LY12CZ铝合金板材中的疲劳裂纹扩展

本文总结了 LY12CZ 铝合金板材在不同应力比 R 下的疲劳裂纹扩展速率、尤其是近门槛区的裂纹扩展速率 da/dN 和裂纹扩展门槛值⊿K_(th)的实验结果,并应用根据裂纹扩展的静态断裂模型导出的公式,对 LY12CZ 这样的疲劳裂纹以典型条带机制扩展的合金中的裂纹扩展,进行定量分析。实验和分析结果表明,在 R=0～0. 5和 da/dN<1. 0×10~(-3) mm/cycle 的范围内,根据裂纹扩展的静态断裂模型导出的公式:da/dN=B(⊿K-⊿K_(th))~2,能很好地拟合 LY12CZ 板材的裂纹扩展的实验结果;式中 B 值可按下式估算:B=1/2π(0. 1E)~2,⊿K_(th)之值可根据裂纹扩展的实验数据进行回归分析求得。在应力比 R=0～0. 5的范围内,⊿K_(th)=9. 3(1-R)~(0. 933) ,da/dN=3. 18×10~(-7) (⊿K-9. 3(1-R)~(0. 933) )~2。     

LC4CS铝合金的疲劳裂纹扩展速率表达式

采用实验方法测定了 LC4CS 铝合金板材在不同应力比下的近门槛区疲劳裂纹扩展速率。所得的实验结果可很好地用公式 dα/dN=(ΔK-ΔK_(th))~2拟合。对实验结果的分析表明,对于 LC4CS 铝合金,公式中 B 的值可由材料的杨氏模量估算;根据实验结果按照上述公式外推求得精确的ΔK_(th)值是可行的。依据实验和分析结果提出了 LC4CS 板材疲劳裂纹扩展速率的一般表达式。该式的有效性为文献中的实验结果所证实。本文的研究结果进一步表明,如果已知材料的ΔK_(th)值和中区(dα/dN=10~(-8)～10~(-6)m/cycle)疲劳裂纹扩展机制,则可根据材料的拉伸性能预测其疲劳裂纹扩展速率。     

根据拉伸性能预测铝合金板材的疲劳裂纹扩展速率

本文在郑修麟和Hirt提出的疲劳裂纹扩展公式基础上’结合铝合金疲劳裂纹扩展门槛值的经验公式,提出了一个根据拉伸性能预测铝合金板材疲劳裂纹扩展速率的新方法。大量实验数据与估算结果对比表明,本文提出的疲劳裂纹扩展速率估算式是可行、实用的。此外,本文还强调了疲劳裂纹扩展门槛值△K_(th)在疲劳寿命估算中的重要性和工程中的实用性。     

铝合金疲劳裂纹扩展过程中夹杂物影响的量化分析

本研究测量了Al 7075—T651铝合金的疲劳裂纹扩展率和中间△K疲劳载荷区间的疲劳条纹间距,对材料微观结构在疲劳裂纹扩展中的作用进行了量化分析,建立了剪切断裂机制和夹杂物断裂—韧窝形成机制引起裂纹扩展的实验方程。研究还发现了K_(max,o)和K'c两个转折点,低于K_(max,o),裂纹仅由剪切断裂机制引起;高于K'c,裂纹由夹杂物断裂—韧窝形成机制主导,在K_(max,o)和K'c之间,疲劳裂纹扩展由上述两者共同组成。     

疲劳裂纹扩展门槛值与晶粒尺寸关系的研究—位错理论的应用

本文从裂纹尖端位错理论角度导出了一个疲劳裂纹扩展门槛值△k_(th)与晶粒尺寸d间的关系式,该式表明了晶粒尺寸d与门槛值△k_(th)两者间遵循△k_(th)∞d~(1/2)关系,这能较好地解释一些实验现象和规律。     

GCr15钢疲劳断裂的研究

本文对电炉熔炼的GCr15钢和真空脱气GCr15钢的断裂韧性K_(IC)和裂纹扩展速率da/dN进行了测试研究,建立相应的Paris公式,寻求K_(IC)及da/dN与接触疲劳寿命之间的关系。并在扫描电镜观察的基础上,探讨了此类材料疲劳裂纹扩展及疲劳断裂的机制,     

航空发动机材料高温低周疲劳断口反推研究

对GFH4097材料进行了低周疲劳试验,从材料的疲劳断口发现该材料在疲劳稳定扩展区域有明显的疲劳条带出现.利用Paris公式对疲劳条带进行定量分析,得到较好的数学模型,基于材料疲劳断裂的物理意义,对应力强度因子和裂纹的形状因子进行了修正,得到了较好的描述材料断裂的物理模型,此模型对工程应用具有一定的意义.     

铁素体珠光体钢的晶粒尺寸和微观断裂机理与疲劳裂缝扩展行为的关系

本文研究了16Mn钢的疲劳裂缝扩展行为,结合晶粒尺寸和微观断裂机理从变形约束的角度对门槛值△k_(th)和Ⅱ_a→Ⅱ_b转折的力学条件进行了分析,并对疲劳裂缝扩展参数的工程意义进行了讨论。研究确定△k_(th)随铁素体晶粒尺寸的增大而提高。但晶粒粗化会降低疲劳裂纹扩展抗力,增加在较高应力强度水平的扩展速度。研究指出,对于以△k_(th)作为主要设计指标的情况,对材料晶粒度要求可以适当放宽,在疲劳失效分析工作中应用疲劳条纹间距估计应力强度水平和宏观裂纹扩展速度应取审慎态度。     

用表面裂纹法测中强钢板材断裂韧性K_(IE)和K_(IC)的探索

用表面裂纹法在室温下研究了三种厚度(10、8和5mm)、三种宽度(110、80和56mm)的30CrMnSiA板材的断裂韧性。用最大载荷P_(max)计算断裂韧性、不易得到板材的K_(IE)值。如选用相对有效裂纹扩展△α/α_0=10%和5%确定的“条件载荷”P_(10)和P_5计算,在P_(max)/P_(10)≤1.2和P_(max)/P_5≤1.3条件下,可以得到K_(IE)和K_(IC)值。作K_R-△α曲线,即是以K描述的阻力曲线。规定裂纹真正扩展△α=2%α_0和7%α_0,相应的阻力各为K_(IC)和K_(IE)。它们与用“条件载荷”计算的K_(IC)和K_(IE)符合得很好。K_(IC)还和J积分换算的K_(IC)值吻合,K_(IE)还和用P_(max)计算的有效K_(IE)值吻合。K_(IC)和K_(IE)存在着近似的关系,为: K_(IC)=(0.85～0.90)K_(IE) 对试件尺寸要求: 板厚,B≥1.0(K_(IE)/σ_(0.2))~2[或1.25(K_(IC)/σ_(0.2))~2] 板宽,8≤W/B≤10,4≤W/2c≤5 有效长度,l≥2W     

高应力水平下表面裂纹疲劳扩展规律的实验研究

多次错误操作或水锤现象等可能引起结构部件承受高应力水平下的疲劳载荷作用。在前人的研究工作中，含表面裂纹板疲劳试验的远场应力水平绝大多数不超过０．６σｙ，。本文通过应力水平为０．８５～０．９５σｙ，的１６ＭｎＲ钢合表面裂纹板的疲劳实验研究，来回答在Ｐａｒｉｓ、Ｃｈｅｌｌ（考虑最大应力的影响）和Ｆｏｒｅｍａｎ（考虑平均应力的影响）等公式中，在这样高的应力水平下究竟哪一个模型更适合描述表面裂纹疲劳扩展速率。实验结果分析表明：对于高韧性材料而言，即使在接近屈服的高应力水平下，Ｐａｒｉｓ公式仍不失为诸多应力疲劳扩展速率描述公式中最有效的。此外，还仔细观察了表面裂纹疲劳扩展的客观几何形貌和微观断裂特征。     

疲劳裂纹扩展的非平衡统计模型

为了研究金属中微观结构对疲劳短裂纹扩展性能的影响 ,在宏观与微观相结合的疲劳断裂非平衡统计理论中 ,考虑了材料微观结构因素 ,从而能够合理地解释有关疲劳短裂纹及长裂纹的实验结果 .建立的非平衡统计理论模型把位错机理同裂纹扩展联系起来进行模拟 ,得到了包括疲劳短裂纹及长裂纹的整个金属疲劳寿命内的普适裂纹扩展速率公式 ,并和他人的理论结果进行了比较 .     

硬质合金断裂力学参数的实验研究

对两种国产新牌号硬质合金的断裂力学参数进行了研究。实验表明,表面受控裂纹法可成功地用于评价硬质合金的断裂韧性,压痕处的残余应力可用“裂纹扩展法”加以消除,不会产生副作用;压痕法简单易行,所得结果与表面受控裂纹法相近。双扭试样恒定位移法可用于硬质合金中宏观裂纹亚临界扩展的高速部分,而压痕诱导裂纹法(IIF)可成功地用于微观裂纹亚临界扩展低速部分的特性研究。两部分中的da/dN-△K_1曲线均可用指数函数来描述。     

4Cr_2NiMoV模具钢热疲劳性能的研究

本文首次实验研究了新型热锻模具钢4Cr_2NiMoV 的热疲劳裂纹起始寿命及其规律.根据修正后的 Manson-Coffin 公式以及热应力引起的应变范围,导出一个新的描述热疲劳裂纹起始寿命的表达式,并用4Cr_2NiMoV 钢实验结果验证上述表达式是可行的.此外,本文还简要讨论了热疲劳裂纹扩展及断口形貌的特性.     

疲劳寿命折算裂纹长度的计算原理和方法--强度稳定综合理论算法

疲劳寿命S—N曲线上的循环应力幅值S和板中的Ⅰ型裂纹半长ac以及裂纹扩展时的临界应力σcr都是材料应力应变曲线上的某个实际应力σ,以应力σ=σcr=S为参变量,就能建立起疲劳寿命N与Ⅰ型裂纹半长ac之间的函数关系,用此关系确定的ac就是疲劳寿命N的折算裂纹长度．文中说明了疲劳寿命折算裂纹长度的计算原理和方法,这是用材料自身本构关系构建的疲劳断裂和裂纹扩展这2种不同的断裂现象之间的关联性,这种关联性使疲劳寿命曲线有了新的表达方式(n0-φt曲线),从而使实验数据能在不同的实验(疲劳寿命实验和裂纹扩展实验)及不同的材料之间参考使用．     

Q345圆钢杆的疲劳破坏模型

为研究结构钢圆杆的疲劳破坏模型,以结构钢的椭球面断裂模型为开裂判据,由结构钢圆杆疲劳裂纹的裂尖真实应力场,计算出结构钢圆杆疲劳裂纹的失稳扩展面积、稳定扩展面积和稳定扩展长度.基于结构钢疲劳裂纹随加载次数加速扩展的试验事实,假定结构钢圆杆的疲劳裂纹稳定扩展速率是循环加载次数的单调递增幂函数,即双对数坐标系下结构钢圆杆的疲劳裂纹稳定扩展速率和循环加载次数为单调递增线性函数,积分后得到结构钢圆杆的疲劳裂纹稳定扩展长度和疲劳寿命间的函数表达式,导出结构钢圆杆的疲劳破坏模型.建议的结构钢圆杆的疲劳破坏模型表明,结构钢圆杆的疲劳寿命是名义最大应力、相对应力幅、初始裂纹位置和初始裂纹长度的复杂函数,不能简单化为仅是应力幅的函数.对Q345B圆钢杆进行了常幅循环应力疲劳试验,结果表明,Q345B圆钢杆的疲劳寿命随相对应力幅和名义最大应力的增加而降低.根据Q345B圆钢杆的疲劳试验结果,标定了其疲劳破坏模型参数,验证了建议的疲劳破坏模型精度.     

TC4钛合金的疲劳裂纹扩展Walker公式

为了研究不同应力比下TC4钛合金疲劳裂纹扩展特性,用Warker公式来描述不同应力比下的疲劳裂纹扩展速率.按照标准试验方法,试验加载应力比分别为0.06,0.5,0.7.利用递增多项式数据处理的计算程序,绘制了铸造TC4钛合金疲劳裂纹扩展速率曲线,并对疲劳断口进行扫描分析,计算Walker公式下的材料常数.结果表明,当应力比R≥0时,疲劳裂纹扩展速率随应力比的增大而增大,表现为疲劳条带间距增大.计算得材料常数m为4.082 16,n为-0.023 91,C为6.963 04×10-7.     

疲劳多裂纹扩展的常规态型近场动力学分析

为改进疲劳多裂纹扩展问题的分析,建立了常规态型近场动力学的疲劳多裂纹扩展模拟方法.在常规态型近场动力学的理论框架基础上,采用近场动力学疲劳裂纹萌生和扩展模型,建立了一个可模拟疲劳裂纹萌生与扩展的平面应力近场动力学模型.针对近场动力学疲劳模型计算量庞大的问题,又引入"临界断裂数"来优化模型的计算流程,提升模型的计算速度,以单边裂纹板为研究对象,通过选取不同"临界断裂数"的值寻求计算效率与裂纹路径精准度之间的平衡.从计算结果的对比中可以发现,当采用恰当的"临界断裂数"时,计算速度得到了较大的提升,同时裂纹仍能保证精准的形状.然后,该模型被用于非共线多裂纹板的疲劳破坏模拟仿真之中,当采用不同的"临界断裂数"时,计算运行得到的疲劳裂纹扩展路径以及相应的a-N曲线均能与实验得到的结果取得良好的吻合.研究结果表明,近场动力学疲劳分析方法不需引入断裂准则和预知裂纹路径,裂纹可以任意扩展.     

40Cr钢疲劳裂纹扩展特性研究

应用断裂力学，研究榨糖机辊轴材料４０Ｃｒ疲劳裂纹扩展速度ｄａ／ｄＮ与应力强度因子幅值△Ｋ之间的关系，通过实验，测定了门槛值△Ｋｔｈ与ｄａ／ｄＮ。用实验数据计算表明，Ｄｏｎａｌｕｒｅ公式和Ｐａｒｉｓ公式可较好地拟合ｄａ／ｄＮ－△Ｋ关系曲线的启裂部分与亚临界扩展部分；根据启裂阶段Ｄｏｎａｌｕｒｅ公式确定门槛值是可行的。     

高强度钢随机载荷下裂纹扩展模型

工程结构在全寿命周期内大多都承受随机载荷作用,随机载荷中载荷顺序对裂纹扩展有显著影响．用基于裂纹闭合现象的裂纹扩展模型依次模拟恒幅载荷、过载峰及随机载荷作用下的疲劳裂纹扩展．通过裂纹张开应力反映裂纹闭合效应,将Paris公式计算疲劳裂纹扩展,将有效应力强度因子范围代入Paris公式中计算,并用高强度钢程序块载荷下疲劳实验结果与计算结果比较．结果证明,基于裂纹闭合现象的裂纹扩展模型能很好地模拟随机载荷下的疲劳裂纹扩展,理论计算结果与试验结果相吻合,具有工程实用价值．     

微机辅助近门坎区疲劳裂纹扩展速率测试

本文介绍了用降 K 增 K 法测疲劳门坎值ΔK_(th)及近门坎区疲劳裂纹扩展速率的 Apple-Ⅱ微机辅助测试系统。提出了有效利用降 K 法时,如何给定变载系数 C与降载扩展间隔(Δa)_D 以及如何正确确定门坎值。最后给出了系统用于 Lc9铝合金近门坎区腐蚀疲劳裂纹扩展速率的试验结果。