基于表面裂纹萌生与扩展的疲劳寿命预测模型

为了预测表面裂纹萌生与扩展的疲劳寿命,分别对渗碳CrMn钢的光滑试样与渗氮CrNi钢的光滑、缺口试样开展超高周疲劳试验,观察试样的疲劳缺口,分析试样的S-N曲线及疲劳损伤机理。考虑应力比、疲劳缺口系数与残余应力3种因素,构建更准确的裂纹萌生寿命预测模型,并对表面失效的裂纹萌生寿命进行预测。用Israel提出的裂纹扩展寿命预测模型计算裂纹扩展寿命,再将预测的裂纹萌生与扩展寿命相结合得到总疲劳寿命。结果表明：裂纹萌生寿命预测模型的预测结果与试验结果基本一致,构建的新模型较可靠。计算的总疲劳寿命与试验疲劳寿命相比,绝大部分都小于3倍误差,寿命预测较精准。     

铝锂合金疲劳裂纹萌生寿命和短裂纹扩展抗力

综述了近期国内外铝锂合金疲劳裂纹萌生和短裂纹扩展行为的研究进展,包括铝锂合金的热处理、微观结构、微观形变行为等与疲劳裂纹萌生寿命、短裂纹扩展抗力的内在联系,较详细论述了裂尖屏蔽理论。作者还用自己有关铝锂合金疲劳短裂纹扩展方向效应和非扩展倾向的研究结果,对该类合金疲劳裂纹萌生寿命、短裂纹扩展抗力与疲劳寿命不对应作出了理论解释。     

装甲车体疲劳裂纹扩展寿命预测方法研究

以多体动力学和线弹性断裂力学为理论基础,基于虚拟样机技术,通过建立履带式装甲车辆的刚柔耦合模型并对其进行虚拟试验测试,获得车体薄弱部位的应力谱数据;结合裂纹形状尺寸及材料的断裂特性,预测出了车体裂纹从初始长度扩展至一定长度所经历的寿命里程,从而提出了一种比较实用的预测装甲车体疲劳裂纹扩展寿命的技术方法。     

抽筒子疲劳裂纹扩展研究及剩余寿命预测

针对炮闩机构的抽筒子爪部出现疲劳断裂的问题,研究抽筒子的疲劳裂纹扩展及剩余寿命预测。针对抽筒子材料45CrNiMoVA,开展室温下断裂韧度和疲劳裂纹扩展试验,测试材料的断裂韧度,结合实验数据拟合得到Paris断裂公式。通过对抽筒子裂纹扩展因素的研究得到:应力由300 MPa减小至200 MPa时,剩余寿命增幅最大,增大约3.2倍;初始裂纹长度从0.5 mm增大到1 mm时;剩余寿命减小幅度最大,减小约1.8倍;当材料的断裂韧度越大,剩余寿命越大,且增长的趋势越来越缓慢。     

分子动力学模拟在裂纹萌生和扩展中的研究进展

介绍了分子动力学模拟的基本原理和算法 ,综述了裂纹萌生和扩展的分子动力学模拟的国内外研究进展情况 ,并探讨了裂纹萌生和扩展的分子动力学模拟发展方向     

基于裂纹形成及扩展的火炮闩体寿命研究

某自动武器定型试验实弹射击累计523 发时,静检发现闩体出现约1 mm 深裂纹,为了 判定损伤闩体剩余寿命是否满足使用要求,应用解析与数值模拟方法,对闩体裂纹形成阶段的寿命 和扩展阶段的寿命进行了分析计算。结果表明,在常温正装药条件下,考虑闩体实际加工表面粗糙 度对疲劳寿命的影响,计算总体寿命不小于1 650 发,可满足闩体的设计要求。同时,对闩体疲劳 裂纹形成的影响因素进行了分析,根据分析计算结果,采取了减小闩体局部表面粗糙度措施,使该 火炮闩体寿命提高到1 800 发以上。     

用SQCE理论计算疲劳裂纹扩展速率及剩余寿命

对用奇异准谐调元理论进行疲劳裂纹扩展速率和剩余寿命的数值计算做了初步探讨，计算结果与实验结果完全吻合。因此，用ＳＱＣＥ理论计算实际结构的疲劳裂纹扩展速率和剩余寿命，可以达到节省时间，材料和经费的目的。     

微量预应变和超载对15MnVN钢疲劳裂纹起始寿命的影响

本文实验研究了微量预应变和超载对15MnVN钢疲劳裂纹起始寿命Ni的影响。实验结果与分析表明,当超载引起的切口根部表面残余应变等于微量预应变时,超载后或微量预应变后,15MnVN钢的裂纹起始寿命无明显差异,且两者的裂纹起始寿命与热轧状态15MnVN钢的裂纹起始寿命接近。决定15MnVN钢疲劳裂纹起始寿命超载效应的主要因素可以认为是超载引起的切口根部表面层材料性能的变化,而不是残余应力。此外,本文还简要阐明了实验结果的工程应用意义。     

身管内壁裂纹扩展特性及剩余寿命研究

火炮发射过程中身管内膛环境十分恶劣,经过一定射击发数后内膛往往出现不同程度裂纹,影响身管寿命及发射安全性。采用有限元软件建立了包含膛线及不同位置初始裂纹的身管有限元模型,基于线弹性断裂力学理论研究了膛压、弹带摩擦力、自紧残余应力等载荷作用下身管内壁不同位置初始裂纹的扩展特性,得到了影响身管疲劳裂纹扩展寿命的危险因素为身管内壁阴线纵向裂纹,基于疲劳裂纹扩展理论,以临界断裂韧度为失效判据,获得了无镀层身管在包含不同数量初始裂纹时的剩余寿命。研究对于火炮身管的发射安全性评估、寿命预测及寿命提升研究具有重要的参考价值。     

基于XFEM的高强桥索钢丝冷拔裂纹扩展数值模拟

基于有限元软件Abaqus,采用扩展有限元法(XFEM)分析高强桥索钢丝冷拔过程的裂纹扩展,研究裂纹位置、裂纹角度、裂纹长度对裂纹扩展路径和裂缝宽度的影响.结果表明:冷拔过程裂纹基本符合I型扩展规律,裂纹位置、裂纹角度、裂纹长度对裂纹扩展路径无显著影响;裂纹位置越靠近中心、裂纹角度数值越小、裂纹长度越长时,裂缝宽度越大;裂纹位置越接近表面、裂纹角度数值越大、裂纹越长时,裂纹闭合越晚.此外,通过预应力冷拔机进行钢丝表面不同角度预制裂纹扩展试验,分析裂纹扩展规律并通过α-γ、α-δ曲线验证了数值模型的可靠性.     

基于DIC的塑性诱导疲劳裂纹闭合行为研究

预测变幅载荷作用下的结构寿命,需研究材料的疲劳裂纹闭合效应,确定材料疲劳扩展时张开载荷的变化规律。针对箭体管路结构中常用的0Cr18Ni9不锈钢,通过数字图像相关技术测试2 mm厚0Cr18Ni9不锈钢板疲劳裂纹扩展时的张开载荷,获得张开载荷随裂纹长度、最大应力强度因子的变化关系;初步得到考虑塑性诱发裂纹闭合效应修正的Paris公式,为其在变幅载荷谱下的裂纹扩展行为预测奠定基础。     

渗碳Cr-Mn钢的夹杂分布特性及疲劳强度预测

开展渗碳Cr-Mn钢的超长寿命疲劳试验,用扫描电镜观测钢中夹杂物分布、数量及尺寸.基于4种统计方法(SEV,GEV,GPD,EXPGPD)分析渗碳Cr-Mn钢的夹杂尺寸,构建基于内部夹杂尺寸的S-N曲线预测模型.结果表明:预测的特征夹杂尺寸从大到小:EXPGPD、SEV、GPD和GEV,相比从疲劳断口测量的夹杂尺寸,4种方法计算夹杂尺寸偏小.基于构建模型,结合从断口获得的均值夹杂尺寸,预测的S-N曲线可作为中值S-N曲线,预测结果较好.     

Effect of welding processes and consumables on fatigue crack growth behaviour of armour grade quenched and tempered steel joints

Quenched and Tempered （Q＆T） steels are widely used in the construction of military vehicles due to its high strength to weight ratio and high hardness. These steels are prone to hydrogen induced cracking （HIC） in the heat affected zone （HAZ） after welding. The use of austenitic stainless steel （ASS） consumables to weld the above steel was the only available remedy because of higher solubility for hydrogen in anstenitic phase. The use of stainless steel consumables for a non-stainless steel base metal is not economical. Hence, alternate consumables for welding Q＆T steels and their vulnerability to HIC need to be explored. Recent studies proved that low hydrogen ferritic steel （LHF） consumables can be used to weld Q＆T steels, which can give very low hydrogen levels in the weld deposits. The use of ASS and LHF consumables will lead to distinct microstructures in their respective welds. This microstructural heterogeneity will have a drastic influence in the fatigue crack growth resistance of armour grade Q＆T steel welds. Hence, in this investigation an attempt has been made to study the influence of welding con- sumables and welding processes on fatigue crack growth behaviour of armour grade Q＆T Steel joints. Shielded metal arc welding （SMAW） and Flux cored arc welding （FCAW） were used for fabrication of joints using ASS and LHF consumables. The joints fabricated by SMAW process usin~ LHF consumable exhibited superior fatigue crack growth resistance than all other joints.     

基于三维CT试样的X65钢裂纹扩展规律研究

海底管道是运输石油、天然气等战略资源最为安全和经济的方式,X65钢作为管道钢的主要制造材料,其稳定性和安全性备受关注.针对X65钢的疲劳裂纹扩展问题,建立三维紧凑拉伸(CT)试样的有限元模型,分别用扩展有限元法(XFEM)和专业裂纹扩展仿真软件模拟裂纹准静态和动态扩展过程,通过疲劳试验对模拟结果进行验证.结果表明:基于裂纹动态扩展的数值模拟结果更接近实际情况,通过疲劳试验测得的K值与裂纹动态扩展模拟值相差小于3％,而与XFEM和解析公式值在裂纹扩展后期相差6.8％.针对现行规范解析公式基于平面假设问题,提出一种适用于三维应力状态的标准CT试样裂尖应力强度因子计算改进公式,得到基于Paris公式的裂纹扩展速率线性拟合参数lgC=-8.2223,m=2.9664.     

铸钢件热裂纹的研究分析

通过时某型炮上架（铸钢件）热裂纹宏观形貌和微观分析．深入阐述了薄壁复杂铸钢件热裂纹的形成过程和原因．并提出了防止热裂纹产生的措施．为其它铸件排裂纹的预防提供参考。     

基于BP神经网络的N80钢CO2腐蚀预测方法研究

采用灰度数据矩阵统计、小波变换和二值化等方法对N80钢CO2腐蚀图像进行特征提取。结合BP神经网络技术,以腐蚀图像的各向异性和小波变换后子图像的能量参数作为腐蚀类型判据,建立基于BP神经网络的孔蚀速率诊断模型,实现了CO2腐蚀类型和腐蚀程度的预测。诊断结果与实验结果较好吻合。     

晶界对双晶镁裂纹扩展影响的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟方法对纳米双晶镁裂纹扩展的微观机制进行研究和分析,用EAM势描述镁原子之间的相互作用。结果表明:在拉伸载荷下,随着旋转界面角的增大,晶界由离散点状变为线状且晶界能量变大;裂纹扩展从裂纹尖端开始,经历"锐化-钝化-锐化"的循环变化过程;在界面角较大时,由于晶界的存在使其对裂纹扩展起到阻碍作用,裂纹扩展速率减小。因此,从理论上讲可通过将晶粒旋转合适的角度来提高有裂纹缺陷的双晶镁材料的韧性。     

基于粗糙集的汽车驾驶员疲劳监测方法的研究

通过采集脑电α波、脉搏信号、心率信号等生理信号,基于粗糙集理论进行驾驶员生理信号疲劳特征的提取,建立疲劳监测的决策规则.实验证明,该方法可准确判别驾驶员的疲劳状态.