含裂纹悬臂梁的振动与疲劳耦合分析

基于Paris方程和同步分析方法考虑振动与疲劳裂纹扩展耦合之影响,提出一种含裂纹梁的振动疲劳寿命分析思路.振动分析过程中,利用线性弹簧等效裂纹段,复弹性模量引入阻尼损耗因子,得到考虑裂纹扩展、激励频率和阻尼等因素影响的动应力响应.结果表明:裂纹扩展、激励频率和阻尼等因素对疲劳寿命具有重要的影响.通过振动分析与疲劳裂纹扩展寿命估算同步进行,可进一步提高疲劳寿命估算精度.     

考虑裂纹表面摩擦阻尼的振动疲劳裂纹扩展分析

以含表面裂纹悬臂梁为研究对象,研究了裂纹面摩擦效应对裂纹疲劳扩展的影响。分析时,用双线性弹簧描述裂纹呼吸行为,用Galerkin方法把呼吸裂纹梁简化为单自由度系统,基于Coulomb摩擦模型和能量耗散理论推导了摩擦阻尼损耗因子,运用广义的Forman方程模拟疲劳裂纹扩展,通过振动分析与裂纹扩展计算同步进行的方法考虑振动与疲劳的耦合效应,探讨了摩擦阻尼对裂纹梁疲劳裂纹扩展寿命的影响。结论表明,摩擦阻尼损耗因子随裂纹扩展呈单调递增趋势,摩擦阻尼对振动疲劳裂纹扩展的影响不容忽视     

含多处损伤宽板螺接搭接件疲劳寿命研究

对含多处损伤（Multiple Side Damage,MSD）宽板搭接件做了等幅疲劳试验和断口分析,得到搭接件的疲劳寿命和孔边MSD裂纹的形成特点、裂纹前沿形状及扩展历程。结果表明,搭接件的疲劳破坏具有一定的隐蔽性,其疲劳寿命的绝大部分消耗在螺栓头下裂纹扩展阶段,当孔间裂纹出现首次连通时,搭接件剩余寿命约为总寿命的0.7%~9.4%。基于有限元软件FRANC2D/L和裂纹扩展分析软件AFGROW,建立了考虑钉载、第二弯矩和孔间裂纹干涉等影响因素的含MSD宽板搭接件疲劳寿命计算模型,并对孔边多裂纹的扩展寿命进行了计算分析。计算结果与试验结果的对比表明,该文所建寿命计算模型具有一定的精度,能满足工程需要,计算结果和结论可作为该类结构损伤容限设计的参考依据。     

镍基合金超声疲劳裂纹扩展寿命预测研究

针对发动机结构材料承受高频循环载荷的特点,应用超声疲劳试验技术开展了镍基合金材料的疲劳裂纹扩展试验研究。考虑高频载荷下疲劳裂纹扩展过程中的温升效应,测试了超声疲劳裂纹扩展过程中的温度变化,基于温度变化对材料弹性模量的影响和热膨胀效应,数值计算了疲劳裂纹扩展应力强度因子。研究了温度变化对超声疲劳裂纹扩展的影响机制,并在现有模型基础上,建立了考虑温度影响的超声疲劳裂纹扩展模型,完善疲劳裂纹扩展寿命预测方法。     

一种多轴向耦合随机激励下缺口试件振动疲劳寿命预测方法EI北大核心CSCD

提出了一种多轴向耦合随机激励下缺口结构振动疲劳寿命预测的频域分析方法。实施了缺口试件的双轴向随机振动疲劳试验,研究了两个振动轴向上载荷谱之间的相干性和相位差对缺口试件疲劳损伤的影响规律;通过随机振动分析计算得到试件缺口根部各节点的应力功率谱密度矩阵,并假设缺口试件裂纹萌生点为历经von Mises应力最大均方根值的节点;缺口试件疲劳临界点可由疲劳裂纹初始点和修正临界距离理论确定;在疲劳临界点处通过Carpinteri-Spagnoli频域准则计算缺口试件的振动疲劳寿命,并与试验结果进行了对比。结果表明:该多轴缺口疲劳预测方法具有较高的预测精度,绝大部分预测结果都在3倍误差带内。     

金属材料疲劳裂纹扩展曲线的拟合方法研究

提出了一种金属材料疲劳裂纹扩展曲线(a~N曲线)的拟合方法,即修正的双曲函数拟合方法。为检验这种曲线拟合方法的适用性,利用2024-T42铝合金CCT试样的疲劳裂纹扩展试验数据,对该铝合金的疲劳裂纹扩展曲线进行了拟合分析,并给出了疲劳裂纹扩展速率和扩展寿命。通过疲劳裂纹扩展寿命计算结果和试验结果的对比分析,证明这种拟合方法具有较高的拟合精度。     

正交异性钢桥面板疲劳裂纹扩展机理及数值模拟研究

为追踪正交异性钢桥面板的疲劳裂纹扩展过程及通用的正交异性板钢桥抗疲劳设计与开裂加固提供理论指导,提出基于实桥有限元模型进行正交异性钢桥面板疲劳裂纹扩展模拟方法及流程。建立桥梁整体有限元模型进行恒活载作用下整体分析,结合实桥调查结果确定全桥疲劳关键部位;建立含焊接细节的疲劳关键部位精细化模型进行疲劳应力幅分析,并基于车桥耦合振动分析考虑冲击系数对应力幅影响,确定裂纹扩展方向、路径及寿命,进行疲劳裂纹扩展全过程分析;以既有大跨度斜拉桥正交异性桥面板疲劳裂纹扩展分析为例,验证该方法与计算流程的可行性、准确性,并为该桥运营期疲劳失效维修、加固提供理论依据。     

曲轴弯曲疲劳试验裂纹研究与失效判定

通过对疲劳裂纹的产生、扩展机理研究和试验,结合疲劳试验数据分析了疲劳裂纹扩展与疲劳寿命的关系。试验结果及分析表明,大量经圆角滚压强化的球墨铸铁曲轴,疲劳试验运行107次在连杆颈与曲柄臂过度圆角产生微裂纹,该裂纹属于非扩展裂纹,继续试验时裂纹不扩展,试样在该载荷下具有无限疲劳寿命。     

非正态参数圆孔间裂纹扩展寿命的可靠性分析

机械设备不可避免地存在许多圆孔结构,孔边是应力集中多发区域,许多裂纹发源于孔边,因此研究孔边裂纹扩展寿命对结构的疲劳寿命评定具有重要的实际意义.工程实际中结构尺寸、材料特性、载荷等因素常常具有不确定性,裂纹扩展过程是一个随机过程,研究随机裂纹扩展更加符合工程实际.以材料属性和载荷为随机变量,采用Paris-Erdogan 公式计算裂纹扩展寿命,裂纹扩展方向采用最大周向应力准则,在随机有限元法的基础上,结合计算可靠度的四阶矩法、Edgeworth级数展开,提出随机参数服从任意分布时的结构疲劳裂纹扩展寿命可靠度的计算方法.研究了参数服从任意分布时平板上两圆孔之间的疲劳裂纹扩展寿命可靠性相关问题,模拟了裂纹扩展路径,得到裂纹扩展寿命可靠度随裂纹扩展的变化趋势,从结果看出裂纹扩展速率不断加快,可靠度随着裂纹扩展逐渐降低,结构的剩余强度逐渐变小.新方法对孔边产生的裂纹扩展寿命可靠性分析具有一定的理论意义.     

基于损伤力学的疲劳裂纹萌生及扩展规律研究

针对金属构件疲劳裂纹的萌生、扩展寿命及其规律等问题,应用损伤力学理论与有限元相结合的方法,建立了计算疲劳裂纹全寿命的统一模型。引入附加载荷法,通过MATLAB编程计算,实现了对刚度矩阵的连续计算,并给出了编程的流程。通过对单个单元的损伤计算,得到了单元从无损到破坏过程中等效应力的变化;通过计算各个构件损伤单元寿命,进而给出了金属构件总体疲劳寿命。分析得到了微裂纹萌生及扩展寿命占总体疲劳寿命的80%以上,并应用有限元软件ANSYS模拟给出了缺口件裂纹萌生及扩展过程。理论计算的结果与试验数据对比基本一致,验证了本工作方法的准确性。     

疲劳裂纹扩展行为的跨尺度分析方法

该文以跨尺度应变能密度因子作为裂纹扩展的控制参量, 建立了跨尺度疲劳裂纹扩展模型。疲劳破坏全过程可用该模型进行统一描述, 而不必划分成疲劳裂纹形成与扩展两个不同阶段, 采用不同的理论分别进行分析。以LY12 铝合金板为例, 采用上述模型, 精确拟合出不同循环特征下的S-N试验曲线。当考虑材料微结构的影响时, 疲劳试验数据的发散性也可拟合出来。研究表明:材料初始缺陷及微结构在疲劳过程中的演化特性, 对于构件的疲劳寿命有显著影响, 是疲劳试验数据发散的主要原因。     

加载方法对ADB610钢疲劳裂纹扩展的影响

在取样方向、几何尺寸、加工方式和加工精度相同的情况下,分别对板厚20 mm的ADB610钢进行了加载方式、加载载荷和应力比不同的成组多试样疲劳裂纹扩展试验,得到不同情况下的ADB610钢的疲劳裂纹扩展长度a与循环寿命N即a-N试验数据,且并将a-N试验数据与增K法和降K法结合进行试验分析。结果表明,当初始最大加载载荷相同时,两者lg(da/dN)-lg(ΔK)的起始位置相同,当初始最大加载载荷不同时,起始位置不相同。     

金属材料疲劳裂纹扩展速率不同模型应用分析

金属材料疲劳裂纹扩展速率是对金属材料及其零构件含有裂纹体后安全服役评价及疲劳寿命评估的一项重要力学性能指标.基于金属材料疲劳裂纹扩展过程的不同阶段、闭合效应、应力比对疲劳裂纹扩展速率的影响等多个方面,对几种常见金属材料疲劳裂纹扩展速率模型的应用特点进行了对比分析,为安全设计及寿命评估时不同模型的选择应用提供参考.     

Temperature‐dependent characteristics of DH36 steel fatigue crack propagation

DH36 steel is a widely used material in marine engineering. The fatigue crack propagation rates of DH36 steel at low temperatures have a crucial influence on the fatigue strength of structures operating in polar environments. The objective of this paper is to investigate the fatigue crack propagation behaviour of DH36 steel at low temperatures (?60°C to 20°C) by carrying out tensile tests and fatigue crack propagation tests of DH36 steel, in order to obtain the fatigue crack propagation behaviour of DH36 steel. The influence of the elastic modulus on the crack length measured by the compliance method is considered. On the basis of the Paris law, the crack propagation rate at different temperatures is investigated. The results and the observed failure modes indicated that fatigue ductile‐to‐brittle transition (FDBT) occurred as the temperature was lowered.     

Prediction of short fatigue crack growth of Ti‐6Al‐4V

It is observed that the short fatigue cracks grow faster than long fatigue cracks at the same nominal driving force and even grow at stress intensity factor range below the threshold value for long cracks in titanium alloy materials. The anomalous behaviours of short cracks have a great influence on the accurate fatigue life prediction of submersible pressure hulls. Based on the unified fatigue life prediction method developed in the authors' group, a modified model for short crack propagation is proposed in this paper. The elastic–plastic behaviour of short cracks in the vicinity of crack tips is considered in the modified model. The model shows that the rate of crack propagation for very short cracks is determined by the range of cyclic stress rather than the range of the stress intensity factor controlling the long crack propagation and the threshold stress intensity factor range of short fatigue cracks is a function of crack length. The proposed model is used to calculate short crack propagation rate of different titanium alloys. The short crack propagation rates of Ti‐6Al‐4V and its corresponding fatigue lives are predicted under different stress ratios and different stress levels. The model is validated by comparing model prediction results with the experimental data.     

Effect of toughness on low cycle fatigue behavior of pipeline steels

The effect of toughness on the fatigue behavior of pipeline steels was investigated, including the fatigue crack propagation rate and low cycle fatigue test under the loading condition simulating the actual operation of pipelines. The results indicate that the toughness can strongly influence the fatigue behavior of pipeline steels (i.e., the steels with high toughness possess high resistance to fatigue crack propagation and high tolerance of damage, which are much beneficial to obtaining a long life for line pipe structures).     

AF1410与300M钢的腐蚀冲击疲劳行为

根据舰载飞机起落的服务条件提出了腐蚀冲击概念和试验方法，考察了两种起落架材料在盐水中的腐蚀冲击疲劳行为，包括冲击疲劳寿命，裂纹萌生与扩展速率。尽管两种材料在空气中的冲击疲劳寿命几乎相等。但300M钢在盐水中的冲击疲劳寿命下降幅度较大。在盐水介质中，氢脆加速300M钢冲击疲劳裂纹的萌生和扩展。局部塑性变形区优先腐蚀促使AF1410钢的裂纹萌生，盐水对AF1410钢的裂纹扩展速率没有影响。     

Q345R钢多个过载作用下疲劳裂纹扩展行为研究

单一过载使得疲劳裂纹扩展速率减缓,可以提高疲劳寿命,但对于多个过载作用下疲劳裂纹扩展仍未明确,有待于进一步研究。针对Q345R标准紧凑拉伸试样,在常幅循环加载条件下引入多个拉伸过载,研究多个过载作用对疲劳裂纹扩展行为的影响。研究结果表明:在保持应力比、过载位置和过载比不变的情况下,随着过载间距增加,迟滞效应先增加后减小;过载间距循环数是单一过载迟滞循环数的一半时,da/dN_min达到最小,迟滞效应最明显。采用含有过载交互作用参数Ø_I的修正Wheeler模型对不同的过载间距疲劳裂纹扩展行为试验结果进行预测,预测的结果与试验结果能够很好的吻合。     

Failure of polystyrene in tensile and cyclic deformation

The failure of polystyrene in cyclic deformation has been examined and compared with the fracture mechanisms involved in simple tension. The fatigue response can be divided into three discrete life ranges. In the short and intermediate life regions, fracture occurs by the processes of craze formation, craze growth, crack nucleation and crack propagation in a manner analogous to tensile failure. The primary influence of reversed straining is manifest as an acceleration of the crack formation stage of failure. In long life (low stress) fatigue, failure modes dissimilar to the documented craze breakdown pattern of crack nucleation are noted.