Q345R钢低周超低周疲劳性能研究

从压力容器的实际工况和抗震安全性设计出发,对Q345R钢进行低周、超低周疲劳试验。在MTS-809疲劳试验机上进行试验,采用轴向恒应变控制方法;获得其典型迟滞回线及低周、超低周循环应力-应变曲线,与拉伸应力-应变关系比较得出Q345R钢为循环硬化材料;开展回归分析,确定了材料的疲劳特性参数及应变-寿命曲线。为压力容器抗震设计、疲劳寿命预测提供依据。     

Q355钢疲劳寿命预测的新应力函数模型

室温下,对Q355钢进行应力控制下的单轴拉压疲劳实验,讨论了应力比和峰值应力对应力疲劳寿命的影响。应力比的增大和峰值应力的减小都会导致疲劳寿命的增大,发现同一应力比下,峰值应力和对数疲劳寿命呈良好线性关系,该线性关系可以用于Q355钢疲劳寿命的预测。探究发现应力比对线性关系中斜率和截距的影响显著,提出了一个关于应力比的新的应力函数预测模型,将新模型的预测结果与传统的Morrow、SWT和Paul模型的预测结果进行比较,结果表明:新应力函数模型的预测结果比Morrow、SWT和Paul模型更精确且更稳定,新的应力函数模型更适合于Q355钢的多应力比多峰值应力下的疲劳寿命预测。     

扭转预应变对Q345R钢低周疲劳性能影响的研究

采用轴向应变控制法、MTS809电液伺服疲劳试验机开展了扭转预应变后压力容器用Q345R钢的低周疲劳试验,获得了扭转预应变下材料的循环响应特征、应力-应变关系以及疲劳寿命等低周疲劳试验数据。根据应变-寿命曲线和塑性应变能-寿命曲线对试验钢的疲劳寿命进行了预测,两种方法预测结果一致。结果表明:扭转预应变对Q345R钢的疲劳寿命有明显的影响,但对其循环响应特征无明显影响,试验钢具有循环硬化特征。经过预扭转试件的裂纹扩展区出现韧窝,预扭转加速了裂纹扩展速率并增加了最后断裂区面积;而扩展区相应减小,这是预扭转导致疲劳寿命降低的原因。     

螺栓连接预紧力对结构疲劳性能的影响

针对螺栓连接预紧力对疲劳寿命的影响,首先基于有限元法分析结构的承载能力和抗变形能力,提取了结构单元节点应力张量,再通过应力组合转换及2种应力修正(Goodman和FKM)方法,基于雨流分析法和Miner累计损伤准则,对在复杂外载荷作用下的航空发动机冷端螺栓连接结构进行疲劳寿命预测.结果表明:通过螺栓预紧载荷的合理选取,...     

拉伸预应变对Q345R钢低周疲劳性能的影响研究

采用轴向应变控制法,在MTS809电液伺服疲劳试验机上,开展了拉伸预应变后的压力容器用钢Q345R的低周疲劳试验,获得了不同预应变下材料的循环响应特征、循环应力-应变关系以及疲劳寿命等低周疲劳试验数据。结果表明:预应变对疲劳寿命影响较大,对循环响应特征基本没有影响,但提高了应力幅。通过Hollomon公式和Manson-Coffin公式拟合疲劳试验数据,建立了疲劳寿命的预测公式,试验数据与拟合曲线基本吻合。裂纹快速扩展区及最后断裂区的面积均随预应变的变化而变化。     

巨型压机C型机架的疲劳寿命预测研究

针对循环拉伸载荷下光滑件的尺寸效应不显著和大型零件难于进行原型疲劳试验,给出了利用小试样试验去预测大型零件疲劳寿命的分析方法。首先,基于疲劳模拟试验建立模拟缩比模型,引入缺口试样尺寸系数。其次,引入表征尺寸变化对疲劳性能影响的特征参量,利用两种材料(45钢,Q235)的几何相似试样(K_t=2,K_t=3)疲劳寿命试验结果,获得缺口试样尺寸系数经验公式。同时兼顾尺寸、应力集中和表面状况之间的相互影响,建立了拉伸载荷下的疲劳综合修正系数模型,并用一算例验证了其有效性。最后,在名义应力法的基础上,应用该模型对大型C型板材料的S-N曲线进行修正,成功地预测出C型板的疲劳寿命。该方法符合实际情况,使疲劳寿命估算更合理,可用于评估拉伸作用下的大型零件疲劳评估。     

夹杂物对工程机械用钢Q345FCA疲劳寿命的影响

采用QBWP-6000J型简支梁旋转弯曲疲劳试验机测定了高疲劳寿命工程机械用钢Q345FCA的疲劳寿命;采用扫描电镜(SEM)对疲劳断口形貌进行了观察,并用附带的能谱仪(EDS)寻找断口上的夹杂物;借助夹杂物自动分析系统对钢中的夹杂物进行了分析。通过对试验数据的分析,计算得出了Q345FCA钢和Q345钢夹杂物的表面临界尺寸、次表面临界尺寸和内部临界尺寸。结果表明,Q345FCA钢的疲劳极限为273 MPa,Q345钢的疲劳极限为266 MPa。Q345FCA钢和Q345钢中夹杂物尺寸均小于临界夹杂物尺寸,且断口形貌显示所有疲劳断裂均不是由夹杂物所引起,夹杂物不是疲劳源。     

环境腐蚀对Q345角钢疲劳性能的影响研究

目的研究Q345角钢构件的疲劳性能随腐蚀损伤发展的变化规律,为分析"腐蚀-疲劳"交替循环工况下试件疲劳性能变化情况奠定基础。方法首先通过连续疲劳振动和间隔疲劳振动两种疲劳试验,测试分析了疲劳荷载施加方式对试件疲劳性能的影响,其中,试件间隔振动分三次完成,每次振动次数为连续疲劳振动次数的1/3。然后,根据不同"浸泡-晾置"次数,给出了三种腐蚀方式,并在p H值为2的酸性溶液中对试件进行加速腐蚀损伤试验。采取"腐蚀-疲劳"交替循环加载方式对3组39根Q345角钢构件进行腐蚀疲劳试验,由试件腐蚀疲劳破坏的试验现象及测试结果,分析试件疲劳性能随腐蚀疲劳损伤的变化规律,并研究Q345角钢试件的风致振动疲劳性能因大气环境中腐蚀损伤发生及发展的退化规律。结果疲劳荷载为221.43 MPa时,三种"腐蚀-疲劳"工况下,CF1、CF2与CF3相比,试件的疲劳寿命分别退化了5.1%和2.7%。疲劳荷载为308 MPa和221.43 MPa时,单点试验结果未随腐蚀方式变化而发生明显变化,但是当疲劳荷载减小到156.22 MPa时,CF1、CF2与CF3相比,试件的疲劳寿命分别退化了6.3%和4.5%。结论腐蚀损伤试验中"浸泡-晾置"交替循环次数越多,损伤越大,试件疲劳寿命退化,反映Q345角钢构件的疲劳性能受大气环境干湿交替腐蚀损伤影响明显。同一腐蚀方式中,疲劳荷载越小,腐蚀的影响越显著,脆性破坏特征越明显。     

Q235B钢对接焊接头振动S-N曲线的分析

通过分析确定Q235B钢对接焊接头的振动疲劳S-N曲线与静疲劳S-N曲线是具有相同斜率的连续型曲线,并基于静疲劳S-N曲线推得振动疲劳S-N曲线的表达式.文中通过试验确定了Q235B钢对接焊接头的静疲劳S-N曲线和不同加载频率下对应的真实拉伸强度,确定了振动疲劳修正系数为0.345 2,经过残余应力和接头板厚修正后,利用振动疲劳S-N曲线预测了疲劳寿命为5×106周次时振动疲劳极限为114.84 MPa,与试验值相差仅为7.60%.结果表明,文中所用方法能够用于Q235B钢振动S-N曲线的推断.     

25CrMo钢与Q345钢焊接接头低周疲劳性能研究

针对轴25CrMo与辐板Q345在风力发电机转子焊接领域的应用,进行了焊接接头单试样增量法低周疲劳试验,获得S-N曲线及疲劳极限,并采用SEM对疲劳断口进行分析。结果表明:25CrMo与Q345焊接接头疲劳强度高于母材Q345的,疲劳断裂位置发生强度较低的Q345母材区,韧性断裂;其焊接接头的循环应力疲劳寿命曲线的表达式为lgσa=2.986-0.052lgN,修正后的疲劳极限为380MPa,接头疲劳断口为疲劳源区、裂纹稳定扩展区和瞬断区,焊缝内部及表面缺欠是影响接头疲劳性能的主要原因。     

基于热点S-N曲线的Q235B焊接接头疲劳评定的数值模拟

在有限元技术的支撑下,通过热点应力法和回归计算获取焊接接头热点S-N曲线相关参数,在有限元疲劳软件MSC.FATIGUE中实现中值热点S-N曲线的生成和修正,并比较试验疲劳寿命和模拟疲劳寿命.模拟结果表明:通过热点应力法得到的不同热点S-N曲线经过修正后,获取的Q235B钢焊接接头的疲劳强度与国际焊接学会推荐值基本符合,采用IIW推荐的一条热点S-N曲线可以实现Q235B钢对接接头和非承载十字接头的寿命估测,且结果与试验符合较好,与理论一致.     

不同屈强比Q500qE桥梁钢的疲劳裂纹扩展速率

对不同厚度(20~60 mm)和屈强比(0.7~0.9)的Q500q E钢紧凑拉伸试样进行疲劳裂纹扩展速率试验,并与传统桥梁钢Q345q D进行对比。结果表明:室温下,Q345q D和Q500q E母材的止裂能力明显好于焊缝,Q500q E焊缝的疲劳裂纹扩展速率比Q345q D焊缝的疲劳裂纹扩展速率低,说明有较好的止裂能力;对于相同厚度的钢板,Q500q E母材的疲劳裂纹扩展速率随屈强比的升高而增加。和屈强比为0.7的Q345q D相比,任意厚度和屈强比Q500q E的疲劳裂纹扩展速率均低于Q345q D,说明高性能桥梁钢止裂性优于传统桥梁钢。     

基于累积损伤理论的ST12钢T型点焊件寿命研究

对低碳钢T型撕裂拉伸点焊试件分别进行低-高和高-低两级加载疲劳试验,并利用线性和非线性疲劳累积损伤理论进行寿命预测。对于低-高加载,非线性预测结果较线性稍好一些;对于高-低加载,由于高载下的"过载效应",线性预测结果与非线性预测结果都不太理想。针对高-低加载下的寿命预测误差,本文提出一种基于CHABOCHE修正模型的非线性疲劳累积损伤模型,分别考虑了两级应力幅以及疲劳塑性指数的影响。通过对比后发现,修正后的模型预测点焊寿命能力较原模型有所改善。     

超声冲击强度对焊接接头疲劳寿命的影响

采用超声冲击处理方法对Q345B钢十字接头进行处理,对比分析了两种振幅下焊接接头疲劳寿命的变化. 结果表明,在25 μm振幅下焊接接头的疲劳寿命相较18 μm振幅下焊接接头的疲劳寿命提高了4.3~7.6倍,从超声冲击处理后的宏观形貌、微观断口、冲击区域表层组织等方面比较分析了不同振幅下超声冲击疲劳延寿差异的原因,并建立有限元模型进行焊接温度场、应力场和超声冲击的数值模拟,将试验结果与有限元计算结果进行综合对比分析. 结果表明,同等冲击条件下振幅越大,压应力层更深,试件表面压应力值更大.     

锻压设备橡胶隔振器疲劳寿命研究

针对锻压设备橡胶隔振器的疲劳寿命问题,测试了锻压设备工作过程中的冲击载荷,进行了橡胶材料的力学特性试验,构建了橡胶隔振器的有限元模型,研究了最大静载工况下橡胶隔振器的应力分布规律。并根据橡胶材料的S-N曲线,预测了橡胶隔振器的疲劳寿命。结果表明:在最大静载工况下,橡胶隔振器的最大应力为4.35 MPa,主要集中在球墨铸铁承压板的上表面,承压板屈曲应力为250 MPa,远大于橡胶隔振器的最大应力,不会发生疲劳破坏。橡胶部分的应力值相对较小,其最大应力主要集中在上下边缘位置,约为1.44 MPa。橡胶隔振器首先在静应力较大的位置发生疲劳破坏,其疲劳寿命为3589219次,疲劳寿命大于橡胶隔振器使用要求的300万次。     

热障涂层热疲劳寿命预测模型研究

目的 建立热障涂层寿命预测模型,并研究涂层寿命预测与各种应力应变信息的相关性。方法 首先利用带热障涂层圆管试验结果,将涂层界面简化为余弦曲线,建立了相应的二维轴对称有限元模型;然后根据热障涂层疲劳试验结果,结合线性疲劳累积理论和Manson–Coffin低周疲劳模型,建立了热障涂层的寿命预测模型,并将拟合问题转化为寻优问题,使用遗传算法确定寿命预测模型中的系数;最后基于热障涂层试验的微观照片确定出危险点位置,选取正向、剪切、等效和通过二向应力应变分析方法提取垂直于余弦曲面形貌的11种应力应变信息进行寿命预测,并分析了寿命预测的最大误差和平均误差,对分析的结果进行了验证。结果 采用等效应变范围进行涂层寿命预测的最大误差和平均误差最小,分别为50%和21%,涂层寿命与等效应力的相关性最大。采用等效应变进行寿命预测的结果与文献中的结果相比,最大误差降低了169.1%,整体的寿命预测值从±2倍分散带之内缩小到了±1.5倍分散带之内。采用等效应变范围进行不同工况下的涂层寿命预测,预测结果为130次循环,试验结果为160次循环,寿命预测的结果较好。结论 证明了所建立模型的正确性与准确性,为涂层寿命...     

不锈钢车体点焊接头疲劳特性分析

为获取不锈钢车体点焊结构的疲劳特性,提出了一种用于点焊疲劳寿命评估的S-N曲线和P-S-N曲线. 首先,对点焊试件进行拉剪疲劳试验,得到点焊试件的疲劳寿命. 然后,建立点焊试件体单元和壳单元有限元模型,并将仿真结果与准静态试验结果对比,验证了壳单元有限元模型的准确性. 之后,基于Rupp法得到点焊试件的等效结构应力,并根据等效结构应力和试验寿命得到点焊试件在不同应力比下的S-N曲线. 为了消除应力比对S-N曲线的影响,基于Goodman修正法将非对称循环下的结构应力当量为对称循环下的结构应力,得到了点焊试件的基本S-N曲线. 最后,根据三种方法绘制出了点焊的P-S-N曲线,对比得到基于破坏率的方法一和基于等效寿命的方法三能够较为准确地预测点焊的真实寿命,为点焊结构的设计及寿命预测提供一定的参考.     

304L/Q345R异种钢焊接数值模拟技术研究

Q345R和304L钢普遍应用在车辆、化工、船舶等领域,在工程实际中有时需要Q345R和304L钢的焊接。文中使用Ansys软件,选用高斯分布热源,建立了50 mm厚的Q345R/304L钢偏X形坡口焊接有限元模型,并对温度场与应力场进行了研究分析。结果表明：距热源相同距离时,304L钢材料温度上升速率明显大于Q345R钢的温度上升速率;高温时304L钢的冷却速度略微大于Q345R钢的,在低温时大致相同。焊缝区域应力明显大于母材区域的应力。Q345R钢侧的残余应力大于304L钢侧残余应力;304L钢侧最大应力可达241 MPa, Q345R钢侧最大应力可达327 MPa,焊缝区域最大应力可达380 MPa。沿板厚方向,在Q345R钢侧上下表面的Mises应力均大于250 MPa,试样中心部位的Mises应力约为150 MPa。304L钢侧上下表面的Mises应力均在20～30 MPa之间,试样中心部位的Mises应力约为150 MPa。Q345R钢侧所受的Mises应力明显大于304L钢侧所受的应力。焊缝上Mises应力情况较为复杂,最大达350 MPa,但最小应力仅为30～50 MP...     

Q345D钢的热变形抗力研究

利用Gleeble-3500热-力模拟试验机,在变形温度为750~1 200℃、应变速率为0.01~10 s~(-1)、应变量为0.7的条件下对Q345D钢进行单道次压缩试验,得到其真应力-真应变曲线,分析了变形温度、应变速率和变形程度对变形抗力的影响。结果表明,降低变形温度和提高变形速率,均可使Q345D钢的变形抗力增大;只有在较低的变形速率和较高的变形温度下,Q345D钢才发生动态再结晶。通过非线性拟合,建立了Q345D钢的变形抗力模型,并与试验变形抗力进行对比分析,结果表明该模型具有较高的拟合精度。     

Q345钢的热变形Arrhenius本构模型研究

通过Gleeble-3800型热模拟机对Q345钢进行温度区间900~1100℃,应变速率0.1、1、10 s~(-1),真应变0.65的等温压缩试验。采用0.05~0.65应变量范围内数据每隔0.1建立基于物理常数的Arrhenius本构模型,并对模型预测值与试验值进行相关性分析,验证模型预测精度。结果表明:Q345钢高温流变应力随变形温度的升高而降低,随应变速率增大而升高;各应变量下的预测值与试验值相关系数均大于0.98,基于物理常数的Arrhenius本构模型具有较高的预测精度。