及平均应变的变化作为损伤变量,对镁合金非对称应力载荷下的低周疲劳损伤演化进行分析,建立了相应的寿命预测模型。结果表明：选取总应变能密度或平均应变的变化作为损伤变量可以描述镁合金非对称应力载荷下的低周疲劳损伤演化,相应的寿命预测模型预测效果较好;选取平均应变的变化作为损伤变量所得损伤曲线具有更好的代表性。     

基于能量密度法预测微动疲劳寿命

通过接触界面的应力应变场和临界平面法计算了能量密度损伤参数,结合疲劳试验得到了能量密度损伤参数-寿命关系曲线中的材料常数,建立了LZ50钢微动疲劳寿命的预测公式。根据裂纹萌生寿命预测效果,将Chen损伤值作为裂纹萌生控制参数。分析了摩擦因数、微动桥半径、循环载荷和微动桥压力对LZ50车轴钢的Chen损伤值的影响,以及CRH2型动车组空心车轴裂纹萌生的位置及寿命。     

基于联合概率密度的随机声疲劳寿命估算方法

针对燃烧室火焰筒结构随机声疲劳问题,根据有限带宽高斯白噪声载荷作用下结构振动响应功率谱密度得到雨流循环均值-幅值条件概率的计算式,结合雨流循环幅值概率密度Dirlik经验公式推导出雨流循环均值-幅值联合概率密度函数,克服了在疲劳寿命估算中只考虑幅值、忽略雨流循环均值影响的局限性。根据Miner线性累积损伤理论,运用获得的联合概率密度函数建立声疲劳寿命的估算方法。以某型航空发动机燃烧室火焰筒结构为例,利用耦合的有限元和边界元方法进行振动响应计算分析。基于应力响应结果,运用提出的方法对火焰筒结构进行疲劳寿命估算,并分析不同声压级的声载荷对火焰筒结构疲劳寿命的影响。研究表明,该方法对航空薄壁结构声疲劳寿命分析具有适用性。     

基于最弱环理论的缺口件概率疲劳寿命预测方法

基于最弱环理论和光滑试样疲劳寿命的Weibull分布,建立了一种缺口件概率疲劳寿命预测方法。该方法首先基于最弱环理论和光滑试样的疲劳强度分布,通过定义缺口件的Weibull有效应力,建立了缺口件在给定循环载荷下的疲劳失效概率计算公式。基于Weibull有效应力和光滑试样的疲劳应力-特征寿命方程,可计算得到给定循环载荷时缺口件的特征疲劳寿命,进一步根据光滑试样的Weibull疲劳寿命分布可最终获得缺口件在给定循环载荷下的疲劳寿命分布。采用上述方法对TC4缺口试样进行了概率疲劳寿命预测,并与局部应力应变法预测结果进行了对比。结果表明:局部应力应变法预测结果过于保守,本文方法预测精度较高,50%失效概率时的疲劳寿命预测结果与缺口试样试验均值寿命吻合很好,10%和90%失效概率时的疲劳寿命预测结果基本分布在试验均值寿命的两倍分散带之内。