机器学习法预测不同应力比6005A-T6铝合金疲劳裂纹扩展速率

本文开展了不同应力比(R为0.05,0.1,0.3,0.5,0.6)条件下的6005A-T6铝合金紧凑拉伸试样疲劳裂纹扩展速率试验,在此基础上采用BPNN、SVR、KNN和XGboost共4种机器学习方法,比较了4种机器学习方法预测6005A-T6铝合金疲劳裂纹扩展速率的能力;作为对照组,利用试验数据拟合得到了传统的Forman疲劳裂纹扩展率方程。结果表明：应力比R对6005A-T6铝合金裂纹扩展速率存在显著影响,相同应力强度因子范围ΔK下,裂纹扩展速率da/d N随R增大而提高,且R的增大会使裂纹更早进入稳定扩展阶段;4种机器学习模型建立的裂纹扩展率预测内推模型均能体现裂纹扩展过程中速率的非线性变化特征,且对试验数据的拟合系数r²均达0.99以上,普遍高于Forman方程的0.82;4种机器学习模型建立的裂纹扩展率预测外推模型,BPNN算法的拟合系数r²仍高于0.99;KNN算法消耗的训练时间最短,XGboost算法具有最佳的疲劳裂纹扩展速率内推预测能力,而BPNN算法则具有更好的扩展率外推预测性能表现。     

2524-T34合金疲劳裂纹的萌生和扩展行为

通过四点弯曲疲劳试验研究2524-T34板材的疲劳性能,借助金相和扫描电镜观察疲劳裂纹的萌生和扩展行为。结果表明:2524合金具有良好的疲劳性能,疲劳强度达到屈服强度的80%以上;疲劳裂纹主要在第二相粒子以及第二相粒子/基体界面萌生,裂纹扩展过程中的偏转与晶界的阻碍有关;相邻晶粒内两个有利滑移面之间的位向差是控制裂纹通过晶界扩展的重要因素。     

2050铝合金的疲劳裂纹扩展行为研究

研究取样方向、应力比以及微观组织对2050铝合金疲劳裂纹扩展速率的影响。结果表明:取样方向和应力比对疲劳裂纹扩展速率在近门槛区和快速扩展区的影响显著,而在稳态扩展区的影响则相对较小;L-T取样方向的速率最低,T-L取样方向的速率次之,S-L取样方向的速率最高,这主要与合金的晶粒取向、织构取向和第二相粒子取向有关;应力比为0.5的裂纹扩展速率高于应力比为0.1的速率,这在近门槛区主要与裂纹闭合效应有关,在快速扩展区主要受最大应力场强度因子Kmax的影响。     

不同应变比下γ-TiAl合金疲劳裂纹扩展机理

运用分子动力学方法研究了γ-TiAl合金在不同应变比作用下的疲劳裂纹扩展机理。结果表明,疲劳裂纹均先以解理方式扩展,随后通过驱动力驱动无序区域扩展,最后转变为子–母裂纹传播机制扩展,其差别在于不同应变比作用下裂纹扩展方式的转变发生在不同的时刻;在塑性变形中,应变比的不同使得位错在不同时刻被发射出来且沿不同平面滑移,并且位错在滑移时有不同点缺陷形成如空位、双空位、三空位等,同时,应变比的不同也使得堆垛层错沿着不同密排面形成和扩展。     

采用EBSD研究高强铝合金的疲劳裂纹扩展行为

通过背散射电子衍射(EBSD)技术对Al-Zn-Mg-Cu合金疲劳裂纹扩展过程的晶体学机制进行分析研究.结果表明,裂纹呈沿晶和穿晶混合扩展方式,相邻晶粒的晶粒取向与裂纹扩展之间的关系遵循于裂纹尖端的晶体塑性变形机制.相邻晶粒的裂纹面间角较小时,裂纹穿越晶界偏转一定的角度扩展进入下一个晶粒.如果相邻两个晶粒间的有效滑移面不能形成小角度的面间角时,裂纹沿晶扩展.在晶内裂纹更容易沿一定的解理面扩展,形成"Z"字形裂纹扩展.     

网球拍用高强度铝合金的疲劳裂纹扩展行为研究

研究了网球拍用高强度铝合金Al-Zn-Mg-Cu的疲劳裂纹扩展行为。结果表明,在循环加卸载作用下,其裂纹更容易在与加载力方向垂直的方向上进行扩展,其裂纹扩展形式主要有沿晶扩展和穿晶混合扩展两种方式。若两个晶粒的取向差异不大,容易形成直裂纹;若两个晶粒的取向差异较大,裂纹容易发生偏转或者扭转。相比较而言,扭转比较有助于裂纹的扩展。     

高应力比下HQ-60钢焊缝的疲劳裂纹扩展速率

通过对ＨＱ－６０新钢钟的试板和蔗样焊缝的残余应力实测得到，试样焊缝中的残余应力很小，在研究高应力下焊缝的疲劳裂纹扩展时可忽略其影响。根据焊缝的纹扩展试验结果，得到了在线弹性范围内扩展速率公式，在小范围屈服出提出了一个应力强度因子修正方法，扩大该公式的应用范围，为焊接结构寿命分析提供了方便。     

不同温度下Ti40合金的疲劳裂纹扩展行为

研究了Ti40合金在室温、300、500和600℃下的疲劳裂纹扩展行为,计算了Ti40合金在300、500、600℃下当△K为20 MPa m1/2时与裂纹扩展密切相关的表观激活能.结果表明:随温度升高,Ti40合金疲劳裂纹扩展速率增加;不同温度下的疲劳裂纹扩展曲线在△K为45.50MPam1/2处相交于一点.表观激活能值随温度升高先增加后减小,在500℃时达到最大,由此可见,500℃是Ti40合金热力学等性质发生变化的转折点.     

不同类型过载下Ⅰ型疲劳裂纹的扩展行为

研究了Ⅱ、Ⅲ型过载对Ⅰ型疲劳裂纹扩展行为的影响并与Ⅰ型过载进行比较．结果表明：单周Ⅱ、Ⅲ型过载也延迟了其后的Ⅰ型疲劳裂纹扩展，但作用程度小于Ⅰ型过载；过载延迟效应随过载时基础载荷的降低和过载比的加大而增强，在近门槛区过载表现为疲劳裂纹扩展停止、疲劳门槛提高，在高基础载荷过载时疲劳裂纹则延缓、减速扩展．过载延迟行为主要由裂尖尾迹塑性诱导裂纹闭合和裂尖附近残余压应力状态引起。     

不同应力比和腐蚀环境条件下X80钢疲劳裂纹扩展速率研究

在空气和不同浓度H₂S环境中对X80管线钢进行了应力比为0.1和0.3的低频腐蚀疲劳试验,以获得疲劳裂纹扩展速率da/dN与应力强度因子幅值ΔK之间的Paris表达式,研究X80钢在不同条件下的疲劳裂纹扩展速率。结果表明：腐蚀环境能加速X80钢的裂纹扩展,当H₂S浓度为100 mg/L时,含H₂S环境中裂纹扩展速率是空气中的2.9倍;随着H₂S浓度的增大,裂纹扩展速率呈指数增大;随着应力比的增大,平均应力增大,裂纹闭合效应减小,裂纹尖端完全张开,材料与腐蚀介质接触面积增大,导致裂纹扩展速率增大。     

A7N01铝合金复合加载下的疲劳裂纹扩展行为

利用CTS试样,研究了A7N01P-T4铝合金母材在I-II型复合加载下,不同加载角度时疲劳裂纹的扩展行为,利用有限元数值计算复合加载下裂纹尖端的应力强度因子(SIF, stress intensity factor)得到了加载角度与裂纹开裂方向的关系,并与由最大周向应力准则导出的关系进行了对比,二者吻合良好;根据疲劳试验和有限元计算的结果,并引入当量应力强度因子,分析了不同加载角下疲劳裂纹的扩展速率. 结果表明,经当量化处理后,各加载角下的裂纹扩展速率曲线基本重合,并且满足Paris公式.     

铝合金疲劳裂纹扩展的微观机理

本文根据高强度铝合金在力学试验过程中的行为与断口表面形貌讨论了它们的疲劳裂纹扩展特性。在相当宽的疲劳扩展速率的范围内,裂纹的延伸途径有两种:以塑性条纹的形成与显微孔洞的聚集。在应力强度比平面应变断裂韧性低得多的情况下可以看到韧窝,这是因为裂纹尖端附近可能有夹杂物,而塑性条纹的形成过程,可以认为裂纹尖端处的介质促进的脆性断裂和塑性下降同时作用的结果。     

高应力比下HQ－60钢焊缝的疲劳裂纹扩展速率

通过对ＨＱ－６０新钢种的试板和试样焊缝的残余应力实测得到，试样焊缝中的残余应力很小，在研究高应力比下焊缝的疲劳裂纹扩展时可忽略其影响。根据焊缝的裂纹扩展试验结果，得到了在线弹性范围内扩展速率公式。在小范围屈服区提出了一个应力强度因子修正方法，扩大该公式的应用范围，为焊接结构寿命分析提供了方便。     

疲劳裂纹扩展行为的研究现状及钛合金的疲劳裂纹扩展特征

疲劳裂纹扩展行为是现代材料研究中重要的内容之一。论述了组织结构、环境温度、腐蚀条件以及载荷应力比、频率变化对材料疲劳裂纹扩展行为的影响。总结出疲劳裂纹扩展研究的常用方法和理论模型,并讨论了"塑性钝化模型"和"裂纹闭合效应"与实际观察结果存在的矛盾。最后,对钛合金疲劳裂纹扩展研究的内容和研究结果进行了概述。     

7150铝合金疲劳裂纹异常扩展分析

在准备7150合金平面应变断裂韧性试样的过程中，预制疲劳裂纹发生不均匀扩展。利用扫描电镜、透射电镜和光学显微镜对断口和组织进行了分析，结果表明，晶粒组织的不均匀性是这种异常现象的主要原因。     

铝合金疲劳裂纹扩展声发射监测

采用声发射(acoustic emission,AE)技术对7N01铝合金单边缺口三点弯曲试样不同应力比、不同峰值载荷下疲劳裂纹扩展过程中声发射信号进行了监测,建立了裂纹扩展速率、声发射计数(count)与应力强度因子之间的关系.结果表明,大部分的声发射信号主要产生于疲劳循环载荷的低应力阶段,这主要是低应力阶段的声发射活动主要与裂纹尖端的塑性变形和裂纹闭合现象有关,声发射计数与应力强度因子之间呈指数增长的关系.基于所建立的声发射计数率与裂纹扩展速率的关系,可以预测疲劳损伤结构的剩余寿命.     

不同应变比下γ-TiAl合金疲劳裂纹扩展机理的研究

运用分子动力学方法研究了γ-TiAl合金在不同应变比作用下的疲劳裂纹扩展机理。研究表明,疲劳裂纹均先以解理方式扩展,随后通过驱动力驱动无序区域扩展,最后转变为子–母裂纹传播机制扩展,其差别在于不同应变比作用下裂纹扩展方式的转变发生在不同的时刻;在塑性变形中,应变比的不同使得位错在不同时刻被发射出来且沿不同平面滑移,并且位错在滑移时有不同点缺陷形成如空位、双空位、三空位等,同时,应变比的不同也使得堆垛层错沿着不同密排面形成和扩展。     

焊接残余应力对7N01铝合金疲劳裂纹扩展影响

焊接残余应力作为平均应力影响裂纹扩展. 将残余应力与外载平均应力分离,通过构建典型焊接残余应力场,借助扩展有限元计算焊接残余应力场的应力强度因子. 开展了紧凑拉伸（CT）试样的疲劳扩展试验,基于Walker公式将裂纹尖端平均应力强度因子K_m（静态量）和应力强度因子幅值ΔK（动态量）分离,获得疲劳裂纹扩展速率da/dN与K_m及ΔK的非线性关系. 结果表明,不同外载荷下,应力比与裂纹长度为非线性关系;残余应力对裂纹扩展存在尺度效应:CT试样裂纹长度小于2 mm时,残余应力场明显影响疲劳裂纹扩展速率;当裂纹长度大于2 mm,外载荷为主导因素.     

预腐蚀铝合金贯穿疲劳裂纹扩展行为的统一表征模型

在环境腐蚀损伤以及疲劳载荷的联合作用下,铝合金结构更容易萌生裂纹,威胁结构安全。腐蚀疲劳短裂纹扩展行为与长裂纹扩展行为差别很大,而且往往短裂纹阶段占据构件疲劳寿命的90%以上。通过对线弹性裂纹扩展模型进行修正,得到了预腐蚀弹塑性裂纹扩展表征模型,并对LD2铝合金进行预腐蚀疲劳验证性试验。结果表明,改进后的模型能够统一地表征预腐蚀弹塑性短裂纹和线弹性长裂纹的扩展行为,对于铝合金构件的腐蚀疲劳寿命预测和损伤容限评估具有重要的参考价值。