镁合金疲劳行为的研究现状及展望

简要介绍了镁合金在疲劳加载条件下的循环应力响应行为、疲劳裂纹萌生与扩展行为以及疲劳断裂的微观特征，分析了镁合金的显微组织、冶金和表面状态等材料内在因素以及环境、温度等外部因素对镁合金的疲劳强度、疲劳寿命、疲劳裂纹扩展速率的影响规律，指出了机械抛光、喷丸处理、表面滚压等表面机械加工方法以及适当的热处理均可有效地提高镁合金的疲劳强度和疲劳寿命．此外，也对镁合金疲劳行为的未来研究方向和发展趋势进行了展望．     

镁合金疲劳行为的研究现状及展望

简要介绍了镁合金在疲劳加载条件下的循环应力响应行为、疲劳裂纹萌生与扩展行为以及疲劳断裂的微观特征，分析了镁合金的显微组织、冶金和表面状态等材料内在因素以及环境、温度等外部因素对镁合金的疲劳强度、疲劳寿命、疲劳裂纹扩展速率的影响规律，指出了机械抛光、喷丸处理、表面滚压等表面机械加工方法以及适当的热处理均可有效地提高镁合金的疲劳强度和疲劳寿命.此外，也对镁合金疲劳行为的未来研究方向和发展趋势进行了展望.     

再生沥青混合料的黏弹性动态响应及疲劳性能

为了分析废旧沥青路面材料(RAP)对热拌沥青混合料的黏弹性动态响应及疲劳性能的影响,设计了不同RAP掺量(10%、20%、30%)及不同级配(AC-13和AC-16)的沥青混合料,采用沥青混合料性能试验仪(AMPT)在不同温度和加载频率下的动态模量,之后采用时间-温度等效原理,确定了不同沥青混合料的动态模量主曲线;并对不同沥青混合料进行了单轴拉伸疲劳试验,通过简化的黏弹性连续损伤模型(S-VECD),确定了不同级配、不同RAP含量的沥青混合料的损伤特征曲线(C-S),及基于能量的疲劳失效标准与疲劳加载次数之间的关系(GR-Nf).结果表明:沥青混合料的动态模量随着温度的升高、加载频率的降低而降低,温度越低、频率越高,沥青混合料越接近弹性体,反之越接近黏性体;从不同级配的沥青混合料的动态模量主曲线中可以看出,RAP含量越高,其动态模量越高,但总体来看相差不大.疲劳试验及分析表明:RAP含量较高时,其疲劳性能较低,表明其应力松弛能力较差,因此应更加关注再生沥青混合料的抗疲劳性能.     

热声载荷作用下薄壁壳结构非线性响应及疲劳寿命估算

高超飞行器表面薄壁结构在热声载荷下发生复杂非线性响应,结构内部快速变化的应力对结构疲劳寿命有显著影响。在原有平板结构计算结果基础上,利用有限元法对薄壳结构在热声载荷下的大挠度非线性随机响应进行了分析,得到了薄壁壳在均匀温度下的非线性响应,结合线性损伤理论和雨流循环计算法对薄壁壳结构疲劳寿命进行了估算。结果表明,薄壁壳在热声载荷下的非线性响应呈现明显的稳定-失稳-稳定过程,结构寿命在失稳状态下受到严重影响;非线性响应的应力幅值和均值共同表征结构的疲劳损伤特性。     

加载速率对能量积聚与耗散的影响

为研究加载速率对岩石内能量积聚与耗散的影响规律,运用FLAC3D软件结合岩石CT扫描结果重构出具有真实分布的非均质模型,并进行多加载速率单轴模拟试验,借助Fish语言实现加载过程中能量积聚及耗散量的统计.结果表明:加载速率增加将会使能量耗散和积聚更早发生,介质中弹性能存储密度的最大值与加载速率呈正相关的指数关系,指出研究介质力学响应应当与加载条件建立对应关系.     

沥青混合料蠕变破坏过程能量损失研究

对不同沥青品种、不同级配类型的十种沥青混合料进行了劈裂蠕变试验，分析了蠕变破坏过程中的能量损失规律。应用能量耗散理论分析蠕变累积能耗与应力水平关系，为用蠕变试验结果预测沥青混合料疲劳性能及建立损伤破坏统一模型奠定基础。     

预应变对低合金钢循环滞回能的影响

通过对经历预应变试样的低循环疲劳试验，分析了循环滞回能的循环相关性及其瞬态响应，建立了循环滞回能和总失效吸收能与疲劳寿命之间的关系，并从能量耗散角度讨论了预应变对疲劳寿命的影响。     

16MnR钢中温低周疲劳行为研究

通过16MnR钢在中温环境范围内应力控制模式下的低周疲劳试验,研究了环境温度对16MnR钢疲劳性能的影响以及300℃、420℃时材料的循环响应.研究表明: 材料在300℃左右存在"篮脆"现象,疲劳强度明显高于其他温度;在同一温度下,随着平均应力和应力幅度的升高,材料的循环蠕变速率增大;在300℃、420℃两种温度环境下材料表现出循环相关硬化和Masing特性;ASME低周疲劳设计曲线适于16MnR钢300℃时的疲劳设计,但不适于420℃时的疲劳设计.     

沥青混合料粘弹性参数及其应用

为确定沥青混合料的粘弹性参数,在10,5,0,-5,-15,-20,-25,-30 ℃下进行了应力松弛试验,采有Maxwell摸型,运用粘弹性力学相关理论对沥青混合料的粘弹性参数测定方法进行了分析,提出了该测定方法的数学模型,并用Origin软件进行了计算求解.分析指出,用累计耗散能可分析沥青混合料的疲劳破坏,累计耗散能与疲劳寿命之间存在唯一的关系,其它因素如试验方法、加载频率、加载模式、温度等对其影响不大.最后简要说明了累积耗散能的求解方法.     

利用PTC热敏电阻热耗散转速仪的研制

根据PTC电阻－温度特性，研制了热耗散转速仪，并阐述了热耗散转速仪的结构和原理，实验结果表明，该转速仪可以测量流体的流速，当流速增加时，通过PTC电阻的电流按指数规律增加，在流体的测量中有广泛的应用。     

Q345高周疲劳失效机理及固有耗散能研究

双相钢Q345多用于建筑或机械结构的承力构件,循环载荷的长期作用使得构件在低于其静强度的载荷条件下发生疲劳断裂,经济可靠的强度设计需要对材料的疲劳失效进行研究。作者利用电磁谐振高频疲劳试验机,在载荷频率140 Hz、应力比为-1条件下,得到不同失效概率时材料高周疲劳（10⁴周次< 疲劳寿命< 10⁷周次）应力-寿命（S-N）曲线。利用扫描电子显微镜观察材料受到循环载荷作用后的显微结构的变化和疲劳失效后试样的断面微观形貌,研究材料疲劳裂纹的萌生和扩展。同时,利用红外热像仪记录Q345试样表面的温度场随循环载荷作用周次的变化,研究材料在高频循环载荷作用下的固有耗散能。双相钢Q345在高频循环载荷作用下的疲劳失效主要是由于铁素体-珠光体双相结构在循环载荷作用下的微观强度差异使得微观裂纹首先萌生于相对薄弱的铁素体晶粒,且随循环载荷周次的增加而裂纹逐渐扩展。珠光体晶粒对疲劳裂纹的扩展起阻碍作用,使得疲劳裂纹沿铁素体或铁素体与珠光体之间的晶界向前扩展。当载荷幅值低于其高周疲劳极限时,试样表面温升不明显;有限寿命的载荷条件下,试样表面温度场的变化受到材料微观变形的影响,基于试样表面温度场的变化,能快速确定材料的高周疲劳强度极限。高频循环载荷作用下,单位体积材料的固有耗散能与载荷之间呈非线性关系,在热力学框架内建立了材料的固有耗散能表征模型。     

Pseudo-elastic hysteresis damping characteristics of SMA hybrid composite lamina

The longitudinal mechanical behavior of shape memory alloy （SMA） composite lamina subjected to longitudinally strain or stress controlled cyclic loading is investigated. The SMA is under pseudoelastic condition and the fibers are embedded （bonded） to the host material. The influences of temperature, volume fraction of SMA and longitudinal modulus of the host material on the stress-strain relation and energy dissipation of the SMA hybrid composite lamina are discussed. The results indicate that the stress-strain curve of the lamina per cycle shows a hysteresis loop. The hysteresis damping decreases with increasing temperature and with decreasing volume fractions of SMA. In addition, the hysteresis damping is nearly independent of the longitudinal modulus of the host material under strain controlled loading. However, it depends dramatically on the longitudinal modulus of the host material under stress controlled loading, which shows the SMA composite lamina has high pseudo-elastic hysteresis damping when the longitudinal modulus of the host material is low.     

16MnR轴对称三维应力状态下高温低周疲劳寿命评价

通过对 1 6MnR带缺口的圆柱试样的轴对称三维应力状态下高温低周疲劳试验 ,并应用NHRDS有限元程序进行了缺口附近轴对称问题的循环应力、应变分析计算 ,得出了各试样危险点的应力、应变分量值和当量应力、当量应变值。基于当量概念这一基本准则 ,分析材料疲劳过程的能量损耗 ,利用当量塑性应变能密度评价了该材料轴对称三维应力状态下不同应变速率下的疲劳寿命 ,并在此基础上分析了应变速率对疲劳寿命的影响。试验结果表明 ,该材料轴对称三维应力状态下高温低周疲劳寿命用当量塑性应变能密度来表征是可行的 ,应变速率对疲劳寿命的影响可以通过将疲劳寿命评价公式中的材料常数用应变速率的函数来表示的方法得以定量的体现。     

Inconel 625合金的室温低周疲劳与断裂行为

为了对Inconel 625合金构件的抗疲劳设计提供可靠的理论依据,在室温下对Inconel 625合金进行了轴向总应变幅控制的低周疲劳实验,分析了室温下合金的应变疲劳寿命和循环应力应变数据,进而给出了合金的应变疲劳参数.采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对Inconel 625合金试样进行了断口形貌分析和微观组织观察.结果表明,Inconel 625合金在室温下的弹性应变幅和塑性应变幅与载荷反向周次的关系可分别用Basquin和Coffin-Manson公式来描述.在室温疲劳变形过程中,Inconel 625合金会发生循环硬化和循环软化.合金的低周疲劳裂纹以穿晶方式萌生于疲劳试样的自由表面,并以穿晶方式扩展.     

材料低周疲劳中循环强化或循环软化的新描述

本文通过大量的ＬＹ１２ＣＺ铝合金、退火４０ＣｒＮｉＭｏＡ合金钢和ＢＨＷ３５压力容器钢三种不具有循环稳定特性的材料进行低周疲劳试验，提出了循环强化因子Ｈ（或循环软化因子）的概念，从而既能定量地又能统一地描述疲劳中的循环强化和循环软化特性．     

钢材的低周疲劳特性及双曲面本构模型的改进

为合理评估钢结构的地震损伤,研究结构钢的塑性变形与低周疲劳之间的耦合关系以及循环软化特性.通过对Q345qC钢材进行高应变反复加载试验,获得了相应的低周疲劳破坏和循环软化特性.通过研究承载力下降与塑性耗能密度之间的关系及对边界面进行缩放和移动,将循环软化特征引入材料的本构关系模型.在此基础上,采用改进后的本构关系模型对钢桥墩进行了反复荷载作用下的力学行为分析,讨论了循环软化对构件承载能力的影响.结果表明:Q345钢材具有较好的延性和较强的抗低周疲劳性能,试验未发现钢材塑性变形与低周疲劳之间存在明显的相关性;循环软化特征在较大的塑性应变状态下表现得更明显,修正后的双曲面本构关系模型可以较好地模拟钢材循环软化行为;考虑材料循环软化效应后,钢桥墩在反复荷载或地震作用下的承载力略有降低.     

AZ91E-T6镁合金平均应力松弛的本构描述及其在疲劳寿命预测中的应用

针对在低应变幅(Δε/2=0.003,0.005),应变比R=εmin/εmax=0的循环加载过程中,平均应力松弛对AZ91E-T6镁合金疲劳寿命影响较大的实验现象,采用Chaboche本构模型对平均应力松弛过程进行本构描述。推导了Chaboche本构模型的增量形式,采用应变控制的加载方式,获得了AZ91E-T6镁合金材料的循环应力应变迟滞曲线,并求得其稳态滞回环的平均应力,最后利用Morrow模型预测了AZ91E-T6镁合金材料的疲劳寿命。通过与已有实验数据的比较表明:Chaboche本构模型能较好地描述在应变控制条件下,AZ91E-T6镁合金材料的循环平均应力松弛行为,采用计算出的稳态滞回环平均应力结合Morrow模型能够对疲劳寿命作出较准确的预测。     

A five-parameter constitutive model for hysteresis shearing and energy dissipation of rock joints

Rock joints exhibit hysteresis shearing behavior and produce energy dissipation under shear cyclic loads, which however cannot be accurately depicted by existing constitutive models. This paper establishes a constitutive model for hysteresis shearing and associated energy dissipation of rock joints. Analytical expressions of the model during cyclic shearing processes are derived. Derivation of the model indicates no energy dissipation in the elastic stage. When the shear load exceeds elastic boundary, nonlinear energy dissipation takes place. Validations with experiments show that the proposed model provides good conformities with direct shear curves and hysteresis loops, and can predict the energy dissipation characteristics of rock joints under different working conditions. Compared to the constitutive models using Weibull’s distribution, the proposed one is smooth at the elastic boundary and can accurately capture the maximum shear stress. Unlike the existing incremental-type models, the proposed one provides clear and direct analytical expressions for both shear stress and energy dissipation during the whole displacement domain, which is more convenient in application.     

一种改进的当量应变能密度方法

讨论了循环加载下材料的塑性应变能、储能和热能耗散,发现当量应变能密度(equivalent strain energy density,ESED)准则相比Neuber准则多考虑了塑性应变能密度,因此当量应变能密度准则局部应变场估计值会远低于Neuber准则的估计值. 提出改进的当量应变能密度方法,改进方法的估算值比Neuber准则更接近试验值,且寿命估计结果在工程上应用安全. 改进的当量应变能密度准则的估计结果与疲劳失效试验结果符合较好.     

单轴加卸载条件下岩盐变形过程能量和声发射特征研究 （研究生论坛）

利用 MTS815 Flex Test GT 岩石力学试验系统及声发射(AE)实时监测系统,对取自平顶山和淮安两处矿井的纯盐岩进行了单抽加卸载试验,得到了岩盐的应力-应变加卸载曲线、声发射振铃计数率和能量率曲线,并且从能量与声发射的角度研究了纯岩盐变形破坏过程的基本特征。通过研究表明,岩盐单轴加卸载条件下,弹性变形阶段很短,屈服过程产生很大的塑形变形,且峰后的变形过程没有应力的急剧下降,整个实验过程中加卸、载之间滞回环面积很微小。在整个实验过程中,弹性应变能占的比例非常的小;盐岩单轴加卸载变形破坏过程中,其耗散能随应变一直增加,且增长率递增,而当应力接近峰值时,增长率趋于恒定,耗散能曲线开始呈线性增长;弹性应变能在峰前一直增加,且增长率递减,在峰值处达到最大值,峰后开始下降。岩盐在试验初始阶段振铃计数率与能量率便大量产生,而后在屈服阶段呈现下降进入稳定发展期,直到峰值处,出现一个累计振铃计数和累计能量曲线的拐点,峰后以一个更高的速率稳定地且呈现阶梯状发展。本文对于盐岩储气库的水溶开挖和采气过程中逐渐卸载的应力环境施工过程有一定的实际指导意义。