3．5％NaCl溶液和取向对7050－T7451铝合金疲劳裂纹扩展特性影响的试验研究

据飞机结构损伤容限设计的要求、进行了模拟海水（３．５％ＮａＣｌ溶液）对高强铝合金７０５０－Ｔ７４５１疲劳裂纹扩展特性影响的试验研究。结果表明，３．５％溶液中的Ｃｌ￣－加速了７０５０－Ｔ７５４１铝合金的疲劳裂纹扩展速率ｄａ／ｄＮ。在３×１０￣（－４）ｍｍ／ｃｙｃｌｅ以下，横向ｄａ／ｄＮ略高于纵向ｄａ／ｄＮ：在３×１０（－４）ｍｍ／ｃｙｃｌｅ以上，横向ｄａ／ｄＮ明显高于纵向ｄａ／ｄＮ。考虑应力比影响的有效应力强度因子ΔＫ＿（ｅｆｆ）可以满意地表征不同环境中的ｄａ／ｄＮ。裂纹面上的腐蚀产物很薄，对疲劳裂纹闭合的影响可以忽略不计。１至１０Ｈｚ范围内的试验频率对３．５％ＮａＣｌ溶液中的ｄａ／ｄＮ几乎没有什么影响。     

表面疲劳裂纹扩展的三维效应

以拉伸圆杆为例，阐述表面疲劳裂纹扩展中的三维效应及其特点，利用最新的三维断裂力学成果给出一种考虑表面疲劳裂纹扩展三维效应的具体方法，通过该方法可以得到考虑三维应力状态的材料da/dN-ΔKeff曲线，以20CrMo钢为例，处理获得20CrMo材料的da/dN-ΔKeff基线，以此对圆杆表面疲劳裂纹的扩展进行预测分析，分析结果表明，使用该方法以及来自标准穿透裂纹试件的材料da/dN-ΔK数据可准确地预测圆杆表面疲劳裂纹的扩展寿命，该方法还可用于其他复杂结构的疲劳裂纹扩展分析。     

加载频率f和应力比R对腐蚀疲劳裂纹扩展速率影响的研究

在腐蚀疲劳试验基础上, 研究了０Ｃｒ１８Ｎｉ９ 钢在ＮａＣｌ溶液中的扩展行为, 分析了应力比Ｒ和加载频率ｆ 对腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响, 提出了环境加速因子Ｃ （Ｒ, ｆ）, 进而给出了一种反映腐蚀疲劳裂纹扩展速率ｄａ／ｄＮ～ （ΔＫ, ｆ, Ｒ） 的数学模型。该模型经试验验证, 满足工程要求     

4Cr2NiMoV和5CrMnMo钢热疲劳裂纹的萌生

从工程角度定义了热作模具钢的热疲劳裂纹萌生（ＴＦＣＮ）寿命,应用ＴＦＣＮ寿命的数学模型：Ｎ１＝Ｋ（ΔＴ－ΔＴ０）＾－２,对４Ｃｒ２ＮｉＭｏＶ和５ＣｒＭｎＭｏ热作模具钢热疲劳裂纹的萌生进行了分析。当热作模具的热循环温差（ΔＴ）低于热疲劳损伤的临界温差（ΔＴ０）时,热作模具的热疲劳裂纹起始寿命趋于无穷。研究表明,在最佳热处理条件下,４Ｃｒ２ＮｉＭｏＶ钢的ΔＴ０为３５０℃,５ＣｒＭｎＭｏ钢的ΔＴ０为３２     

铝锂合全疲劳断口的分形分析

研究了７０７５铝合金、２０９Ｏ和２０９０＋Ｃｅ铝锂合金的疲劳门槛值、门槛值附近断口的分形维数及其断口形貌间的关系。结果表明，断口分形维数（ＤＦ）和裂纹闭合应力强度因子门槛值（ΔＫＣｌ．ｔｈ）间呈如下关系：ΔＫＣｌ．ｔｈ＝２４．２１ＤＦ－２６．１１，这归因于断口表面粗糙度的变化及其诱发的高的裂纹闭合效应。微量Ｃｅ的加入提高了２０９０铝锂合金的本征疲劳裂纹抗力，但对分形维数并无贡献。     

冲击疲劳载荷下的疲劳裂纹起始与扩展

提出了利用冲击疲劳试验机测定疲劳裂纹起始寿命和裂纹扩展速率的原理和方法，建立了应力强度因子范围△Ｋ与冲击能之间的定量表达式，实验测定了超高强度钢的冲击疲劳裂纹起始寿命与裂纹扩展速率，并给出了相应的表达式。     

三种输送管疲劳裂纹扩展特性研究

通过试验对ＳＳＡＷ、ＥＲＷ、ＵＯＥ三种焊管的疲劳裂纹扩展特性进行了研究。结果表明,三种焊管各区的疲劳裂纹扩展速率的Ｐａｒｉｓ方程表达式ΔＫ的指数均在３．１～４．３之间,且ＳＳＡＭ焊管表现出较低的疲劳裂纹扩展速率。随着加载应力比的提高,疲劳裂纹扩展速率将随之增大。     

广义断裂性能曲面

分别利用多参数的福尔曼（Ｆｏｒｍａｎ）和沃克尔（Ｗａｌｋｅｒ）裂纹扩展模型,将应力强度　因子变程ΔＫ和应力强度因子均值Ｋｍ作为二元变量,建立了空间Ｋｍ－ｄａ／ｄＮ－ΔＫ曲面。考虑应力幅值和均值的共同作用,建立了沃　克尔型裂纹扩展　寿命　的σａ－σｍ－Ｎ＊曲面。作为表征材料断裂可靠性性能的重要指标,　讨论了断裂性能曲面的测定与拟合方法,并给出了具体应用实例。     

疲劳裂纹扩展速率da／dN与材料性能常数间关系的研究

在疲劳裂纹扩展公式基础上，结合理论导出的裂纹的扩展门槛值ΔＫｔｈ的关系式得出一个描述疲劳裂纹扩展速度ｄａ／ｄＮ与材料能常数间的关系，该关系式可用于预测在材料的疲劳裂纹扩展速度。     

在氢环境中2.25Cr—1Mo钢短裂纹扩展行为研究

通过对在空气中与阴极渗氢情况下２．２５Ｃｒ－１Ｍｏ钢的短裂纹扩展研究,发现在氢的作用下,ΔＪｔｈ约为３６０×１０－６ＭＮ／ｍ,较空气中约低２００×１０－６ＭＮ／ｍ,ｄａ／ｄＮ－ΔＪ关系与空气中相比左移,且随ΔＪ区间不同,左移量不也不同。断口分析表明,在疲劳裂纹扩展的三个阶段,氢原子与交变力动态地起着协同作用。在≈１０００×１０－６ＭＮ／ｍ＜ΔＪ＜≈１２００×１０－６ＭＮ／ｍ内氢原子对裂纹扩展影响不明显可解释为：氢原子在局部晶界的偏聚导致应力过分集中而产生穿晶裂纹后应力缓解的结果。     

结构细节的α—S—N曲线及其试验方法

给出用结构细节特征应力表征的结构细节的三段α－Ｓ－Ｎ曲线及其试验方法。该曲线不但建立了应用水平和裂纹形成寿命之间的关系，也建立了裂纹尺寸和形成此裂纹尺寸寿命之间的关系。该曲不但可用于高循环疲劳区，也可用于低循环疲劳区和亚疲极限区。为了用α－Ｓ－Ｎ曲线进行耐久性分析或疲劳分析时的安全可靠，给出了给定置信水平和可靠度下的α－Ｓ－Ｎ曲线。以ＬＹ１２ＣＺ铝合金材料紧固孔细胞为例，给出９５％置信水平，５０％     

预应变对X60管线钢疲劳裂纹形成寿命的影响

采用U型缺口试样研究了X60管线钢经5％、10％和15％的预拉伸应变后的疲劳裂纹形成寿命。结果表明：X60管线钢拉伸变形表现出显著的应变强化效应，但塑性降低；预应变可以延长疲劳裂纹形成寿命，提高疲劳裂纹形成的抗力系数和裂纹形成的当量应力门槛值；裂纹形成的断裂为穿晶解理机制，预应变可导致更多的二次裂纹。     

残余应务对焊接头疲劳性能的影响

利用线弹性断裂力学（ＬＥＦＭ）理论、迭加原理和有限元分析方法,就残余应力对对焊接头的疲劳性能的影响进行了理论分析。采用有限板中边界裂纹及中心穿透裂纹的Ｂｕｅｃｋｅｎｅｒ及Ｋａｎａｚａｗａ权函数,计算对应焊接头中的各种残余应力分布的残余应力强度因子。建立了考虑不同残余应力水平影响的表面裂纹疲劳模型,估算对焊接头疲劳寿命及疲劳强度,并与试验数据进行了比较验证。     

起重机主梁的应变疲劳寿命估算

针对某起重机主梁裂纹附近区域的应变测试信号的分析,发现了该主梁出现了应变疲劳现象,为研究起重机主梁裂纹的产生及扩展机理,对有裂纹的起重机进行使用寿命预估及安全评价,通过对该起重机在正常工况下的应变信号进行测试,并进行五点三次平滑处理,分析研究其载荷谱,并参考相关文献中Q345材料的应变疲劳参数,计算出应力值,绘制出应力-应变特性曲线,然后根据Manson-Coffin公式及Miner线性损伤累计法则,计算出起重机主梁的疲劳寿命,得出该起重机还能够安全运行的时间值。研究结果表明,该带裂纹起重机的使用寿命预估方法可以进行推广应用,为起重机的疲劳寿命预估提供了合理的研究方法。     

0Cr18Ni9不锈钢的高温疲劳裂纹扩展规律

研究奥氏体不锈钢0Cr18Ni9在高温(550℃)下的疲劳裂纹扩展规律。测试采用标准CT(compact tension)试样,最大载荷范围为6.5 kN～14 kN,应力比为0.1(室温)和0.05(550℃)。裂纹扩展过程通过QUESTAR长焦距显微镜直接观测,同时采用COD(crack opening displacement)规记录加载线位移。由于在高温条件下,测试终止时试样的裂纹前缘呈明显弧形,故此给出实测表面处裂纹长度有效值的修正方法。对高温疲劳裂纹扩展问题,采用应力强度因子范围ΔK作为裂纹扩展驱动力参数,同时考虑高ΔK和低ΔK值对裂纹扩展规律的影响,得到0Cr18Ni9不锈钢在550℃下的疲劳裂纹扩展规律表征模型,给出裂纹扩展率的上限结果。     

预测疲劳裂纹扩展的多种理论模型研究

大多数工程断裂是因疲劳而引起的,所以金属材料的低周疲劳和裂纹扩展速率性能一直受到安全设计部门的关注。长久以来,国内外学者在建立金属材料低周疲劳行为和裂纹扩展速率性能之间的关系方面进行了多材料和多角度的研究。基于平面应力裂纹尖端小范围屈服应力应变场和疲劳裂纹扩展失效准则,提出用于I型疲劳裂纹扩展速率的预测模型。针对国内外相关工作的研究,基于平面应力裂纹尖端小范围屈服应力应变场和疲劳裂纹尖端循环塑性区内的应变能失效准则,提出一个可用于I型疲劳裂纹扩展速率的预测模型。借助已发表的15种金属材料对应的低周疲劳和裂纹扩展速率性能数据,详细分析和比较所提出的预测模型与其他6种预测模型的预测规律和结果。研究表明,所提出的预测模型能够预测更广泛的金属材料疲劳裂纹扩展速率,并且较其他6中预测模型更符合安全设计的理念。     

残余应力对对焊接头疲劳性能的影响

利用线弹性断裂力学（ＬＥＦＭ）理论、迭加原理和有限元分析方法,就残余应力对对焊接头的疲劳性能的影响进行了理论分析。采用有限板中边界裂纹及中心穿透裂纹的Ｂｕｅｃｋｎｅｒ及Ｋａｎａｚａｗａ权函数,计算对应对焊接头中的各种残余应力分布的残余应力强度因子。建立了考虑不同残余应力水平影响的表面裂纹疲劳模型,估算对焊接头疲劳寿命及疲劳强度,并与试验数据进行比较验证。     

耦合宏微观效应的约束应力区疲劳裂纹模型的求解与应用

用约束应力区描述材料损伤状态,建立耦合宏微观效应的跨尺度疲劳裂纹模型,可描述材料疲劳破坏从微观缺陷到宏观断裂的整个过程。约束应力的分布取决于材料的损伤状态。假定约束应力为线性分布,在远场均匀拉应力作用下,应用Muskhelishivili方法,对跨尺度裂纹模型进行了解析求解,得到了裂纹张开位移与跨尺度应变能密度因子的解析解。以跨尺度应变能密度因子作为疲劳裂纹从微观到宏观扩展的控制参量,对疲劳破坏全过程进行了数值模拟计算。以LC4铝合金板为例,利用模型精确再现出不同疲劳荷载作用下的实验S-N曲线。由于模型考虑了微观因素的影响,疲劳实验数据的发散特性也精确再现出来。另外,通过数值计算,分析了微观效应对疲劳裂纹扩展行为的影响。     

3.5%NaCl溶液和取向对7050—T7451铝合金疲劳裂纹扩展特性影响的试验…

据飞机结构损伤容限设计的要求，进行了模拟海水对高强铝合金７０５０－Ｔ７４５１疲劳裂纹扩展特性影响的试验研究。结果表明，３．５％溶液中的Ｃｌ＾－加速了７０５０－Ｔ７５４１铝合金的疲劳裂纹扩展速率ｄａ／ｄＮ。在３×１０＾－４ｍｍ／ｃｙｃｌｅ以下，横向ｄａ／ｄＮ略高于纵向ｄａ／ｄＮ；在３×１０＾－４ｍｍ／ｃｙｃｌｅ以上，横向ｄａ／ｄＮ明显高于纵向ｄａ／ｄＮ。考虑应力比影响的有效应力强度因子可以满意地表征     

预先塑性变形对正火钢疲劳极值的影响

研究并分析了预先塑性变形对正火３５ 钢疲劳极值的影响规律及机理。结果表明：随着预应变量的增加,疲劳裂纹闭合行为变化不大;而钢的疲劳极值Δ Ｋｔｈ 及本质极值Δ Ｋｉｔｈ 则是先下降后增加的。