含径向双边裂纹圆环小试样的疲劳裂纹扩展试验方法

针对传统断裂测试试样受构型的限制往往尺寸较大,无法满足小尺寸金属管疲劳断裂行为测试要求的问题,设计新构型小尺寸试样。并基于有限元分析和柔度理论,建立含径向双边对称裂纹圆环(O-ring with double radial symmetric cracks,DOR)小试样的裂纹长度预测公式和应力强度因子公式,进而提出DOR小试样的疲劳裂纹扩展试验新方法。应用5083-H112铝合金加工成含径向裂纹小管试样和标准CT试样,开展疲劳裂纹扩展速率对比试验。结果显示,基于DOR试样得到的5083-H112铝合金的疲劳裂纹扩展规律与CT试样的试验结果相吻合,证明新方法的有效性。经过对试样端口的测量和分析,试样两侧对称裂纹的扩展量基本一致,说明对称裂纹满足唯一性要求,且不同于CT试样,该圆环试样裂纹前缘非常平直,表明圆环构型试样沿厚度方向的约束状态更加接近。     

一种高效准确的疲劳裂纹几何尺寸自动测量方法

在进行常规疲劳试验时,人工测量疲劳裂纹尺寸工作效率低,失误概率高,数据无法进行数字化管理。利用影像测量仪进行裂纹形貌识别,并通过合理安排试样排列顺序和测量顺序,最终实现了疲劳裂纹几何尺寸的自动化大批量测量。实践证明:该自动测量方法可适用于大批量检测需求下的各种金属材料疲劳断裂试样的疲劳裂纹几何尺寸测量。     

有机玻璃疲劳裂纹扩展试验研究

为研究试样形状对有机玻璃疲劳裂纹扩展性能的影响,对M(T)和C(T)两种不同形状试样进行测试,运用Paris公式曲线拟合方法,对比M(T)和C(T)两种试样形状所获得的疲劳裂纹扩展数据,分析实测数据点分散性的大小并分析其原因。实验结果表明:在有机玻璃的疲劳裂纹扩展性能测试试验中,C(T)试样优于M(T)试样,能够更准确地表征有机玻璃的疲劳裂纹扩展性能。     

10Ni5CrMoV钢双轴弯曲应力下表面裂纹疲劳扩展特性研究

以10Ni5CrMoV钢为研究对象,在加载条件与构件使用环境相近条件下,在原板厚大尺寸试样表面引入人工缺口模拟实际构件中存在的类表面裂纹缺陷,采用双轴弯曲疲劳试验方法,开展原板厚大尺寸试样双轴弯曲应力下的表面裂纹疲劳扩展特性试验研究。结果表明,裂纹半长c和裂纹深度a都随循环次数N单调递增,且曲线a-N满足一定的线性关系。建立表面裂纹半长c与深度a之间的定量关系式预测模型,从而定量解决裂纹深度尺寸不好直接测量的难题。     

铝合金6082T6中的疲劳不扩展裂纹

铝合金6082T6作为一种常用的航空材料具有很好的力学性能,使用这种材料对疲劳不扩展裂纹进行了研究。试样形状为单边缺口拉伸试样,并在裂纹尖端使用数控机床钻直径为1mm的止裂孔。通过分析可得：疲劳不扩展裂纹可以通过对试样几何尺寸的合理设置得到。在设计中可以在疲劳构件容易萌生裂纹的部位预留出不扩展裂纹的容许长度,从而更大限度的提高构件的寿命可靠性,并且可以抵抗一定程度的外界不确定载荷的冲击影响,减少在裂纹维修或检查间隔期间的裂纹扩展风险。     

多耦合拘束效应对P92钢蠕变裂纹扩展行为的影响

基于断裂力学理论,针对不同面内拘束效应下P92钢高温蠕变裂纹扩展(Creep crack growth,CCG)进行了数据模拟与分析。研究发现不同的拘束效应对CCG行为有着各异的影响,主要分析了试样几何形状、尺寸以及初始裂纹深度等对CCG行为的影响,并且着重研究比较这3种耦合拘束效应对CCG行为的影响程度。基于多种耦合拘束对CCG行为的影响程度做了横向比较,研究发现:试样几何形状对CCG行为的影响程度要大于几何尺寸,试样尺寸和初始裂纹深度对CCG行为的影响程度相似,试样形状比初始裂纹深度的影响程度更大。     

FGH95粉末高温合金裂纹闭合效应及裂纹扩展特性研究

采用有限元方法研究FGH95粉末高温合金标准紧凑拉伸(CT)试样的塑性诱发裂纹闭合效应,分析裂纹面上的应力分布,并考察本构模型,网格密度及应力比对裂纹闭合效应的影响,进而建立考虑裂纹闭合效应下CT试样裂纹扩展寿命分析模型,并进行寿命预测。结果表明:理想弹塑性模型下的裂纹闭合效应对网格单元的敏感性比多线性随动强化模型高;裂纹尖端塑性区内网格数达到20时,裂纹闭合趋于稳定;应力比增加裂纹闭合效应减小,当应力比达到0.5时裂纹闭合效应消失。修正的寿命预测模型对CT试样的预测精度比传统模型更高。     

裂纹扩展片技术在弧形面上半椭圆表面裂纹长度测试中的应用

简述了裂纹扩展片技术的研究现状和测试原理,标定出应用在单臂悬梁试样弧形面上的单片和串联双片10mm裂纹扩展片的裂纹长度增量与电压增量关系方程。通过扩展片与试样裂纹扩展同步性研究,证明了裂纹扩展片技术应用于弧形面上半椭圆表面裂纹长度测试的可行性。     

C形环小试样疲劳裂纹扩展试验方法与应用

航空航天、核反应堆工程等重要工程结构的安全控制对材料断裂性能有重要需求,小尺寸试样断裂韧性测试需求日益凸显。该文提出了一套用于小尺寸构件疲劳裂纹扩展速率测试的C形环小试样试验方法,设计了试样构形和试验夹具,并基于有限元分析和柔度法理论,建立了C形环小试样裂纹长度预测公式和应力强度因子K的表达式。对于低压转子材料26NiCrMoV11-5钢,采用C形环小试样和标准CT试样完成了疲劳裂纹扩展试验,获得了材料的疲劳裂纹扩展特性,并讨论了新方法的有效性。     

降K试验下ADB610钢的疲劳裂纹扩展性能

在厚度为20 mm的ADB610钢板上截取10个取样相同、试样尺寸相同、加工相同的CT试样,采用降K试验法进行疲劳裂纹扩展试验,得到裂纹扩展长度a与裂纹扩展寿命N之间的关系。对每个试样的a-N试验结果,采用一次七点递增多项式拟合方法,运用MATLAB软件编程,分别计算出每个试样基于Paris公式的疲劳裂纹扩展速率表达式。将10个试样Paris公式中的参数取平均值,得到均值裂纹扩展速率表达式,从而得到ADB610钢板采用降K试验时疲劳裂纹扩展性能的规律。     

基于小裂纹理论的铸造钛合金ZTC4疲劳寿命预测

铸造钛合金ZTC4在飞机和航空发动机上应用日益广泛.深入研究ZTC4疲劳全寿命预测方法,旨在为航空构件的损伤容限设计和寿命预测探索新的途径.本文以宏观和微观结合的手段,采用板材试样的高周疲劳试验、中心裂纹试样的长裂纹扩展试验和扫描电子显微镜(SEM)的断口分析等三种试验,研究了ZTC4在室温恒幅载荷条件下的疲劳断口特征和裂纹扩展行为;对引起疲劳失效的主要原因-材料初始缺陷(夹杂或气孔)进行了定量表征;基于Newman裂纹闭合模型建立了ZTC4长裂纹的(da/dN)-△Keff基线数据;通过对平板内埋椭圆裂纹的断裂力学分析,从基于微观结构和断口分析统计确定的初始缺陷尺寸出发,对ZTC4在恒幅载荷条件下两种应力比的疲劳全寿命进行了预测和实验验证,得到了具有较好学术意义和工程应用价值的研究结果.     

38CrNi3MoVA钢应力腐蚀性能及临界裂纹尺寸研究

本文采用预裂纹试样研究了38CrNi3MoVA钢在3.5%(质量浓度)NaCl水溶液腐蚀介质中的应力腐蚀性能,并由此计算出材料的临界裂纹尺寸,由试验结果可知,该材料具有较好的抗3.5%(质量浓度)NaCl水溶液腐蚀性能和很高的使用可靠性。     

TB6钛合金疲劳小裂纹扩展行为

为了研究TB6钛合金自然萌生小裂纹的扩展行为,针对单边缺口拉伸试样开展室温下不同应力比(R=0.1,0.5)的小裂纹扩展实验,采用复型法观测了小裂纹的萌生与扩展情况。结果表明:同一应力比下,随着应力等级的降低,小裂纹的萌生寿命由占全寿命的60%增加到80%,但应力等级对TB6钛合金小裂纹扩展速率没有明显影响。裂纹早期扩展速率受微观组织的影响大,TB6钛合金扩展速率转变临界值是200μm,一旦裂纹长度达到200μm,裂纹扩展速率将不受取向不同的晶界或晶粒影响而迅速提升。TB6钛合金疲劳小裂纹起源于试样缺口根部,所有试样的裂纹大部分为角裂纹,疲劳小裂纹萌生寿命占全寿命的绝大部分。     

拉—拉疲劳下15MnMoVN多裂纹扩展研究

为分析单裂纹或多裂纹在裂纹面承受疲劳拉伸载荷作用下尖端应力强度因子变化规律和裂纹形貌变化以及疲劳寿命情况,以含不同初始长深比的半椭圆单裂纹或双裂纹的薄片试样为研究对象,对试样在应力比R=0.1的疲劳拉伸载荷下单裂纹或双裂纹情况进行了仿真分析。建立含裂纹试样的有限元模型,仿真分析了裂纹在扩展过程中尖端应力强度因子的分布情况,并将单裂纹扩展结果与双裂纹相互作用影响下的结果进行了对比研究;进行含裂纹试样的疲劳实验,分析了含单裂纹或双裂纹的试样的断裂面的形成原因,并验证仿真结果正确性。结果表明,裂纹面之间的相互作用会逐渐影响裂纹的扩展方向、扩展速率以及在扩展过程中尖端应力强度因子的变化趋势;而且初始形貌为半椭圆形的双裂纹在相互作用影响下会逐渐过渡到半圆形。     

一种悬臂弯曲加载表面裂纹扩展试样及其应用

介绍了一种带有上下对称圆弧的板状试样,试样上圆弧几何中心预制有半椭圆表面裂纹,这种设计能够较好地模拟压力容器具有表面裂纹时的特点.利用这种试样,可以完成悬臂弯曲加载恒总应变控制下的低周疲劳表面裂纹扩展速率试验,获得表面裂纹扩展长度和深度的关系,最终建立表面和深度裂纹扩展速率与总应变的函数关系.据此,可为含有表面裂纹体的压力容器低周疲劳剩余使用寿命评估提供依据.     

CRO试样的疲劳裂纹扩展行为试验方法研究

考虑到如紧凑拉伸和三点弯曲等标准试样的大尺寸要求以及高试验成本等突出问题,该文发展了含外侧径向裂纹C形环小试样（C-ring with an outer radial crack,CRO）的疲劳裂纹扩展行为试验方法。利用有限元分析建立了CRO小试样的高精度应力强度因子算式以及基于柔度法理论的裂纹长度预测公式。采用5083-H112铝合金分别完成了CRO试样和标准CT试样的疲劳裂纹扩展速率试验,获得了相应的Paris方程中的幂指数。通过对比发现,CRO和CT试样的疲劳裂纹扩展规律基本一致,验证了新方法的有效性。基于上述方法对C250钢两种厚度CRO试样的疲劳裂纹扩展行为进行了应用研究。     

残余应力场中疲劳裂纹的闭合作用

疲劳裂纹在残余压应力场中的扩展可藉助于裂纹闭合力来描述。采用板状试样相变温度下急冷以获得长程残余压应力场。应用动态测定法可同时测得裂纹闭合力和扩展速率。结果表明,残余压应力的最大值位置与扩展速率的最低值和闭合力的峰值所对应的裂纹长度基本相同。可以认为残余压应力提高了裂纹的闭合力,它使最小有效应力强度因子 K_(eff min)升高,从而减小了裂纹的扩展驱动力△K_(eff),这是裂纹扩展速率降低的主要原因。     

全层TiAl合金裂纹扩展阻力的研究

本文通过对直缺口两个层团厚度拉伸试样的扫描电镜原位拉伸实验、相应的断裂表面观察以及有限元计算研究了全层铸状TiAl基合金组织的裂纹扩展机理.研究表明:为了扩展主裂纹,外加载荷需要增加.外加载荷的增加一方面归功于试样表面观察到的主裂纹并没有穿透整个试样厚度,另一方面因为应力场由缺口控制,只有随着外加载荷的增加,扩展的裂纹尖端才保持一定的应力.当两个层团的位向使裂纹从沿层扩展过渡到穿层扩展时,裂纹扩展阻力才提高.     

周向裂纹圆棒试样的断裂韧性测试方法研究

借助自制对中夹头和载荷分离法成功实现了周向裂纹圆棒试样的断裂韧性测试.基于有限元分析和柔度法得到了考虑弹性模量、试样直径、测试标距及裂纹深度等影响的统一裂纹长度预测公式;采用双引伸计测轴向位移、等面积法计算最终裂纹长度,解决了裂纹扩展偏心所带来的影响;有限元模拟分析证明了载荷分离理论适用于周向裂纹圆棒试样,并提出了几何函数G(a/R)的具体表达式;采用规则化方法获得了16Mn周向裂纹圆棒试样的JR阻力曲线.结果表明:由周向裂纹圆棒试样测得的结果与标准三点弯曲试样得到的结果接近,分散性小.     

13SiMnNiCrMoV钢切口疲劳裂纹萌生门槛值

本文研究在13SiMnNiCrMoV 结构钢中用尖裂纹的应力强度因子来反映三点弯曲缺口试样的疲劳裂纹萌生规律。当 R=0.1,f=100Hz,试样尺寸 B×W×L=12.5×25×117mm 时,缺口名义应力幅的门槛值为Δσ_(th)=3315ρ~(0.352) MPa,0.5mm≤ρ≤5mmΔK_(th)=250ρ~(0.352) MPam~(1/2)门槛值与ρ有关。同时得到缺口裂纹萌生的循环次数 N_i 与名义应力幅Δσ、缺口曲率半径ρ的定量关系是N_i=3.98×10~(22)ρ~(1.62)/Δσ~(4.85),N_i≤10~(5.5)并讨论了(ΔK_1/ρ~(1/2))_(th)与ρ无关的结论。