不同粉尘颗粒对7N01-T6铝合金疲劳裂纹扩展行为的影响机理

采用疲劳裂纹扩展试验、扫描电镜准原位观察等方法,研究了不同粉尘(扬尘和煤尘)颗粒对7N01-T6铝合金疲劳裂纹扩展行为的影响机理。结果表明：在应力比0.1、应力强度因子范围小于18 MPa·m^1/2的裂纹扩展阶段,扬尘和煤尘颗粒环境下铝合金的疲劳裂纹扩展速率明显低于空气环境下,且煤尘颗粒环境下的裂纹扩展速率最低,这是由于煤尘颗粒的尺寸明显大于扬尘颗粒,加剧裂纹闭合效应所致;随着应力比增至0.5后,粉尘颗粒环境下的疲劳裂纹扩展速率与空气环境下的差异减小,这与裂纹闭合效应随应力比增加而弱化有关;粉尘颗粒增加了裂纹闭合间隙,促进裂纹闭合效应,同时导致裂纹尖端产生大量的滑移带以及微裂纹,极大消耗扩展能量,从而降低裂纹扩展速率。     

疲劳裂纹闭合的数值模拟方法

用弹塑性有限元法模拟含中心裂纹试件在等幅循环拉伸应力作用下的疲劳裂纹扩展过程,对塑性变形导致的裂纹闭合效应进行了分析。试件材料为2024-T351铝合金板,平面应力状态,线性随动强化假设。分析中考虑裂纹面的弹塑性接触和几何非线性变形,通过逐步释放裂尖节点来模拟裂纹扩展。考察了裂尖局部网格单元尺度、裂纹长度和平均应力对裂纹张开/闭合应力水平的影响。裂纹闭合效应会随疲劳裂纹长度增加而逐渐增强,呈先爬升再缓慢下降的趋势,应力比的增大会导致裂纹张开/闭合应力水平提高。此外,网格细度也对张开/闭合应力的大小有一定影响。     

使用恒Kmax方法测试物理小裂纹门槛值研究

大量研究表明长裂纹和物理小裂纹扩展行为差异的主要原因是由于裂纹闭合程度不同造成的,消除裂纹闭合效应影响后的长裂纹与小裂纹的裂纹扩展行为应趋于一致.文中使用恒Kmax/增Kmin值降低△K的试验方法来测试裂纹扩展门槛值.此方法在测出△Kth时应力比R已经很高,实际上已不存在裂纹闭合效应的影响.通过对比试验结果表明,恒Kmax法测试长裂纹扩展门槛值能有效去除裂纹闭合效应的影响,用测得的门槛值近似表述小裂纹门槛值,能给出偏于保守的结果.     

基于新裂纹扩展驱动力参量的焊接接头疲劳裂纹扩展的研究

传统上疲劳裂纹扩展速率以一个参量——应力强度因子幅(PARIS模型)或有效应力强度因子幅(ELBER模型)来表达。PARIS模型不能统计应力比效应和变幅加载历史。ELBER裂纹闭合模型虽被广泛应用,但确定其开闭口载荷的测量方法很多,且测量结果均存在主观性。最近研究表明,疲劳裂纹扩展不仅依赖于应力强度因子幅,还与最大应力强度因子有关。并且KUJAWSKI提出了两参量模型,该模型避开了有争议的裂纹闭合效应。基于一个载荷循环中柔度变化与裂纹尖端开闭口与弹塑性行为的关系,提出一个新的具有物理意义的两参量驱动力模型。针对Q345钢焊接接头各区域进行两种应力比R=0.1和0.5的疲劳裂纹扩展试验。使用该模型针对Q345钢焊接接头各区域的疲劳裂纹扩展数据进行验证。结果表明,提出的新模型在预测应力比对裂纹扩展速率的影响时比上述三个模型更有效。     

对塑性诱导裂纹闭合几种影响因素的计算研究

基于塑性诱导裂纹闭合原理,通过弹塑性有限元方法的大规模数值计算分析,考察几何构形(带中心裂纹矩形板和中心孔双边裂纹矩形板)、材料强化模型(线性随动强化和非线性随动强化)、加载方式(等幅循环加载和等应力强度因子K循环加载)和应力比R等因素对疲劳裂纹张开、闭合规律的影响。结果表明,等幅加载中裂纹张开、闭合应力水平随裂纹长度变化且无明确规律可循。而在等K(给定应力比下保持最大应力强度因子不变)加载中,无论是使用不同材料强化模型,还是对应不同几何构形,用瞬时最大应力正则化的裂纹张开、闭合应力水平与裂纹长度无关。相同等K加载条件下,两种几何构形的裂纹张开应力强度因子均保持恒定且大小相近。两种随动强化模型对应的裂尖局部循环特性有差异,所获得的裂纹张开应力水平大小不同,但变化规律相似。文中结果可为更深入地理解疲劳裂纹扩展的驱动力机理提供帮助。     

0Cr18Ni9裂纹试样的室温蠕变现象及对裂纹扩展的延滞效应

研究0Cr18Ni9不锈钢裂纹尖端的室温蠕变(room temperature creep, RTC)现象以及其对恒ΔK条件下疲劳裂纹扩展行为的影响作用.结果表明,在一定的载荷条件下,裂纹尖端出现明显的室温蠕变.文中同时讨论初始应力强度因子幅ΔK、加载速率r和恒载应力强度因子KRTC与室温蠕变量之间的关系.与单峰过载条件下相比,0Cr18Ni9钢裂纹尖端的室温蠕变会加大随后的裂纹扩展延滞效应.     

应力比对25Cr2Ni2MoV钢焊接接头近门槛值区疲劳裂纹扩展曲线转折点的影响

在常温下采用逐级降载法进行不同缺口位置、不同应力比下25Cr2Ni2Mo V钢焊接接头的疲劳裂纹扩展试验,研究疲劳裂纹扩展曲线上近门槛值区转折点的变化规律。结果表明,焊接接头的疲劳裂纹扩展曲线在近门槛值区内存在一个转折点,其对应的应力强度范围随应力比的增大而减小,其大小为疲劳门槛值的0.5~0.8。近门槛值区疲劳裂纹扩展转折点前后扩展曲线斜率发生变化表明裂纹扩展机理的改变,热影响区缺口处的转折行为对疲劳裂纹扩展影响较小。应力比R低于0.5时,循环塑性区尺寸总体接近于材料特征组织尺寸;应力比R高于0.5后,两者偏差加大。应力比低于0.5时转折点对应的循环塑性区尺寸同特征组织尺寸接近,驱动力由ΔK控制向Kmax主导的转变是引起转折点随应力比变化的原因。     

循环压载下缺口旁疲劳裂纹扩展

对承受循环压载的缺口试件的疲劳问题进行了试验和理论研究。结果表明，疲劳裂纹是在残余拉应力和循环压应力作用下萌生和扩展的，压塑性变形是裂纹萌生和扩展和扩展的必要条件。循环压载下仍存在着裂纹张开和裂纹闭合，其机理与拉伸循环下不同。以试验中采用的ＬＹ１２ＣＡ材料边缺口试件为例，提出了考虑裂纹闭合效应的扩展率计算模型，结果与试验吻合得较好。     

循环载荷下热疲劳裂纹的应力强度因子

为揭示循环温度载荷对热疲劳裂纹应力强度因子的影响规律,考虑材料的多线性塑性随动强化性质,用有限元法计算多种循环载荷作用下裂尖点的应力-应变和热疲劳裂纹的应力强度因子。该应力强度因子值由裂尖附近压缩塑性应变的累积量决定。压缩塑性应变对温度载荷的作用次序敏感,因此应力强度因子也受到温度载荷的作用次序的影响。恒温度幅循环条件下,如果不考虑裂纹扩展,热疲劳裂纹的应力强度因子不随循环次数变化。变温度幅循环条件下,低温循环不会影响其后的高温循环应力强度因子;高温循环却影响其后的低温循环应力强度因子,并使得低温循环的应力强度因子与高温循环的应力强度因子相同,因此突发的高温载荷严重威胁高温构件的寿命。热疲劳裂纹扩展试验证明了有限元计算结果的正确性。     

疲劳门槛值统一理论模型的比较及验证

针对应力比对疲劳裂纹扩展及门槛值的影响,依据裂纹闭合与裂纹扩展驱动力机制的统一思想,阐述了Zhu-Xuan模型与Kwofie-Zhu模型的建立过程,并基于25Cr2Ni2MoV转子钢焊接接头的疲劳裂纹扩展试验数据对模型进行验证。结果表明,两种模型在近门槛值区和Paris区均有良好的预测效果,其中Zhu-Xuan模型形式简单,对CrMoV钢具有普适性,预测门槛值的误差在10%以内,而Kwofie-Zhu模型预测结果更准确,但应用过程涉及参数求解,过程较复杂。研究认为,裂纹闭合与扩展驱动力机制的统一模型描述疲劳裂纹扩展行为的应力比相关性是合理可行的,且具有较好精度。     

恒幅和单峰超载疲劳裂纹尖端区域残余应力场的数值模拟

采用弹塑性有限元方法,对恒幅及不同超载比的单峰超载作用下的裂纹扩展进行有限元模拟.通过模拟得到的裂纹扩展过程中裂尖塑性区及应力(残余应力)场分析产生裂纹闭合的原因以及对裂纹扩展的影响.结果表明,从残余应力角度分析裂纹扩展是可行的,为建立基于残余应力的裂纹扩展模型提供分析基础.     

切应力状态下疲劳短裂纹的试验研究

通过扭转疲劳试验和塑料复型膜技术研究了中碳钢试样的疲劳短裂纹特性。疲劳短裂纹发生在长度方向与最大切应力相近的片状铁素体中，并在初期迅速扩展。但当其达到晶界时，裂纹扩展速度降低，甚至停止增长，成为不扩展裂纹。只有当应力强度因子满足ＬＥＦＭ条件时，裂纹才会克服晶界障碍继续扩展，最后形成主导裂纹导致试样破坏。疲劳断裂包含有全部三种断裂模式。     

钛合金Ti-6Al-4V两种微观结构的裂纹扩展行为研究

介绍对两种均匀锻造的片晶结构的钛合金Ti-6Al-4V的疲劳裂纹扩展性能的研究情况。在材料准备时，注意避免材料的方向性等对性能的影响。采用标准试验方法进行各项力学性能试验，试验数据表明，两种片晶微观结构的钛合金的拉伸强度相差约5％，拉伸塑性相关13％，疲劳行为有较大不同，微观组织细密的钛合金材料的性能比较好。两种片晶的小裂纹扩展速率与长裂纹扩展速率相比有明显增加，但对于本研究的试验条件，在应力比R＝0和R＝－1的情况下，两种状态之间的裂纹扩展行为差别不大。试验数据说明，裂纹闭合是小裂纹效应的主要原因之一。     

疲劳短裂纹在残余应力场中的闭合和扩展

用压入法引入残压应力,以研究穿透短纹在残余应力听扩展规律。残余压力是通过提高裂纹闭合而提高裂纹扩和,此法不仅适用于长裂纹,也可延伸致短裂纹阶段,残余应力的引入不改变材料的本征门槛。     

Fatigue crack growth behavior in ultrafine grained low carbon steel

Ultrafine grained (UFG) low carbon (0.15 wt.% C) steel produced by equal channel angular pressing (ECAP) was tested for investigating the effect of load ratio on the fatigue crack growth rate. Fatigue crack growth resistance and threshold of UFG steel were lower than that of as-received coarse grained steel. It was attributed to the less tortuous crack path. The UFG steel exhibited slightly higher crack growth rates and a lower ΔK_th with an increase of R ratio. The R ratio effect on crack growth rates and ΔK_th was basically indistinguishable at lower load ratio (R>0.3), compared to other alloys, which indicates that contribution of the crack closure vanishes. The crack growth rate curve for UFG steel exhibited a longer linear extension to the lower growth rate regime than that for the coarse grained as-received steel.     

基于裂纹闭合解析模型和神经网络理论的疲劳裂纹扩展速率的计算

用裂纹闭合的解析模型作为计算模型,运用神经网络理论对其中的协调方程进行求解,给出了相应的神经网络的结构和参数;对２２１９Ｔ８５１铝合金板材的疲劳裂纹扩展速率的计算进行了数值模拟,与实测结果对比相差很小。计算时间为电路时常数数量级。     

不同碳含量的CrNiMo钢疲劳裂纹扩展特性

三种不同碳含量的ＣｒＮｉＭｏ 钢的疲劳扩展试验结果表明,随着钢中碳含量升高,裂纹扩展速率升高。回归分析表明,ＣｒＮｉＭｏ 钢的疲劳裂纹扩展速率符合以下公式：ｄａ／ｄｎ＝ Ｂ（ｄｋ－ ｄｋｔｈ ）２ ,其中疲劳裂纹扩展系数Ｂ值可以由材料拉伸性能估算。该式的有效性还以不同应力比下的疲劳裂纹扩展数据进行了验证。     

粘弹性材料中裂纹增长的仿真研究

针对含裂纹的粘弹性材料结构,根据粘弹性断裂理论分析裂纹增长的条件.建立基于裂纹周围小范围滑动的计算模型,采用Laplace转换关系,可以将粘弹性边界值问题变为弹性边界值问题处理,在所得到的表达式中并不直接含有弹性常数,因此它能较好地描述粘弹性问题.得到描述含裂纹粘弹性材料在不同的时间裂纹增长情况的裂纹增长速率以及蠕变时间解析解.并按照所建立的计算模型对不同的材料性质、不同的裂纹尖端应力强度因子、不同的外载荷对裂纹增长速率及蠕变时间的影响进行探讨.