T形接头承载角焊缝根部裂纹扩展角度

针对Q355B低合金钢T形接头承载角焊缝根部疲劳失效的扩展路径问题,提出了一种基于受力分析计算的等效应力强度因子法(KEQ法)预测根部裂纹的扩展角度. 经有限元模拟验证,其求解应力强度因子的最大误差小于5%. 与基于有限元分析计算的最大周向应力法(MCS法)和有效结构应力法(ETS法)相比较,并结合3种不同应力水平下弯曲疲劳试验结果发现,基于等效应力强度因子法、最大周向应力法与有效结构应力法求解的裂纹扩展角度分别为25.6°,25.9°和32.2°,相较于实际疲劳试验的根部裂纹扩展角度24°,误差分别为6.67%,7.92%和34.17%. 结果表明,基于KEQ法求解裂纹扩展角度准确度最高,更适于预测承受弯曲疲劳载荷下T形接头角焊缝根部裂纹的扩展角度.     

考虑塑性的钢轨表面疲劳微裂纹分析

目的 研究塑性条件下受重复轮轨荷载的钢轨表面的初始疲劳裂纹行为。方法 建立含表面微裂纹的钢轨二维有限元模型,通过耦合裂纹面对应节点达到无裂纹的效果。经过几次循环加载后取消节点耦合设置,达到出现裂纹的效果。分析随着轮轨循环加载钢轨的响应,计算残余应力强度因子,并利用渐进状态（随着循环次数的增加,裂纹尖端区新产生的塑性越来越小,裂尖小范围内塑性不再增加）下的应力强度因子计算初始疲劳裂纹扩展速率。结果 有限元模拟中,轮轨荷载循环加载在钢轨上表面,使其产生拉伸残余应力,且随着深度增加,拉伸残余应力越来越小。裂纹萌生后,不同角度的裂纹残余（KI）都随循环次数的增加而减小,但残余（KII）都随循环次数的增加而增大。受残余应力的影响,渐进状态下的钢轨表面初始微裂纹应力强度因子随裂纹角度（θ）的增加而增加。结论 钢轨表面的残余应力加快了初始微裂纹的扩展速率,降低了钢轨的使用寿命。     

2124铝合金全范围裂纹扩展速率表达式

研究了2124铝合金TL取向不同应力比下的疲劳裂纹扩展行为、疲劳裂纹扩展门槛值,并计算了不同应力比下的临界应力强度因子.分析了应力比对疲劳裂纹扩展速率的影响,并用有效应力强度因子和有效门槛值对全范围裂纹扩展速率表达式进行修正,得到了描述2124铝合金TL取向疲劳裂纹扩展全范围的表达式.该公式能够很好表征不同应力比下2124铝合金TL取向的疲劳裂纹扩展行为.     

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.     

GH4742合金疲劳裂纹扩展行为

研究GH4742合金在室温、700℃及750℃的疲劳裂纹扩展行为。分析温度和应力强度因子对疲劳裂纹扩展寿命与速率的影响,利用扫描电镜观察不同温度下的疲劳裂纹扩展断口。采用背散射电子衍射(EBSD)技术分析合金裂纹扩展的晶体学机制。结果表明,随着温度的升高,合金的裂纹扩展寿命降低,裂纹扩展速率增加,沿晶断裂特征更明显。应力强度因子越大,裂纹扩展速率越大。在原始大变形晶粒中裂纹以穿晶方式沿着小角度晶界扩展,裂纹扩展到再结晶晶界时以沿晶扩展为主,其扩展方式取决于相邻晶粒的面间角和取向差。     

焊趾裂纹在疲劳载荷下的扩展

本文的目的在于研究疲劳载荷下的焊趾裂纹扩展规律,并通过它来分析有限长度焊趾裂纹前沿的应力强度因子分布。试验采用LY—12R 铝合金制成几种焊趾裂纹的模拟试样。用疲劳勾线法求出前沿各点的裂纹扩展速率并与平板表面裂纹试样进行了对比.认为:中心加载焊趾裂纹在长度方向的扩展速率高于中心加载平板表面裂纹;偏心加载焊趾裂纹在长度方向的扩展速率高于中心加载扩展速率。随着相对偏心的提高,裂纹沿长度方向的扩展速率亦增加;表面残余压应力可以有效地抑制焊趾裂纹在长度方向的扩展速率.     

不锈钢在扭转/拉伸复合载荷下的低周疲劳裂纹扩展

研究了从SUS316NG不锈钢圆捧试样的环状预裂纹开始的低周疲劳裂纹扩展行为，分析了扭转／拉伸复合加载时不同载荷比对弹塑性疲劳裂纹扩展的影响．用J积分的指数方程表达了简单加载及复合加载的裂纹扩展速率．对于同样的J积分范围值，Ⅰ型载荷下的裂纹扩展速率最高，而Ⅲ型载荷下的速率最低．裂纹断口在高应力水平下为宏观平坦，在复合加载条件下的疲劳断口上观察到了疲劳条痕，同Ⅰ型加载条件下的相同，疲劳条痕间距与裂纹扩展速率二者数值相等．     

考虑形状比的焊趾裂纹扩展行为的数值仿真分析

针对焊趾处初始裂纹的不同形状比,基于NASGRO裂纹扩展速率模型对裂纹扩展过程进行了数值仿真. 以具有不同形状比的半椭圆表征焊趾表面裂纹,考虑短裂纹扩展阶段,采用M积分计算整个裂纹前沿的应力强度因子,并将裂纹前沿应力强度因子中值点作为裂纹扩展的主要控制参量,模拟并分析了不同形状比条件下裂纹前沿的形状演变和应力强度因子的分布及变化特点. 结果表明,随着裂纹的扩展,短裂纹阶段的不同形状比变化将趋于一致;短裂纹的形状比对早期裂纹扩展有较大影响,并最终导致整体疲劳寿命的显著差异性;综合初始形状比对裂纹前沿应力强度因子、扩展形状以及疲劳寿命的影响,可将其作用效果的强弱拐点作为界定短裂纹与长裂纹的有效参考. 开展了十字焊接接头疲劳验证试验,试验结果与仿真结果具有较好的一致性.     

核反应堆关键焊接结构应力腐蚀裂纹失效评估

以沸水堆堆芯围板焊接热影响区应力腐蚀开裂为例进行了裂纹扩展评估研究.采用有限元模拟与试验检测数据验证相结合的方法对焊接热影响区焊接残余应力场及应力腐蚀开裂扩展过程进行模拟.通过有限元方法计算了应力腐蚀开裂裂纹尖端应力强度因子,再根据应力腐蚀裂纹扩展试验数据获得裂纹尖端应力强度因子与裂纹扩展速率的关系,最终预测了沸水堆堆芯围板的使用寿命,解决了重大构件基于应力腐蚀开裂失效的安全评估问题.该研究过程为重大构件的腐蚀疲劳裂纹失效的安全使用提供了可借鉴的方法.     

激光-电弧复合焊接7075-T6铝合金裂纹扩展分析

研究了7075-T6铝合金薄板激光复合焊焊接接头疲劳裂纹扩展寿命.同时通过试验建立了不同热输入与弹性模量之间的函数关系并预测了给定热输入下的疲劳寿命.基于改进的Forman公式,提出了一种考虑7075-T6复合焊接头性能差异性、应力强度因子门槛值、裂纹扩展驱动力以及残余应力等多因素耦合的接头寿命预测模型.通过有限元模拟仿真并结合裂纹扩展和接头拉伸试验,对提出的模型进行了验证.结果表明,该模型预报的接头寿命与试验结果吻合较好.     

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.     

GH2036高温合金平板裂纹闭合效应及裂纹扩展模型

为探明GH2036高温合金的低循环疲劳裂纹扩展机理,对GH2036高温合金平板在550℃、不同应力比下的低循环疲劳裂纹扩展特性进行了试验研究,采用数字图像相关(DIC)方法确定了GH2036高温合金的张开应力强度因子。结果表明,温度550℃、应力比大于0.7时GH2036高温合金无裂纹闭合现象,在此基础上建立了以残余裂尖张开位移、应力比为参量的GH2036高温合金裂纹闭合模型。而后,断口的SEM分析表明:随着应力比的增加,裂纹扩展区由穿晶断裂向沿晶断裂转化。最后,基于GH2036高温合金的裂纹闭合模型,建立了GH2036高温合金平板的低循环疲劳裂纹扩展寿命预测方法,与试验数据吻合良好,验证了方法的准确性。     

Effect of Compressive Mode I on the Mixed Mode I/II Fatigue Crack Growth Rate of 42CrMo4

Subsurface cracks in mechanical contact loading components are subjected to mixed mode I/II, so it is necessary to evaluate the fatigue behavior of materials under mixed mode loading. For this purpose, fatigue crack propagation tests are performed with compact tension shear specimens for several stress intensity factor (SIF) ratios of mode I and mode II. The effect of compressive mode I loading on mixed mode I/II crack growth rate and fracture surface is investigated. Tests are carried out for the pure mode I, pure mode II, and two different mixed mode loading angles. On the basis of the experimental results, mixed mode crack growth rate parameters are proposed according to Tanaka and Richard with Paris’ law. Results show neither Richard’s nor Tanaka’s equivalent SIFs are very useful because these SIFs depend strongly on the loading angle, but Richard’s equivalent SIF formula is more suitable than Tanaka’s formula. The compressive mode I causes the crack closure, and the friction force between the crack surfaces resists against the crack growth. In compressive loading with 45° angle, da/dN increases as K _eq decreases.     

钢轨表面裂纹扩展方向研究

目的研究钢轨表面裂纹的扩展方向。方法采用有限元分析软件ANSYS,在不同轴重和不同角度裂纹的工况下,获得不同裂纹位置的应力强度因子。结果裂纹在接触斑边缘的位置时,应力强度因子K最大。随着轴重的增加,应力强度因子KI和KII均增大;随着裂纹角度的增加,KI增加,而KII减小。当裂纹角度为60°时,其等效应力强度因子幅值ΔKeff最大。结论钢轨表面的裂纹在扩展初期,以斜裂纹为主,扩展角度趋向于60°。     

Al—Li合金在慢拉伸条件下的形变与断裂行为

研究了Ａｌ－Ｌｉ合金在单向受力状态下的形变特征与断裂行为，测试了不同时效状态合金的慢拉伸裂纹扩展速率与应力强度因子的关系。结果表明，不同时效合金的范性形变机制、微观断裂模式和慢拉伸裂纹扩展阻力不同，它们视微观组织和晶界性态而异，应变局部化是低塑性的根源。     

Fatigue lives of friction stir spot welds in aluminum 6061-T6 sheets

The fatigue lives of friction stir spot welds in aluminum 6061-T6 lap-shear specimens under cyclic loading conditions are investigated in this paper. The paths of fatigue cracks near friction stir spot welds in lap-shear specimens are first examined. The experimental observations suggest that under cyclic loading conditions, the fatigue crack is initiated near the possible original notch tip in the stir zone and propagates along the circumference of the nugget, then through the sheet thickness and finally grows in the width direction to cause final fracture. A fatigue crack growth model based on the Paris law for crack propagation and the local stress intensity factors for kinked cracks is then adopted to predict the fatigue lives of friction stir spot welds. The global and local stress intensity factors are used to estimate the local stress intensity factors of kinked cracks with experimentally determined kink angles. The results indicate that the fatigue life predictions based on the Paris law and the local stress intensity factors as functions of the kink length agree well with the experimental results.     

管线钢焊接接头H2S应力腐蚀试验分析

采用楔形张开加载(WOL)试样,对X56、X65管线钢不同焊接工艺下焊接接头的焊缝金属和热影响区在H2S介质中的抗应力腐蚀性能进行了试验研究.结果表明,全部平行试样都发生了少量的裂纹扩展,当应力强度因子K达到临界值(KISCC),裂纹不再扩展.在文中采用的焊接工艺下制备的X56钢和X65钢焊接接头,热影响区的抗H2S应力腐蚀性能略强于焊缝金属,且焊缝金属和热影响区性能均低于文献中介绍的母材性能,可以认为是焊缝金属和热影响区粗晶区的晶粒粗化、焊接缺陷、焊接残余应力和焊缝的高匹配等因素造成的.     

Discrete dislocation modeling of fatigue crack propagation

Analyses of the growth of a plane strain crack subject to remote mode I cyclic loading under small-scale yielding are carried out using discrete dislocation dynamics. Cracks along a metal–rigid substrate interface and in a single crystal are studied. The formulation is the same as that used to analyze crack growth under monotonic loading conditions, differing only in the remote stress intensity factor being a cyclic function of time. Plastic deformation is modeled through the motion of edge dislocations in an elastic solid with the lattice resistance to dislocation motion, dislocation nucleation, dislocation interaction with obstacles and dislocation annihilation being incorporated through a set of constitutive rules. An irreversible relation is specified between the opening traction and the displacement jump across a cohesive surface ahead of the initial crack tip in order to simulate cyclic loading in an oxidizing environment. The cyclic crack growth rate log(da/dN) versus applied stress intensity factor range log(ΔK_I) curve that emerges naturally from the solution of the boundary value problem shows distinct threshold and Paris law regimes. Paris law exponents in the range 4 to 8 are obtained for the parameters employed here. Furthermore, rather uniformly spaced slip bands corresponding to surface striations develop in the wakes of the propagating cracks.