高-低加载下载荷幅值对疲劳寿命的影响

对拉剪电阻点焊试样进行了两级加载疲劳试验,试验中,第1组试件的2个载荷水平均在低周范围,第2组试件的一个载荷水平在低周范围,另一个在高周范围。结果表明,对于高-低加载,其存在过载延迟现象,并且在低-中高周疲劳的过程中,存在明显寿命增加的现象。利用线性损伤累积准则,分析了两级加载下的累积损伤规律和载荷幅值差异对于累积损伤的影响。     

变幅加载下基于动态响应特性的点焊接头疲劳寿命预测

以汽车车身材料镀锌低碳钢BJXH50为母材的点焊接头为研究对象,在测量变幅疲劳过程中的点焊试件的动态响应特性的基础上,对单点点焊接头的疲劳损伤及寿命预测问题进行研究.在恒幅和变幅加载下对点焊试件进行疲劳试验,并结合动态响应测量,提取点焊试件在疲劳过程中的固有频率变化数据.在常幅和变幅加载下分别对单点点焊接头疲劳过程中固有频率的变化特征进行分析,定义频率幅度变化率,并利用频率幅度变化率的大小来表示载荷水平引起的损伤程度,提出以频率幅度变化率和当前循环数来表示载荷水平的作用效果.基于频率幅度变化率和当前寿命循环数,建立变幅加载下单点点焊接头疲劳寿命预测模型,该预测模型可有效避免了载荷谱分析和损伤计算过程中产生的误差,取得很好的效果.     

两级加载下ST12点焊接头的疲劳累积损伤

近几十年来,关于点焊问题,国内外学者从焊接性、影响因素到拉伸疲劳特性等方面展开了大量试验及理论研究,进行了一些关于强度问题的理论研究分析。本文以承受拉剪作用的ST12点焊接头作为研究对象,通过两级加载试验,分析了载荷顺序、平均应力和过载效应等因素对电焊接头寿命的影响。     

LY12CZ铝合金拉扭复合载荷下疲劳损伤律实验研究

对LY12CZ铝合金薄壁圆管试样进行多种路径下按高—低和低—高顺序作用的两级变幅载荷下的疲劳损伤累积实验。分析两级变幅循环载荷下各种路径的疲劳累积损伤规律,以及第一级载荷作用循环次数对试件总的疲劳寿命的影响。实验结果表明,在多轴拉扭复合加载的情况下,累积损伤规律呈现出非线性,且损伤程度受第一级载荷作用循环次数影响。     

高速列车车体加速寿命试验载荷谱编制及分析

铝合金车体是高速列车的关键核心部件,设计中需要满足超长疲劳寿命要求。工程中,为避免实际运行中发生疲劳失效,同时降低试验成本,常采用加速寿命试验方法。采用车辆系统动力学方法计算获得车体随机载荷谱,对载荷谱进行处理,得到载荷频次图;基于FKM标准,编制三种载荷比下1×10⁷次循环对应的车体加速载荷谱;采用有限元法,分别施加三种载荷比条件下的载荷谱,得到对应的加速系数;分别采用线性及非线性损伤累积理论,分析载荷块谱的加载顺序对车体损伤累积的影响。得出结论：在原始载荷谱和加速载荷谱作用下,车体结构各点疲劳损伤均小于1,满足设计要求;分别提高载荷比至P=1/3和P=2/3,对应的加速系数为12.75和218.65;载荷谱加载顺序对车体疲劳累积损伤有影响：以P=2/3为例,高-低顺序载荷谱循环632次时,损伤值累积达1,而对应相同的损伤值,低-高顺序载荷谱仅需要循环614次。结果表明车体承受载荷存在低应力幅占优的特点,即低-高加载顺序具有更好的加速效果。对车体加速寿命试验载荷谱的编制及分析方法研究,为车体台架疲劳试验提供理论依据及科学指导。     

叶片高低周复合疲劳试验技术研究

为了验证叶片在高低周复合载荷作用下的疲劳寿命,建立了叶片高低周复合疲劳试验技术。基于圆柱滚子轴承和直线滑轨提出了正交载荷解耦方法,利用外部信号触发方式建立联合载荷协调加载控制技术。以某涵道尾桨风扇叶片为研究对象,开展其在离心载荷/低循环疲劳和气动载荷/高循环疲劳耦合作用下的疲劳试验。试验复合载荷控制精度优于±1%,同步协调加载时间间隔小于0. 3 s。结果表明,提出的高低周复合疲劳试验技术有效地解决了叶片正交载荷解耦和协调加载控制等技术难点。为提高叶片类部件的高低周复合疲劳寿命预测精度提供技术支持。     

载荷历程效应对316L钢疲劳蠕变行为的影响

设备运行时,由于操作需要或其它一些偶然因素,载荷幅值常会发生变动,不同幅值的载荷先后加载会产生载荷历程效应,导致材料响应发生改变.通过316L不锈钢高温环境下单级、两级应力和温度载荷的疲劳蠕变试验,研究了载荷历程效应对316L不锈钢疲劳蠕变行为的影响.结果表明,在高低、低高两种两级加载模式的作用下,载荷历程效应使得材料疲劳蠕变行为在载荷转变时有明显的差异.不同幅值、不同寿命分数的第一级载荷作用将使材料发生不同程度的硬化或软化,进而影响后继第二级载荷作用下材料的循环行为.     

冲击和非冲击疲劳载荷下过载对随后裂纹扩展的影响

对12CrNi3A钢在冲击和非冲击疲劳载荷下的过载裂纹扩展延迟效应的研究表明:过载对随后裂纹扩展的影响不仅取决于过载力作用下的裂尖塑变,还取决于随后基载力作用下的裂尖塑变。过载对随后裂纹扩展的影响存在两个互为矛盾的方面:一是裂尖塑变损伤促进裂纹扩展:另一则是产生的裂尖残余压应力场和闭合效应延缓裂纹扩展,两方面共同作用结果才能最终决定对随后裂纹扩展的影响。相同条件下,冲击疲劳载荷下的延迟期M_d高于非冲击疲劳载荷下的延迟期。     

Q345R拉伸过载作用下裂纹扩展行为的影响因素研究

针对部件服役过程中,在常幅循环加载中引入单个拉伸过载作用的行为,研究过载比、应力比和试样厚度对单个拉伸过载后的裂纹扩展行为和疲劳寿命产生的影响。采用Q345R标准紧凑拉伸试样为研究对象,开展不同过载比、应力比和厚度条件下,在常幅加载过程中引入单个拉伸过载作用下疲劳裂纹扩展行为的试验。试验结果表明:在保持应力比、过载比和试样厚度中的任意两个条件一致的情况下,过载比越大,迟滞效应越明显;应力比越高,迟滞效应越弱;试样厚度增加,迟滞效应减弱。利用半幅降载勾线法,研究由过载引起的沿试样厚度方向的裂纹扩展形貌的变化,并一定程度上解释了厚度效应对过载行为的影响。根据试验和分析结果,对于Q345R在实际服役过程中的寿命评定起重要作用。     

《工程材料高低循环复合疲劳》讲座(四)——高、低循环复合疲劳寿命预测

构件的疲劳寿命,在一般情况下是由裂纹形成循环数与裂纹扩展的循环数之和组成,在特殊情况下,可以重点确定其中一种。一、燃气涡轮构件材料高温高低循环复合疲劳寿命估算燃气涡轮盘、叶片等构件在其轮缘、孔边榫头及榫槽等局部关键部位,均承受着离心力和热应力的低循环载荷并叠加高循环振动载荷,简化载荷谱如本讲座(一)图4所示。失效寿命定义为控制应变的最大载荷下降25%所对应的循环块作为高低循环复合疲劳失效寿命,以下简称为高低循环复合疲劳寿命。     

汽车钢板拉剪点焊接头疲劳寿命分析

讨论了恒幅及变幅载荷作用下,拉剪点焊接头的疲劳性能,并应用断裂力学对实验结果进行了分析和整理。对于母材断裂伸长率较大、载荷水平较低的试件,其疲劳寿命较好地符合疲劳损伤累积的线性理论。而伸长率小、载荷水平高的试件则表现出较明显的裂纹扩展特征。实验结果还表明,焊接时由于钢水挤出,在焊点附近形成的“散花”有利于提高疲劳寿命。     

两级载荷作用下的损伤累积规律及其试验验证

研究累积损伤规律的文献很多,但迄今为止,各种能反映加载顺序影响的累积损伤理论都认为试样在按由高到低顺序排列的多给载荷作用下疲劳破坏时必有累积损伤的结果。本文作者经过分析研究认为,这些理论只反映了问题的一个方面。本文根据金属系中显微结构稳定性原理,提出并论证了对于循环硬化材料,在高-低两级载荷作用下,当第一级高载荷作用次数较少时必然有累积损伤的结果,进而推出在按高-低顺序排列的多级载荷作用下也有累积损伤的情况。而对于循环软化材料则相反。并就循环硬化材料的光滑试样进行了高-低两级加载的试验难证。在试验的基础上对累积损伤的计算提出了一些设想。     

名词解释

循环应力应变曲线在低周疲劳试验中,经过一定次数的循环后,应力应变的变化趋于稳定,迟滞回线接近于封闭环的应力-应变曲线。应力-寿命曲线在疲劳试验中,得到的各应力σ及其相应的寿命N之间关系的曲线;在低疲劳试验中,得到的各应力σ及其相应的寿命N之间关系曲线,这两条曲线统称S-N曲线。尺寸系数除试样尺寸外其他情况均相同时,非标准尺寸试样的疲劳极限与同材料标准尺寸试样的疲劳极限之比值。载荷谱将实测的载荷-时间历程舍去小载荷,进行简化及处理后得到的用于疲劳试验的加载谱。     

TRIP钢板电阻点焊接头的疲劳性能

分别对TRIP800钢板母材、点焊接头进行疲劳试验,获得了载荷与疲劳寿命曲线,并对其显微组织、硬度、疲劳寿命和疲劳断口形貌进行了研究。结果表明:点焊接头的熔核区组织为板条状马氏体,热影响区为马氏体、铁素体及高温回火贝氏体组织,与母材的有较大差异;熔核区和热影响区的硬度比母材的高;TRIP钢点焊接头缺口效应严重以及大量脆性马氏体组织的存在,使得点焊接头的疲劳寿命明显降低,只有母材的1/10左右;母材的疲劳源均位于试样外表面的缺陷处;而由于缺口应力集中作用,点焊接头的疲劳源位于缺口附近的微观缺陷处,夹杂物的存在仍然是裂纹萌生的主要原因;母材的疲劳扩展区表现为韧性断裂,点焊接头表现为脆性断裂,瞬断区都表现为脆性断裂。     

疲劳损伤状态的等效性

从疲劳过程的宏观，微观两个方面分析，论证了疲劳损伤的等效性问题，本文进行的确定“等效循环数”的疲劳试验，确定传统的“等效损伤状态”下Ｓ－Ｎ曲线（应力－剩余寿命曲线或称剩余Ｓ－Ｎ曲线）的剩余寿命试验和考察高－低，低－高不同加载顺序下疲劳损伤累积规律的试验，都证实了不存在一般意义上的“等效损伤状态”的观点。     

拉—拉变幅循环加载下15MnVN钢切口件的疲劳寿命估算

用拉－拉变幅循环加载下１５ＭｎＶＮ钢发口件的疲劳实验进一步验证作者已提出的变幅载荷下给定存活率的疲劳寿命的估算模型。结果表明，对于１５ＭｎＶＮ钢这类没有超载效应的金属切口件，在旋转弯曲恒幅疲劳试验确定了试件恒幅载荷下的Ｐ－Δσｅｑｖ－Ｎ曲线以后，亦可根据Ｍｉｎｅｒ定则计算其在拉－拉变幅循环加载下具有给定存活率的疲劳寿命或累积损伤值，并给出了定量表达式。     

基于泊松随机过程的风力发电机叶片疲劳寿命估算

疲劳寿命决定了正常工况下工程结构服役期限的长度,对其进行准确预测对于零部件疲劳强度设计至关重要。由于机械零部件在工作期间经常会受到随机变幅载荷的作用,载荷间相互作用效应现象十分显著,导致单次循环载荷对材料所造成的疲劳损伤量发生变化,若忽略该效应会影响疲劳寿命估算的准确性。针对当前研究中的疲劳损伤累积法则无法考虑该效应的问题,提出一种将非齐次泊松随机过程函数与伴随损伤理论相结合来估算零部件疲劳寿命的方法,解决了由于载荷间相互作用效应所带来的载荷作用顺序的问题,并以随机加载试验为例验证了该方法的准确性。将其应用于风力发电机叶片的疲劳寿命估算过程中,结果表明该方法可靠、有效,为风力机叶片的疲劳可靠性设计提供了新的路径。     

考虑分级加载的连续非线性Chaboche-Paris全寿命模型

结构疲劳全寿命可分为裂纹萌生和裂纹扩展两个阶段,裂纹萌生寿命和裂纹扩展寿命的预测通常分开进行,很少有理论能将两者合二为一。结合CHABOCHE提出的非线性损伤理论,对Paris公式进行修正,将其扩展至全寿命阶段;建立损伤累积与裂纹长度关系模型,分析分级加载对损伤累积的影响。计算结果表明,提出的Chaboche-Paris全寿命模型对无初始裂纹结构的寿命预测结果与其S-N疲劳试验数据结果一致,对具有宏观可见裂纹结构的寿命预测结果与Paris公式计算结果一致,验证提出的全寿命模型在全寿命预测和裂纹扩展寿命预测两个阶段的可用性和正确性;分级加载时,Chaboche-Paris模型可以体现出加载顺序对疲劳损伤累积的影响,当外载为低-高加载时,循环比之和大于1,当外载为高-低加载时,循环比之和小于1,与试验结果吻合。     

基于非线性连续疲劳损伤的再制造毛坯剩余寿命评估

在考虑裂纹闭合效应对疲劳损伤影响的情况下,对Chaboche提出的非线性连续疲劳累积损伤模型进行了修正,得到了疲劳累积损伤及再制造毛坯剩余寿命评估模型,并由对称循环拉压疲劳试验数据得出了修正模型的相关参数。通过二级加载(高低加载和低高加载)拉压疲劳试验对再制造毛坯剩余寿命评估模型进行了验证,结果表明模型计算值和试验值吻合良好,证明修正后的模型能够准确预测再制造毛坯的剩余寿命。     

一种基于参数影响的数据驱动下的疲劳寿命预测方法

金属构件的主要失效方式是在循环载荷作用下的疲劳破坏,因此金属构件的疲劳寿命预测对于保证结构安全性和可靠性十分必要。能量法是一种既能用于低周疲劳寿命预测,也能用于高周疲劳寿命预测的方法,其以寻找有效的显式能量损伤参量为手段,结合适当的损伤积累方式进行寿命评估。针对材料疲劳寿命预测问题,提出一个基于能量法和人工神经网络算法的疲劳寿命预测方法。为了达到反映不同加载路径影响的目的,从转动惯量的角度引入两个路径相关参量。使用基于应变控制的九种材料的疲劳试验数据对提出的神经网络模型进行训练、测试。结果显示模型对训练数据和测试数据均有良好的预测精度,并可对单轴加载、多轴加载、高周疲劳和低周疲劳寿命进行有效预测,表明本模型在多轴疲劳寿命预测方面具有较广泛的适用性。