对2024铝合金疲劳裂纹扩展寿命进行预测

通过二维弹塑性有限元计算得到Ⅰ型静态裂纹在常幅疲劳载荷下裂纹尖端塑性应变能,进而获得裂纹尖端塑性应变能和应力强度因子幅值的非线性关系;根据能量平衡概念,建立了裂纹扩展速率与裂纹尖端塑性应变能的关系。由此得到一种基于裂纹尖端塑性应变能的疲劳裂纹扩展寿命预测模型,利用该模型预测了中心裂纹平板的疲劳裂纹扩展寿命,预测结果与试验值吻合得很好。     

变幅载荷下的钢板弹簧疲劳裂纹扩展研究

钢板弹簧疲劳裂纹在变幅载荷作用下的扩展预测模型主要是Schütz疲劳裂纹扩展模型,但此模型未考虑裂纹闭合效应对疲劳裂纹扩展的影响,忽略了参数C和n随应力比的联系,疲劳裂纹门槛值△Kth也只考虑应力比为0的特殊工况.因此对Schütz疲劳裂纹扩展唯象模型进行修正,使修正后的模型各参数物理意义更加明确,适用于不同的工况.并将实车试验所测的应力幅值运用于修正后的模型,表征变幅载荷作用下钢板弹簧疲劳裂纹扩展进程.表明加载幅值增大,疲劳裂纹扩展速率加快,试验结果与模型预测结果良好吻合,为变幅载荷作用下疲劳裂纹扩展速率的计算提供了理论依据.     

16MnR钢过载峰作用下的疲劳裂纹扩展行为研究

基于有限元法和Jiang-Sehitoglu循环塑性本构模型,动态模拟单个过载峰作用下裂纹扩展中的裂纹闭合行为。提取不同加载工况下的裂纹闭合和张开载荷,并考察不同工况和不同裂纹长度对裂纹闭合和张开载荷的影响。根据详细的裂纹闭合分析结果,研究单个拉伸过载下疲劳裂纹在不同阶段的扩展行为与裂纹闭合的对应关系,认为过载后裂纹闭合行为的改变是引起裂纹扩展行为改变的主要机理。根据有限元分析结果,提出一种改进的等效应力强度因子范围的计算方法,将其作为疲劳裂纹在整个扩展过程中的驱动力。拟合出单个过载峰作用下16MnR材料的裂纹扩展速率的预测公式,并将预测结果与试验结果进行对比,结果吻合。     

结构载荷加重系数对疲劳裂纹扩展寿命的影响

介绍飞机结构载荷加重方法,通过经典疲劳裂纹扩展公式推导出载荷加重系数与寿命之间的关系。规划了变幅载荷谱和常幅谱两种谱型,分别通过载荷加重系数(1.05、1.1、1.15、1.2、1.3、1.4)在两种类型的试验件上进行试验验证。试验结果表明:在常幅载荷下,预测结果与试验结果吻合很好;变幅载荷谱下的结果虽没有常幅载荷下的结果理想,但误差范围比较小。通过载荷加重,能够大量缩短试验时间,并通过有效关系导出原谱下的裂纹扩展寿命。     

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。     

ADB610钢焊接接头中疲劳裂纹的扩展速率

对新型ADB610低碳贝氏体钢进行了焊条电弧焊接,采用柔度法得到了焊接接头裂纹长度(a)和循环寿命(N)的关系曲线;根据a-N曲线采用一次七点递增多项式拟合方法计算了母材、热影响区和焊缝的疲劳裂纹扩展速率(da/dN),并和应力强度因子范围(ΔK)数据进行回归拟合,得到了以Paris公式表达的焊接接头各区域的疲劳裂纹扩展速率表达式。结果表明:在疲劳裂纹扩展的初期和中期,焊缝的裂纹扩展速率最慢,母材区裂纹扩展速率最快;在裂纹扩展末期,三区域的裂纹扩展速率相近。     

有机玻璃疲劳裂纹扩展定量分析

采用断裂力学方法分析了有机玻璃裂纹尖端应力分布及银纹微纤化断裂机理 ,由此建立的力学模型所得到的疲劳裂纹扩展表达式 ,能较好地拟合有机玻璃疲劳裂纹扩展实验数据。而由裂纹扩展实验数据通过线性回归计算得出的裂纹扩展系数 B和理论门槛值 ΔKth可分别定量描述有机玻璃在中部区和近门槛区的扩展行为 ,且 B值与有机玻璃拉伸性能之间存在确定的函数关系 ,认为这两个参数可作为评估有机玻璃疲劳裂纹扩展行为的基本参量。     

焊趾位置表面裂纹疲劳扩展形状计算

针对结构中出现的表面裂纹诱发断裂现象,利用断裂力学理论中裂纹尖端应力强度因子与裂纹扩展能量释放率的关系,依据裂纹扩展时裂纹前沿各点的有效能量释放率相等,在考虑裂纹闭合效应的基础上提出一种表面裂纹扩展形状演化计算方法。采用提出的方法计算了T型焊接结构焊趾位置表面裂纹在拉伸疲劳载荷作用下的表面裂纹形状参数函数关系,模拟出表面裂纹疲劳扩展时的形状演化过程。进行了T型焊接试件的表面裂纹扩展有限元模拟和试验,结果与理论计算结果基本一致,验证了基于能量释放率的结构表面裂纹疲劳扩展形状演化计算方法的有效性。     

疲劳裂纹扩展速率统计分析

将疲劳裂纹扩展速率分解为确定性趋势和随机涨落两部分，应用概率统计和随机数据处理方法分析了疲劳裂纹扩展速率的确定性趋势参数的统计分布和随机涨落数据的幅值特性，相关函数和功率谱密度函数，为疲劳裂纹扩展统计规律研究提供了依据。     

水泵轴用钢疲劳裂纹扩展特性研究

介绍了柔度法疲劳裂纹扩展自动测量系统的研制和结果。该系统适用于频率不高于２５０Ｈｚ的疲劳试验,可以实时地将采集到的载荷位移数据用柔度法转换为裂纹长度,并计算出相应的应力强度因子范围和裂纹扩展速率。利用该系统对水泵轴用钢的疲劳裂纹扩展特性进行了较详细的研究,给出了４２ＣｒＶ和ＩＲ３Ｍｏ的疲劳裂纹扩展速率和门槛值。     

Fatigue life prediction by statistical approach under constant amplitude loading

In general, the experimental data of fatigue crack growth rates scatter very much even under identical experimental condition such as a constant amplitude loading condition. It is, thus, essential to take into account the data scatter of crack growth rates by using statistical approach for a reliable fatigue crack, propagation analysis. In this study, fatigue crack propagation tests were conducted on a 1.02 mm-thick 2024-T3 aluminum alloy under a constant amplitude loading condition. The distribution of the fatigue crack propagation life is estimated by using the stochastic Markov chain model based on a modified Paris-Erdogan equation to consider the variability of the fatigue crack growth. The fatigue lives estimated by using the Markov chain model are found to be agreed well with the experimental results.     

Effect of single overload on fatigue behavior in the welded haz of low alloy steel

Room temperature fatigue crack growth behavior was obtained for 4140 parent steel, parent heat treated (same as PWHT), as-welded HAZ and PWHT HAZ material under R≈O constant amplitude loading and single tensile overloads with an over load ratio (OLR: P_over/P_max) of 2.5. Double pass automatic submerged arc welding with AWS EM2 electrode was used. PWHT was performed at 650°C for one hour. Constant amplitude fatigue crack growth behavior was very similar for all four material conditions in the log-log linear Paris region. All material conditions responded favorably to the single tensile overloads with fatigue crack growth retardation ranging from 2.5×10⁵ to 4.5×10⁵ cycles which corresponded to life increases of 250 to 400 percent. SEM analysis indicated many similarities on the fatigue fracture surfaces with predominant ductile quasi-striation morphology.     

Discrepancies of fatigue crack growth behaviour of API X65 steel

This paper discusses the fatigue life behaviour of the API X65 steel tested under constant amplitude loading in ambient temperature. The influence of repeated loading at a particular stress ratio would favour the initiation of fatigue cracks that would consequently affect the fatigue crack growth. The main objective of this paper is to evaluate the load ratio effects on fatigue crack growth rate, taking into account their statistical characteristics. The fatigue crack growth test was carried out using compact-tension specimen at different load ratios of 0.1, 0.4 and 0.7. The experimental results showed the crack growth rate was dependent on the applied load. It was observed that the load ratio effect was less significant in stable crack growth regions. The result was consistent with the multiple regression test obtained by the least square method at a significance level of 0.05. The empirical model of Paris and Walker was utilised to evaluate the effects of load ratio on the fatigue crack growth rates. The approximation of fatigue life lies between 10-25 % of error using conservative model and 6 % error using the Walker model. The experimental data was scattered within a factor-of-2 correlation line suggesting that the accuracy of the experimental data towards the estimated values was high.     

裂纹扩展过程中电磁谐振疲劳试验系统动态特性分析*

电磁谐振疲劳裂纹扩展试验系统是一种工作在谐振状态下测试金属材料断裂特性的试验装置,要求在裂纹扩展过程中精确跟踪系统的固有频率和控制试验载荷,为达到这一目的,需要对裂纹扩展过程中系统的动态特性进行精确的分析。据此,建立3自由度有阻尼电磁谐振疲劳试验振动系统的数学模型,采用ANSYS有限元法计算CT紧凑拉伸试件的刚度,研究不同材料试件刚度、系统固有频率,试验载荷幅频曲线、共振振幅在裂纹扩展过程中的变化规律,并进行相关试验,试验结果表明：系统固有频率计算值与试验测量值之间的最大偏差为1.9 Hz;系统动态特性仿真结果与试验结果能够较好地吻合。该研究结果为电磁谐振式疲劳试验载荷的高精度控制提供了理论依据。     

填充天然橡胶材料裂纹扩展模型的建模方法

填充天然橡胶材料疲劳裂纹扩模型是指裂纹扩展速率与撕裂能峰值之间的关系,它是用于橡胶减振元件疲劳寿命预测的重要模型。在裂纹扩展试验得到的填充天然橡胶材料裂纹扩展长度与循环次数的数据中,由于橡胶的应力软化现象,试验后期的部分数据不可用。为此,建立了数据处理方法,获得有效的裂纹扩展长度与循环次数数据。基于单轴拉伸载荷下填充天然橡胶材料最大应变能密度与最大应变满足幂函数关系的假设,建立了变幅加载工况下裂纹扩展长度与循环次数的数学模型和识别其模型参数的优化方法。在建立的裂纹扩展长度与循环次数模型的基础上,建立了裂纹扩展速率与撕裂能峰值关系的模型和确定模型中参数的数值方法。利用一组哑铃型试片的疲劳寿命实测数据,对建立的裂纹扩展速率模型进行了验证,证明了所建立模型的正确性。     

某型飞机机翼Ⅱ梁框疲劳寿命研究

某型飞机机翼Ⅱ梁框是重要的受力部件,必须准确估计疲劳寿命,以预防疲劳事故的发生。采用名义应力法和局部应变法两种方法及Miner累积损伤理论估计疲劳裂纹形成寿命;在随机载荷谱转化为等幅载荷谱的基础上通过Walker方程求得疲劳裂纹扩展寿命,从而估算出某型飞机机翼Ⅱ梁框的疲劳寿命。估算结果与试验结果吻合很好。     

The effect of variable amplitude loading on stress distribution within a cylindrical contact subjected to fretting fatigue

A finite element model of a cylindrical Hertzian contact on a test sample subjected to alternating shear loading has been developed. The model has been used to investigate shear stress distributions at the contact during variable amplitude fretting fatigue for a load configuration in which the sample cyclic stress is applied in phase with shear force on the cylindrical contact. It has been found that during constant amplitude cyclic loading, shear stress distributions and positions of the stick-slip boundary at load maxima and minima remain fixed. Application of overloads changes the stress distribution and the position of the stick-slip boundary attained by loading of subsequent cycles. The largest cycle maximum stress determines the position of the stick-slip boundary adopted by subsequent smaller amplitude cycles. In general variable amplitude fretting fatigue the position of the stick-slip boundary will be changing with each load cycle. Hence fatigue initiation processes will occur at locations dispersed over an extended region over the contact. The implications of this behaviour for models for fretting fatigue life calculation are explored.     

确定有限疲劳可靠性数据良好假设分布的一种统一方法

拓展疲劳寿命数据分析方法到循环应力幅数据和短裂纹扩展率数据分析,综合考虑总体拟合效果,与疲劳失效机制的一致性和设计结果的安全性3要素,提出从7种常用统计分布中确定有限疲劳可靠性数据良好假设分布的统一方法。给出了7种常用统计分布参量估计与统计推断技术以及评价3要素的技术。16Mn钢,Q235钢和1Cr18Ni9Ti钢焊接头疲劳寿命数据及循环应力幅数据和短裂纹扩展率数据的分析结果表明,在有限数据条件下,极大值分布和对数正态分布是疲劳寿命的良好假设分布,极小值分布和正态分布是裂纹扩展率和循环应力幅的良好假设分布。     

飞机座舱风挡框架材料横向裂纹扩展性能研究

试验研究了 CCT试件在等幅载荷谱作用下的裂纹扩展性能 ,拟合得到了 Paris公式材料常数 c,n,并分析了其统计分布特性 ,检验了平均值 c,n的合理性 ;计算得到了材料的 P- a- N曲线及试件本身的 a- N曲线 ,为飞机座舱风挡框架结构损伤容限分析奠定了基础