力学-电化学交互作用下E690钢的腐蚀疲劳裂纹扩展速率理论模型

基于腐蚀疲劳中力学-电化学交互作用过程的能量转换,利用能量守恒、电化学热力学及腐蚀电化学原理,研究在腐蚀疲劳体系中动能、势能以及阳极溶解电化学能的变化,建立E690高强钢的腐蚀疲劳裂纹扩展速率理论模型,并通过腐蚀疲劳裂纹扩展试验验证该理论模型的准确性。结果表明：质量分数3.5%NaCl溶液会加速E690高强钢疲劳裂纹初期的扩展,降低疲劳寿命,应力比的提高会明显加速腐蚀疲劳裂纹扩展,同时降低裂纹扩展门槛值;理论模型计算得到疲劳裂纹扩展速率与试验结果基本吻合,相对误差小于10%,说明该模型可以很好地描述E690高强钢的腐蚀疲劳裂纹扩展行为。     

LD10CS腐蚀疲劳裂纹扩展速率评价的可靠性模型

腐蚀损伤会加速疲劳载荷下的飞机铝合金结构裂纹的萌生和扩展,威胁结构安全性。针对腐蚀影响下的疲劳裂纹扩展的随机性本质,对预腐蚀LD10CS合金的预腐蚀疲劳试验进行了数据分析,提出了基于可靠性的腐蚀裂纹扩展速率表征方法,与试验结果对比表明,该方法可以给出LD10CS腐蚀疲劳裂纹扩展速率的上下限,进而给出该种材料铝合金构件的疲劳裂纹扩展寿命的上下限,为评估铝合金构件的寿命提供了依据。     

加载频率对航空铝合金腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响

提出腐蚀疲劳频率影响因子概念,建立了考虑加载频率影响的LC9铝合金腐蚀疲劳裂纹扩展速率模型,并进行了试验验证。结果表明:腐蚀疲劳频率影响因子随加载频率的变化可以用指数形式表达,能够反映出加载频率对于腐蚀疲劳裂纹扩展的影响;腐蚀损伤会显著降低裂纹扩展门槛值;基于该模型得到处于稳态扩展区的腐蚀疲劳裂纹扩展速率的预测值与试验结果吻合程度良好,对于航空铝合金构件腐蚀疲劳寿命评估具有参考价值。     

07MnNiCrMoVDR在硫化氢溶液中的腐蚀疲劳裂纹扩展速率数学模型

以空气中腐蚀疲劳裂纹扩展速率为基准，引入环境加速因子Cenv，且把Cenv与Cair合并为C，用于表达07MnNiCrMoVDR钢在硫化氢溶液中的腐蚀疲劳裂纹扩展速率。利用Matlab中的神经网络工具箱，以介质浓度、载荷频率、应力比作为输入节点，C作为输出节点，训练该网络预测不同条件下的裂纹扩展速率。根据训练完毕神经网络预测不同条件下的C，利用Original找出这三个影响因素在裂纹扩展速率系数C中的关系表达式，从而由Matlab中的统计工具箱回归出07MnNiCrMoVDR钢在硫化氢溶液中的腐蚀疲劳裂纹扩展速率数学模型。     

国产CF62钢的腐蚀疲劳裂纹扩展速率

研究了新钢种国产CF62钢与日本对比钢种（WEL-TEN62CF）在海水介质中的低周腐蚀疲劳裂纹扩展速率da/dN，得出的da/dN～△K曲线可用Paris公式表达，符合腐蚀疲劳裂纹扩展速率的一般规律。国产新钢种CF62与日本对比钢种的da/dN基本相当，试验表明该钢在海水腐蚀条件下有较好的抗裂纹扩展性能。     

CO_2-Cl~-共存腐蚀介质中油管钢腐蚀疲劳裂纹扩展性能研究

油管服役环境中常存在Cl~-、CO_2等腐蚀性介质,它们会导致油管壁面产生点蚀坑。这些点蚀坑成为受交变载荷油管发生疲劳损伤的疲劳源。以现场用油管钢13Cr为研究对象,选取CO_2-Cl~-腐蚀介质为环境工况,在标准CT试样上进行腐蚀疲劳裂纹扩展实验。分别测量大气环境下、含有Cl~-溶液中及含有CO_2-Cl~-共存环境下的油管钢13Cr的腐蚀疲劳裂纹扩展速率。对比分析这三种腐蚀工况下油管钢13Cr疲劳裂纹扩展速率的变化规律。结合断口形貌分析,探索CO_2-Cl~-共存腐蚀介质中,油管钢13Cr的腐蚀疲劳失效机理。     

硫化氢环境中低周疲劳裂纹扩展速率da/dN的研究

研究了4130X钢在硫化氢(H2S)腐蚀介质中的疲劳裂纹扩展速率da/dN。应用改进型WOL试样,采用符合实际工况的中等浓度200×10-6的H2S溶液、0.0067 Hz的超低周频率,在自行改造的专用低周腐蚀疲劳试验机上进行了试验。在恒定疲劳载荷谱作用下,采用三保险的位移测量装置,利用计算机自动采集系统,时时采集载荷及位移,用柔度方程求解试样瞬时裂纹长度。克服了表面直读法在腐蚀环境中不易观测裂纹长度的缺点,对所有试验数据,以KISCC为分界线,用Paris公式进行两段式拟合,给出了da/dN—ΔK的数学表达式,为确定气瓶的临界裂纹尺寸提供了试验依据。文中还将本试验结果与相关文献中其它硫化氢环境及空气中的疲劳裂纹扩展速率结果进行了比较。结果表明:H2S环境中裂纹扩展速率远大于空气中结果,不同环境、频率对da/dN有较大影响。     

考虑裂尖疲劳损伤的材料疲劳裂纹扩展行为研究

基于低周疲劳Manson-Coffin关系,定义I型裂纹疲劳扩展区内关于应变幅的平均疲劳损伤参量,并结合Miner线性累积损伤理论,通过弹塑性有限元法实现材料疲劳裂纹扩展速率的预测模拟,同时也建立以显式理论公式来描述疲劳裂纹扩展速率规律的新型预测模型。在进行有限元模拟分析中借助裂尖单调塑性区平均疲劳损伤达到临界损伤即完成一次步进扩展的假定。在显式理论公式推导中采用裂尖循环塑性区平均疲劳损伤达到临界损伤即完成一次步进扩展的假定。以大型汽轮机转子材料Cr2Ni2MoV钢、航空材料TA12合金和304不锈钢材料为例,应用所提出的两种疲劳裂纹扩展速率预测方法对其进行预测,并同试验结果进行对比。对比分析表明,两种方法对材料的疲劳裂纹扩展速率行为预测均具有较高的模拟精度,而理论预测模型相比有限元模拟方法预测范围拓宽,预测精度更好,方便于根据包括材料手册的资料中低周疲劳Manson-Coffin试验关系来直接获取I型裂纹疲劳裂纹扩展速率表达式。     

LY12CZ铝合金在人工海水中的腐蚀疲劳裂纹扩展行为

采用腐蚀疲劳试验方法,研究了LY12CZ铝合金在人工海水(3.5%Na Cl溶液)中腐蚀疲劳裂纹的扩展规律,分析了载荷频率、应力比以及人工海水p H对裂纹扩展速率的影响,并借助扫描电镜对其断口形貌进行了观察。结果表明:随载荷频率、人工海水p H的降低,腐蚀疲劳裂纹扩展速率会显著加快,应力比则主要影响腐蚀疲劳近门槛值区的裂纹扩展;在中性人工海水中阳极溶解对裂纹加速扩展起主导作用;随人工海水p H的降低,裂尖氢置换反应加剧,裂尖材料氢损伤对裂纹扩展的加速效应逐渐显现。     

硫化氢环境中低周疲劳裂纹扩展速率的研究

针对高强钢在硫化氢环境中腐蚀疲劳数据极为缺乏的现状,研究高压气瓶材料4130X在硫化氢腐蚀介质中的疲劳裂纹扩展速率.结合气瓶实际运行的环境和应力状态,应用改进型WOL(wedge-opening-loading)试样,在自行改造的专用低周腐蚀疲劳试验机上,完成0.006 7 Hz超低频率下饱和H_2S溶液、中等浓度H2S溶液和空气三种环境下的腐蚀疲劳试验,并用Paris公式进行两段式拟合,得出da/dN-ΔK的数学表达式.将试样微观断口的变化与宏观应力强度因子K的变化进行对比研究,给出不同环境中三个阶段K值的定量结果.结果表明:相同条件下,H_2S环境中的疲劳裂纹扩展速率比空气环境中大20倍以上;但当H_2S浓度达到一定范围后,对da/dN影响并不按比例增长,浓度相差11倍时,da/dN相差2.4倍,H_2S腐蚀介质的存在加速了疲劳破坏.     

腐蚀对新型高强度铝合金疲劳裂纹萌生机制及扩展行为的作用

根据编制的某机场环境加速试验谱,通过腐蚀试验模拟飞机服役过程中遭受的潮湿空气、盐雾、二氧化硫、酸雨和干/湿交变等严酷条件的侵蚀作用,采用飞机主承力结构新型高强度铝合金7B04-T74,制备单边缺口拉伸(Single edge notch tension, SENT)试样进行预腐蚀和疲劳试验,分析不同程度腐蚀损伤对疲劳裂纹萌生、裂纹扩展行为和疲劳寿命的影响,揭示腐蚀对裂纹萌生及扩展行为的作用机理。结果表明,在腐蚀初期,疲劳裂纹萌生源主要为单个蚀孔,裂纹扩展路径较为平直;随着腐蚀程度的加重,在多个蚀孔处同时萌生多条小疲劳裂纹,萌生疲劳裂纹的蚀孔具有隧道效应,扩展路径不规则,形成“之”字形裂纹;疲劳裂纹萌生机制是材料第二相与腐蚀损伤之间相互竞争的结果;腐蚀导致疲劳寿命显著降低,尤其是裂纹萌生寿命,腐蚀12年试验件裂纹萌生寿命仅为未腐蚀试验件裂纹萌生寿命的2.2%。     

环境介质对波形膨胀节疲劳寿命的影响

本文针对环境介质对波形膨胀节疲劳寿命的影响,进行了试验研究。试验结果表明,由于腐蚀介质的存在,加速了疲劳裂纹的产生和扩展,较严重地降低了膨胀节的疲劳寿命。     

16MnR钢和TTStE36钢疲劳裂纹扩展速率对比试验研究

按ＧＢ６３９８－８６《金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法》对ＴＴＳｔＥ３６钢母材和焊缝进行了疲劳裂纹扩展试验。试验结果表明,在应力强度因子幅△Ｋ〉２０ＭＰａ后疲劳裂纹在焊缝区的焊缝区的扩展速率比在母材的大,但两者的差距并不是悬殊。并对ＴＴＳｔＥ３６钢、１６ＭｎＲ钢的疲劳裂纹扩展速率进行了比较,指出在对ＴＴＳｔＥ３６钢压力容器进行设计或疲劳断裂安全评定时,可直接采用考虑了安全系数的１６ＭｎＲ的ｄａ／ｄ     

16MnR钢在不同应力比下的疲劳裂纹扩展的试验研究及模拟

采用3.8 mm厚带有圆形缺口的CT试样,研究了16MnR钢在不同应力比的恒幅循环载荷作用下的疲劳裂纹扩展。开发了一种基于疲劳损伤的方法来模拟疲劳裂纹扩展速率。将16MnR钢的循环塑性本构模型通过用户材料子程序UMAT嵌入到ABAQUS中。把有限元计算得到的疲劳裂纹尖端附近区域的弹塑性循环应力应变结果,代入到疲劳损伤模型中,得到每个加载循环在裂尖各点产生的疲劳损伤值。通过疲劳损伤准则,导出疲劳裂纹稳定扩展速率的计算公式。疲劳裂纹扩展试验验证了模拟结果。实验结果和模拟结果都表明,该试样厚度下,应力比对裂纹扩展速率几乎没有影响。     

高产气井油管用13Cr-L80钢的腐蚀疲劳裂纹扩展行为

用复合磷酸盐完井液对取自13Cr-L80钢油管的紧凑拉伸试样进行预腐蚀处理,再进行疲劳裂纹扩展试验,通过分析疲劳裂纹扩展区形貌,研究了应力比(0.05～0.25)、加载载荷(10～14 kN)和载荷频率(0.6～1.8 Hz)对腐蚀疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明：随应力比增大,疲劳裂纹扩展区二次裂纹数量增多,13Cr-L80钢的裂纹扩展速率增大;随加载载荷增大,疲劳裂纹扩展区二次裂纹数量减少,裂纹扩展速率减小;载荷频率越高,疲劳裂纹扩展区二次裂纹数量越少,但裂纹尖端应变速率增大,裂尖变形更充分,导致裂纹扩展加快,试验中止时的循环次数减少。     

超高压换热器用钢SAE4340腐蚀疲劳裂纹扩展速率的研究

对超高压换热器用钢SAE4340进行了在空气与水介质中的疲劳裂纹扩展速率试验,得到其在两种介质中的疲劳裂纹扩展速率。试验结果表明,在水介质中的疲劳裂纹扩展速率较高。     

加载频率对腐蚀疲劳裂纹扩展速率影响的研究

以混流式水轮机转轮叶片常用材料ZG20SiMn为对象,研究不同加载频率f对腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响。建立了频率效应模型图,分析了f和裂纹张开位移v的关系,初探了f对腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响机理。试验结果可用于水轮机设计和转轮叶片的寿命估算。     

F690超高强钢的腐蚀疲劳裂纹扩展行为及其有限元模拟

采用直流电压降法测试了F690超高强钢在模拟海水中的疲劳裂纹扩展速率,研究了应力比(0.1,0.2,0.3)和加载频率(0.15,0.30,0.60 Hz)对疲劳裂纹扩展行为的影响;采用基于能量释放率Paris法则的扩展有限元方法对腐蚀疲劳过程进行了模拟,并与试验结果进行对比.结果表明:F690钢在模拟海水中的腐蚀疲劳...     

铸造E级钢CT试样疲劳裂纹扩展试验与仿真分析

为准确获取铸造E级钢材料的断裂力学参数,并研究该材料的裂纹扩展规律和影响因素,开展了铸造E级钢CT试样的疲劳裂纹扩展试验,并将材料的裂纹扩展速率采用Paris公式进行表征;以CT试样裂纹扩展计算模型为例,采用M积分数值方法计算了5组试样疲劳裂纹扩展长度与载荷循环周期结果,仿真与试验相对误差在10％以内,具有较好的一致性...     

环境湿度对铸铝合金超声疲劳裂纹扩展速率的影响研究

针对铸铝合金A356-T6开展了不同环境湿度下的超声疲劳裂纹扩展试验和实验室环境湿度下的常规疲劳裂纹扩展试验。由试验结果可知,超声疲劳在干空气环境中的疲劳裂纹扩展速率最低,而在蒸馏水环境中的疲劳裂纹扩展速率最高。常规疲劳在实验室环境中的疲劳裂纹扩展速率和超声疲劳在蒸馏水环境中的疲劳裂纹扩展速率几乎一致。针对Wei建立的环境湿度对铝合金材料疲劳裂纹扩展速率预测模型进行了修正,得到了铸铝合金A356-T6在任意环境湿度和试验频率下的疲劳裂纹扩展速率预测模型。