非对称循环加载下燃气轮机叶片材料疲劳寿命预测

燃气轮机叶片在实际工作过程中,易受到非对称循环载荷作用而发生疲劳失效。为便于准确地预测非对称循环加载下叶片材料的裂纹萌生及扩展寿命,首先考虑平均应力效应和高应力区的塑性变形影响,对Chaboche模型进行改进,然后将改进的Chaboche模型和Walker裂纹扩展公式相结合,建立了一种非对称循环载荷作用下裂纹萌生及扩展综合寿命模型,并用试验数据进行验证分析。结果表明,该模型预测得到的裂纹萌生寿命、裂纹扩展寿命与试验数据基本吻合,验证了新模型的适用性和准确性,为燃气轮机叶片损伤分析和寿命预测奠定理论基础。     

聚氨酯/水玻璃注浆材料固化过程中的微观结构和力学性能

使用力学测试、扫描电子显微镜、X射线能谱仪和透射/漫反射红外光谱等手段分析了聚氨酯/水玻璃注浆材料在固化过程中的微观结构和宏观力学性能的变化。结果表明：聚氨酯/水玻璃注浆材料的固化具有明显的阶段性,在前7 d注浆材料的抗压强度、断裂韧度和弯曲强度迅速提高,分别达到55.4 MPa、1025.3 MPa·m^1/2和29.4 MPa,随后缓慢提高到58 MPa、1220.4 MPa·m^1/2和37.4 MPa。注浆材料的宏观力学性能,主要取决于有机相的交联固化程度。注浆材料的固化过程涉及有机相与水玻璃之间持续的水、二氧化碳和热交换,最终形成了由多异氰酸酯与水、聚醚多元醇反应生成的聚脲/聚氨酯和水玻璃凝胶固化后的硅酸盐颗粒组成的聚氨酯/水玻璃复合材料。     

改性聚丙烯的Ⅰ型疲劳裂纹及断面微观形貌研究

聚丙烯作为一种优良的化工材料,在生活中的应用是十分广泛的,经过不断地研究、探索,人们通过在聚丙烯中添加各种材质,逐渐研制出了多种改性聚丙烯,使得聚丙烯的多种性能得到了加强,扩宽了聚丙烯的应用范围。为了更好地对改性聚丙烯的性能进行了解,本文从改性聚丙烯疲劳裂纹的概述出发,对Ⅰ型疲劳裂纹及断面微观形貌进行了相关实验,并对实验结果进行了讨论,希望可以对改性聚丙烯疲劳损伤性能的研究工作起到一定的帮助作用。     

微观组织与裂纹闭合效应对40CrNiMo钢疲劳短裂纹扩展的影响

对具有粗、细晶粒组织的40CrNiMo 钢进行了疲劳短裂纹扩展试验研究。试验和分析结果表明,短裂纹扩展的偏折强烈,裂纹闭合效应较小。粗晶组织比细晶组织的裂纹偏折更大,粗糙度诱发闭合效应更强,因而裂纹扩展较幔。微观组织通过对闭合效应的作用进而影响了疲劳短裂纹的扩展行为。     

用乘积法计算含小裂纹材料在对称循环加载下的疲劳损伤

提出建立双向双对数坐标系与双向曲线,并就对称循环加载下提出了描述金属材料弹塑性材料行为的小裂纹扩展速率方程式以及各个历程与不同小裂纹尺寸aoi相对应的寿命Noi的估算式.其方法是采用以塑性应变范围和弹性应变范围之乘积作为载荷引起的应力应变参量,以常用的材料常数作为材料参数.计算结果与能量法计算损伤方程式一致.     

循环压缩载荷下缺口残余拉应力场的X射线分析

用细束 x 射线研究了循环压缩载荷下缺口残余拉应力的分布及变化。试验表明,循环压缩加载后形成的残余拉应力大于一次压缩加载后的数值,压缩应力幅对残余拉应力分布的影响大于压缩平均应力的影响,其原因除了加载-降载过程中形成的残余应力直接与应力幅有关外,尚与应力幅加剧材料循环软化程度有关。形成疲劳裂纹后,在完全卸载的裂纹面上,残余拉应力基本松弛,但垂直于裂纹面稍远处的残余拉应力仍保持有相当大的数值,这部分残余应力是否对裂纹扩展起作用,在计算残余应力的应力强度因子时如何予以考虑值得注意。     

老化对改性沥青微观结构及疲劳性能的影响

为了研究老化对改性沥青微观结构及疲劳性能的影响,通过沥青常规指标测试试验、动态剪切流变（DSR）试验和AFM测试试验,从宏细观角度分析了老化前后苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SBS）改性沥青和胶粉改性沥青的针入度、延度和软化点及疲劳性能、微观结构的变化情况。结果表明：随着老化程度的加深,两种改性沥青的稠度、硬度增加,高温性能得到改善,而温度敏感性变低,低温抗裂性能变差。综合分析针入度比、延度比和软化点比得出胶粉改性沥青的抗老化性能优于SBS改性沥青;随温度的降低、频率的增大和老化程度的加深,两种改性沥青的抗疲劳性能变差;微观结构观测结果显示,SBS改性沥青具有"蜂型结构",老化后"蜂型结构"的体积增大、高度增加、数量减少;胶粉改性沥青没有"蜂型结构",胶粉颗粒与沥青在共混共融过程中发生溶胀、脱硫和降解等行为会影响沥青中"蜂型结构"的形成;老化前后胶粉改性沥青表面形貌粗糙度和高度变化不大;胶粉改性沥青的抗疲劳、抗老化和高温性能总体优于SBS改性沥青。     

疲劳加载下纤维复合材料的剩余强度

回顾了纤维复合材料在疲劳加载下的剩余强度的描述方法和试验结果, 并按照纤维复合 材料中疲劳损伤发展的行为, 提出了一个描述纤维复合材料的剩余强度的模型, 该模型考虑了疲 劳损伤在纤维复合材料中产生和扩展的特征, 试验结果与理论描述吻合较好。      

疲劳损伤和中间退火修复对疲劳裂纹扩展速率的影响

用电火花予制裂纹的40Cr钢试样与经受不同周次塑性应变的试样在相同的弹性应力加载条件下测得的裂纹扩展速率da/dn进了对比.结果表明随着预先疲劳损伤周次的增加,da/dn也增大,中间退火后可以明显降低da/dn.TEM和SEM分析表明改变da/dn大小的主要原因是损伤和修复影响碳化物在晶界区的沉淀、形态和断口形貌.     

聚氨酯对环氧树脂涂料力学性能和微观结构的影响

通过聚氨酯增韧环氧树脂制备一种强度高、附着力大、耐水性好、耐化学稳定性强的涂料.通过正交实验法,确定了涂料的最佳工艺条件,进行了拉伸强度、冲击强度、吸水率、附着力、红外光谱和扫描电镜等测试.实验结果表明:聚氨酯含量15％(质量分数,下同),固化剂含量15％,反应温度70℃,反应时间60min时,涂料的力学性能最佳;制备...     

聚氨酯高聚物注浆材料抗压强度测试与模拟

针对密度处于0.08~0.5g·cm~(-3)区间的聚氨酯高聚物,在扫描电镜下观察材料微观形貌特征,记录单轴受压下材料的应力-应变曲线,通过提取扫描电镜图中微泡孔的尺寸,基于几何参数拟合材料抗压强度。试验结果表明:随密度增大,材料的泡孔由接近多边形转变为圆球形,平均孔径与泡孔间接触面积均减小,高密度试件的泡孔分布特征遵循能量最小原理,以保证体系稳定。材料的受压响应有三阶段特征:弹性阶段(应变小于5%)高密度试件应变发展较快:屈服平台阶段(应变5%~50%)的应力可以作为抗压强度的表征,致密阶段(应变大于50%)高密度试件发生脆性破坏。基于泡孔几何参数的Gibson-Ashby模型可以较好地拟合材料强度,该强度受密度影响显著,不同密度的材料可以灵活应用于多种工程场合。     

钢纤维增强粉煤灰地质聚合物单轴受压过程的声发射特性

为探索纤维增强地质聚合物宏观力学行为与细观损伤演化特征之间的关联,对不同纤维体积掺量(纤维与拌合物的体积比)的钢纤维增强粉煤灰地质聚合物复合材料进行了单轴压缩试验.基于声发射技术,对试样压缩过程的声发射行为进行监测,研究了纤维体积掺量对地质聚合物单轴受压破坏行为及声发射特性的影响.结果表明:地质聚合物的强度、延性、声发射波形的上升斜率及平均频率均随纤维掺量的提高而增大,试件破坏形态由脆性灾变逐渐向延性破坏转变;在破坏前期,纤维体积掺量为0及0.5%的试件的声发射撞击率及能量释放率(简称能量率)都保持在较高水平,最终导致试件出现灾变破坏;而2.0%的纤维体积掺量使得声发射撞击率及能量率在应力-时间曲线的拐点处达到峰值,随后缓慢下降,最终导致试件呈现延性破坏;因此,仅依据声发射撞击率及能量率的快速上升来预测灾变破坏的发生,有时可能会出现谎报的情况.     

Fatigue of materials used in microscopic components

This paper discusses the fatigue behaviour of materials used in microscopic components, which are defined as components in which the section size is between one and ten grain diameters. Experimental data were obtained on microscopic and conventional (macroscopic) notched specimens of 316L stainless steel, which is used in many biomedical components including the cardiovascular stent. Microscopic specimens showed unusual behaviour: low threshold values and very flat stress‐life(S‐N) curves. The low threshold values were attributed to the extremely small thickness, which may be preventing closure; a secondary contribution may be coming from a change in the length of non‐propagating cracks. Good predictions could be achieved using the Smith–Miller approach and the theory of critical distances (TCD) if this reduced threshold was taken into account or if, alternatively, the critical distance was made equal to the grain size.     

Threshold Fatigue and Fretting Fatigue of Metals

General regularities in the variation of threshold stress intensity factors of metals are considered taking into account the influence of various factors. Justification is offered of the possibility of predicting fatigue limits for smooth specimens and specimens under conditions of fretting from the known characteristics of threshold stress intensity factors.     

Microstructure evolution and texture development during high-temperature uniaxial compression of magnesium alloy AZ31

Texture development in magnesium alloy AZ31 was studied by uniaxial compression tests at temperatures, strain rates and final strains ranging from 573 to 773 K, 1.0 × 10⁻³ to 5.0 × 10⁻⁵ s⁻¹ and −0.2 to −1.5, respectively. Fiber texture was formed in all of the deformation conditions. The main component of the texture varied depending on deformation conditions; it appeared about 33–38° away from the basal pole after the deformation at higher temperatures and lower strain rates. This can be attributed to the increased activity of the secondary pyramidal slip system. With a decrease in temperatures and an increase in strain rate, the tilting angle of the main component (compression plane) from the basal pole decreased down to about 20°. Construction of a basal fiber texture was detected after deformations at the lowest temperature and high strain rates.     

Deformation band and texture of a cast Mg-RE alloy under uniaxial hot compression

Microstructural evolution and texture of a cast Mg-9Gd-4Y-0.6Zr ingot under hot compression were studied in this paper. Post-deforming microstructures were characterized by optical microscopy, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy, while crystallographic orientation information was obtained from X-Ray macro-texture measurement and EBSD micro-texture analysis. Dynamic recrystallization (DRX) initiated from the deformation bands (DB) forming on original grain boundaries; the DB became widen with continuously conversion of low-angle-boundary grains into high-angle-boundary grains. The tendency of strain localization increased with Z parameter. The macro-texture analysis indicates that uniaxial compression yielded out the randomized basal texture component. This texture component was found to be strengthened with increasing Z parameter. The micro-texture analysis shows that the deviation from the ideal basal texture arose from orientated growth within DBs. Moreover, the localization deformation promoted dynamic precipitation within DBs, which inhibited the development of DRX.     

Fatigue assessment of metallic components under uniaxial and multiaxial variable amplitude loading

In the present paper, the fatigue lifetime of metallic structural components subjected to variable amplitude loading is evaluated by applying 2 different multiaxial high‐cycle fatigue criteria. Such criteria, proposed by some of the present authors, are based on the critical plane approach and aim at reducing a given multiaxial stress state to an equivalent uniaxial stress condition. In particular, the procedure employed by both criteria consists of the following 3 steps: (1) definition of the critical plane; (2) counting of loading cycles; and (3) estimation of fatigue damage. Finally, the previous criteria are validated by comparing the theoretical results with experimental data related to smooth metallic specimens subjected to uniaxial and multiaxial variable amplitude loading.     

三维机织碳/碳复合材料双轴压缩载荷下的力学行为

基于三维机织碳/碳复合材料的细观结构特征, 设计平板十字形试样, 在材料双轴力学性能试验机上开展了复合材料单轴、 双轴加载压缩试验, 对比分析了三维机织碳/碳复合材料在双轴压缩载荷下的力学行为。研究表明: 三维机织碳/碳复合材料的压缩行为表现为非线性、 脆性断裂; 双轴载荷作用下非线性特征更为显著, 压缩模量随应力的增加而增大, 强度与模量相较于单轴有较大幅度增加, 双轴压缩载荷作用下材料的强化效应显著; 试样破坏位置并未出现在试样中心区, 而是发生在试样的加载端部或十字形试样的加载分枝根部, 主要表现为基体开裂、 纤维断裂和层间脱粘, 碳布及其层间界面剪切强度的强弱直接影响材料的压缩强度。     

超高性能混凝土单轴拉压本构关系研究

超高性能混凝土（UHPC）是一种具有超高强度、超高耐久性和超高韧性的新型水泥基复合材料,因其优越的性能而受到国内外土木工程领域的广泛关注,具有广阔的工程应用前景。单轴受拉和受压应力-应变本构模型是进行UHPC构件力学性能分析的前提和基础。为了进一步深入研究UHPC力学性能,本文归纳总结了国内外不同学者提出的UHPC本构模型,包括单轴受压应力-应变关系和单轴受拉应力-应变、应力-裂缝宽度关系,对其进行了分类和比较,发现了现有模型的共同点和存在的差异,并对这种差异进行了原因分析,最后将部分本构关系应用于ABAQUS有限元分析软件,对高强钢筋UHPC梁进行数值模拟,并与试验结果对比,验证了部分本构模型的合理性,最后提出了一些研究结论。本文研究成果将为UHPC的结构性能研究进行结构分析和结构设计提供依据。      

复合材料整体加筋板轴压后屈曲失效表征

应用商业有限元软件ABAQUS中的内聚单元,对后屈曲诱发的复合材料整体加筋板的缘条/蒙皮界面的失效进行了分析。基于有限元结果,提出了缘条/蒙皮界面内力的提取方法并研究了其变化规律。为了研究缘条/蒙皮刚度比对界面失效的影响以及失效时界面内力之间的关系,以缘条厚度为参数进行参数化建模,给出了界面脱胶的失效准则和失效包线。最后对缘条/蒙皮厚度比和刚度比提出了设计建议。