焊趾疲劳裂纹的“萌生”

１７个十字形焊接接头在两种应力比、五种应力幅值以及有、无焊接残余应力两种状     

焊趾微观短裂纹成核及其早期扩展的寿命仿真

针对十字焊接接头,研究了焊趾微观短裂纹成核和早期扩展的行为.采用泰森多边形方法,建立了焊趾部位的一个边长为150 μm的代表性单元(RE),基于疲劳指标参量(FIP)的分布特性,构建了FIP与微观短裂纹疲劳寿命之间的联系,计算了微观短裂纹的成核及其早期扩展寿命.结果 显示焊趾微观短裂纹成核及其早期扩展的计算寿命与试验寿命数据较为吻合,表明了该种计算方法的适用性;微观短裂纹成核及其早期扩展的计算寿命均占总体疲劳寿命的比值较大,因此具有不可忽略的影响;受晶粒微观结构的影响,导致早期裂纹的扩展路径呈现明显的曲折形态.     

焊趾疲劳裂纹扩展统计模型

本文通过试验获得了焊趾疲劳裂纹扩展特性,应用概率统计方法建立了焊趾疲劳裂纹扩展的统计模型,分析了焊趾疲劳裂纹扩展的统计分布规律。     

疲劳短裂纹形成和扩展的划分定义探讨

根据对疲劳短裂纹生长行为的分析,将疲劳短裂纹形成和扩展过程划分为微观结构显著影响阶段和稳定生长阶段。综合考虑力学和材料两方面因素,给出了如下划分定义：疲劳短裂纹形成阶段为微观结构显著影响阶段;疲劳短裂纹扩展阶段为稳定生长阶段。通过有关文献分析并结合本试验观察,确定了疲劳短裂纹形成和扩展划分的临界裂纹长度为平均晶粒尺寸的５倍。     

高温疲劳短裂纹萌生与扩展的实验研究

对2．25Cr-1Mo合金钢进行高温疲劳表面短裂纹的观测试验，采用中断试验和复膜方法观测短裂纹萌生扩展的演化过程，研究短裂纹数密度和平均长度随循环次数及载荷条件的变化特征。结果表明，高温疲劳损伤是由晶界孔洞开始的，晶界孔洞相互联结合体形成细观组织短裂纹；短裂纹在接近应力轴垂直方向的晶界上随机萌生和扩展；在寿命前期和中期疲劳损伤以裂纹萌生为主要形式，寿命后期由于裂纹数目增多，裂纹间合体效果增强，促使主裂纹迅速形成和长大，从而导致最终的疲劳失效；加载应变范围越大或温度越高，裂纹萌生和扩展越快，寿命越短。     

钝缺口试样疲劳短裂纹形成与扩展

对两种晶粒尺寸的中碳钢钝缺口试样进行了对称拉疲劳试验，应用复型方法观察了疲劳理解纹沿缺口根部的早期形成与扩展过程；测量了表面裂纹形状随裂纹长度的变化规律。结果表明，试样的破坏是由形成于缺口根部表面的短裂纹扩展、裂纹间连接形成穿透裂纹，穿透裂纹扩则引起的。     

疲劳短裂纹的损伤特征和计算机模拟

对一种焊接用低碳钢的实验研究表明，疲劳短裂纹萌生了铁素体晶粒区域的滑移带，短裂纹数密度随疲劳周次不断增加，短裂纹的取向与所在铁素体晶粒的滑移位向相关。以所观察到的短裂纹特征为背景，用计算机模拟短裂纹萌生，扩展，汇合的演化过程，模拟结果显示，短裂纹损伤导致断裂的临界指数具有很宽的分布带，面裂纹路径具有较稳定的分维数值。     

基于疲劳短裂纹行为的疲劳寿命估算方法

在疲劳短裂纹形成和扩展行为基础上,提出了一种疲劳寿命估算方法。计算结果表明,该方法具有满意的预测精度。     

疲劳短裂纹在残余应力场中的闭合和扩展

用压入法引入残压应力,以研究穿透短纹在残余应力听扩展规律。残余压力是通过提高裂纹闭合而提高裂纹扩和,此法不仅适用于长裂纹,也可延伸致短裂纹阶段,残余应力的引入不改变材料的本征门槛。     

中碳钢疲劳短裂纹行为的统计特性研究

通过对两种晶粒尺寸的中碳钢光滑试样的疲劳试验,研究了疲劳短裂纹形成和扩展的统计特性。结果表明,短裂纹形成和扩展寿命均可由二参数或三参数Ｗｅｉｂｕｌｌ分布函数表示。裂纹长度分布呈混合型Ｗｅｉｂｕｌｌ分布形式,分布曲线的拐点值和微观结构的特征尺寸有关。拐点值之前的裂纹长度分布可由二参数Ｗｅｉｂｕｌｌ分布函数表示,而在拐点值之后可由二参数或三参数Ｗｅｉｂｕｌｌ分布函数表示。晶粒尺寸对形成寿命,扩展寿命和     

金属材料疲劳短裂纹萌生与扩展研究综述

系统梳理了金属材料疲劳短裂纹的定义、分类、试验方法、萌生机理及典型扩展率模型,对当前短裂纹行为研究面临的问题进行了总结与展望。研究结果表明,在萌生机理方面,材料自身的微观结构对短裂纹萌生及扩展有重要影响,短裂纹扩展至晶界处,受晶粒取向及晶界阻力影响,扩展率会下降,裂尖突破晶界束缚后,短裂纹扩展路径出现局部偏折。在扩展行为描述方面,短裂纹的扩展驱动力与承受的载荷水平、残余应力、表面处理方式、局部磨损状况等有关。扩展过程中,裂纹尖端材料在小范围内屈服而产生局部塑性区。同时,塑性尾迹区也逐渐形成,进而产生塑性诱导闭合,导致裂纹扩展门槛值降低。此外,晶体位错之间的相互作用和位错塞积会阻碍位错发展。机器学习算法作为一种先进技术手段,已在短裂纹扩展行为表征中得到应用,对提升预测精度有促进作用。随着金属材料短裂纹行为研究的进一步深入,未来可重点关注短裂纹萌生与扩展实时监测、试验影响因素控制、数据离散性分析、扩展率模型的工程应用等问题,探索建立适用于工程结构与零部件的在役长、短裂纹扩展率统一表征模型和实时监测与安全评估技术,结合先进的机器学习算法,实现对工程关键金属结构更有效、更准确的安全性评定和剩余...     

模拟生物信息流的疲劳短裂纹群体行为研究

模拟生物信息流的疲劳短裂纹群体行为研究是材料仿生复效研究的一个重要分支。本文结合了进化生物学、遗传学和病毒学的有关理论成果,指出裂纹演化的过程也是裂纹发展的进化过程。依据基因分离重组和病毒侵染特征,研究了表面随机分布短裂纹随着时间和空间的变化而扩展、汇合规律,指出这种规律性可以靠裂纹基因来控制,裂纹扩展的结果是对其寄生机体的严重损伤,并提出了相应的研究策略。最后对退火45钢材料表面疲劳短裂纹的扩展过程进行了模拟分析,模拟结果表明,短裂纹生物统计数据的模拟结果与实验结果基本一致。     

弹塑性疲劳裂纹扩展行为的数值模拟

基于ABAQUS有限元软件建立内聚单元模型以研究I型弹塑性疲劳裂纹的扩展过程。利用UEL子程序定义内聚单元的疲劳损伤累积准则以识别疲劳裂纹扩展过程中裂纹尖端的位置,并预测裂纹扩展速率da/d N。结果发现,预测的裂纹扩展速率与已有的试验结果吻合良好。通过ABAQUS软件中的温度-位移耦合分析方法同步获取裂纹扩展过程中因塑性变形能引起的裂纹尖端瞬态温度场的变化。结果显示,疲劳损伤累积准则所识别的裂纹尖端位置与裂纹扩展时最大温升点的位置具有一致性。这说明疲劳裂纹扩展过程中温度信号的变化也可以用于裂纹扩展规律的研究。基于数值模拟的方法验证了疲劳裂纹扩展过程中裂纹尖端的温升信号ΔT与裂纹扩展速率da/d N、应力强度因子范围ΔK之间的幂函数关系。研究成果有望用于疲劳裂纹扩展寿命的快速预测。     

疲劳裂纹尺寸的随机分布

从疲劳裂纹扩展的规律和随机特性出发,讨论了裂纹尺寸的随机分布。无论初始裂纹长度是定值还是随机变量,经过很多次循环后,裂纹尺寸均服从类似于对数正态的分布     

疲劳小裂纹的萌生和扩展形态研究

本文通过对35SiMnMoV复相钢的常温疲劳试验研究和GH4049镍基高温合金的高温疲劳试验研究,获得了大量的试验数据和得出了相应的裂纹扩展行为规律。采用对比分析方法,从疲劳小裂纹的萌生和扩展形态出发,归纳总结了疲劳小裂纹的扩展规律。     

15MnVN钢疲劳短裂纹生长演化特性

对循环载荷作用下 15MnVN钢的显微组织变形、微观裂纹的萌生和短裂纹扩展过程进行了研究。结果表明 ,在孔边应力集中处 ,显微组织的变形是不均匀的 ,其主要集中在铁素体晶粒内。在循环载荷作用下 ,晶内滑移带与晶界相互作用 ,形成晶界微裂纹。微裂纹合并形成短裂纹。裂纹尖端塑性区内晶粒同样经历裂纹的萌生和扩展过程。在短裂纹范围内 ,裂纹的扩展过程有很大的随机性。分析结果表明 ,短裂纹的扩展过程符合对数正态分布。     

分形裂纹扩展对材料疲劳行为的影响

研究了分形裂纹扩展对材料疲劳行为的影响。在实验观测的基础上建立了分形裂纹扩展模型。研究表明，分形裂纹扩展分维Ｄ是裂纹弯折角θ的函数，分形裂纹扩展在裂纹尖端由于弯折而形成“局部混合模式”和裂纹的分形长度效应均很强地影响疲劳裂纹的有效应务强度与有效裂纹扩展速率。本文的理论民一些材料的实验结果取得了很好的一致。     

基于短裂纹特性的疲劳损伤参数

通过对中碳钢光滑试样的疲劳实验,研究了疲劳过程中短裂纹的扩展和演化行为,分析了基于短裂纹群体行为的疲劳损伤参数来描述疲劳损伤的有效性。通过研究裂纹总数和裂纹总长这两个参数在疲劳损伤过程中的动态变化,对基于短裂纹群体行为的疲劳损伤检测方法进行了评价。     

病毒特征与疲劳短裂纹群体行为的相似性研究

讨论了应用生命科学进行材料疲劳损伤的几种研究方法，包括神经网络、瞬态能量输入。结合材料损伤和病毒学的相关研究成果，指出疲劳短裂纹和病毒在微观形态、寄生环境，以及侵染过程各阶段上具有相似性，从遗传裂纹和材料免疫性的角度，提出了基于病毒特征的疲劳短裂纹群体行为研究策略。对此进行的研究有助于深入认识材料疲劳损伤的物理机理。     

16Mn钢短裂纹疲劳扩展性能的试验研究

通过对带有表面盲孔的16Mn钢圆棒试样的疲劳试验,获得了试样盲孔边缘疲劳短裂纹的扩展规律。文中给出了有关试验结果,藉此建立了短裂纹表面长度与疲劳循环数间的关系以及裂纹扩展速率与疲劳载荷和裂纹尺寸之间的定理描述式。本文结果有助于加深对16Mn钢试样疲劳损伤过程的认识。