国产P92钢的蠕变裂纹扩展行为研究

对国产P92钢开展了600℃蠕变试验，得到了蠕变变形曲线、蠕变指数和蠕变延性等，再在600℃进行蠕变裂纹扩展行为试验研究，得到了蠕变裂纹萌生时间和蠕变裂纹扩展速率与蠕变断裂力学参量C^*的关系，将国产P92钢的性能与BS 7910数据进行比较，评估NSW模型的预测效果，计算得到材料的蠕变断裂韧性。结果表明，蠕变裂纹萌生时间和蠕变裂纹扩展速率与蠕变断裂力学参量C^*之间有较好的双对数线性相关性。国产P92钢的蠕变裂纹扩展性能优于BS 7910中9%Cr钢的平均性能，NSW模型的平面应力预测结果与试验数据接近，材料的蠕变断裂韧性随着服役时间的增大逐渐降低。该研究结果可以用于评估长期服役高温结构的安全性。     

内压圆筒中表面裂纹蠕变扩展的数值分析

金属蠕变的研究逐渐趋向对含缺陷材料与结构进行探讨,但针对金属构件表面裂纹蠕变扩展特性的研究仍然有限。基于三维有限元方法,对高温内压下含轴向表面裂纹的低合金Cr-Mo钢圆筒进行研究。有限元计算得到的应力强度因子K和蠕变裂纹驱动力参量C*积分与前人的研究进行比较,提出一种基于软件ABAQUS的步步分析方法来描述蠕变裂纹的扩展行为。最后,通过对若干不同初始形状裂纹的研究,得到四种不同初始形状的表面裂纹的形貌变化特性,以及裂纹深度、裂纹长度、C*积分和剩余寿命的变化规律。     

双材料界面裂纹动态扩展的数值模拟

基于扩展有限元方法(XFEM),研究了双材料中界面裂纹和亚界面裂纹的动态扩展问题.建立了双材料板界面裂纹和亚界面裂纹的动态增长分析模型,该模型使用集中质量矩阵代替传统的一致质量矩阵以提高效率,并利用Newmark法进行时间积分.将该模型与在有限元软件中建立的二维弹性模型计算获得的动力响应和能量值进行比较.通过数值算例,研究了应变率和材料特性对圆形和直线双材料中界面和亚界面裂纹扩展的影响.     

丁基橡胶粘弹性材料的非线性蠕变行为

对丁基橡胶粘弹性材料进行了不同温度、不同载荷下的蠕变试验,并用经典的线性粘弹性模型预测该材料的蠕变曲线,采用时间-应力等效原理分析材料的非线性蠕变行为.结果表明:参考应力下归一的等效柔量主曲线可用线性模型去描述.     

高温蠕变条件下表面裂纹扩展行为分析

裂纹的存在及其扩展严重限制着高温承压部件的使用寿命,而目前对结构三维蠕变裂纹扩展行为的认识及其预测仍比较有限。以典型耐热钢P91为例,在650℃下对其开展了不同应力和不同初始裂纹尺寸的表面裂纹蠕变扩展试验,通过断面观察获得了蠕变裂纹扩展形貌演化,并采用基于多轴蠕变损伤模型的有限元法、基于蠕变裂纹尖端参量C*的有限元法以及英国标准BS7910推荐的简化计算方法进行表面裂纹蠕变扩展分析。结果表明,基于多轴蠕变损伤模型的有限元法能够合理地描述裂纹最终轮廓并准确地预测裂纹扩展时间。相比之下,基于C*的有限元法和BS7910简化计算方法计算的裂纹形貌预测有明显偏差,并且较依赖于紧凑拉伸试样的蠕变裂纹扩展试验数据及其拟合的参数C和q,易导致过于保守的裂纹扩展时间预测。评估了不同计算方法对于表面裂纹蠕变扩展行为的预测能力。     

剪切载荷作用下胶接材料界面动应力强度因子的研究

主要研究剪切载荷作用下,胶接材料中弹性和粘弹性界面间Griffith裂纹尖端动态应力强度因子的时间响应.采用积分变换方法,得到Laplace域内弹性和粘弹性材料的应力和位移的含未知系数的表达式;引入位错密度函数,并通过边界条件和界面连接条件,导出反映裂纹尖端奇异性的奇异积分方程组,采用Gauss积分,并运用Gauss-Jacobi求积公式化奇异积分方程组为代数方程组,利用配点法进行求解;最后经过Laplace逆变换,求得动态应力强度因子的时间响应.得到Ⅱ型动应力强度因子随着粘弹性材料的剪切松弛参量的增加而增大,膨胀松弛参量的增加而减小;随着弹性材料的剪切模量和泊松比的增加而增大.     

高速列车齿轮副裂纹扩展寿命研究

为研究高速列车齿轮的齿根裂纹扩展特性,在有限元软件ABAQUS中建立齿轮副模型并通过静力学分析,以确定裂纹萌生位置。基于线弹性断裂力学理论,在软件ABAQUS中建立含齿根初始裂纹的斜齿轮模型,计算裂纹前缘不同节点处的应力强度因子;研究齿根裂纹自动扩展的方式及轨迹,通过计算得到齿根裂纹的扩展寿命。在此研究的基础上,探讨了载荷大小等因素对裂纹扩展寿命及轨迹的影响规律。研究表明,裂纹扩展速率先慢后快,载荷对裂纹扩展寿命的影响十分明显。     

含裂纹复合材料板的应力计算

针对含裂纹的复合材料板，根据非均质各向异性弹性理论和复变函数理论，通过保角映射方法建立精确的边界条件，解决了裂纹的边界条件问题。建立了基于准确边界条件的边界积分方程，对裂纹周围应力在不同的外载荷及不同位置的情况下进行了仿真计算，得到了含裂纹复合材料板裂纹周围应力场的精确解析解。     

温度和蠕变损伤对HK40钢蠕变裂纹扩展的影响

通过在1103～1163°K下测量HK40钢时辰变裂纹扩展速率,分析了温度对蠕变裂纹扩展速率的影响,求出的裂纹扩展激活能接近蠕变激活能,这表明裂纹扩展由蠕变的某种机制控制。在1144°K下,研究了铸态（NL）,运行21000小时（YB2）和运行50000小时（DB1）三种材料的蠕变裂纹扩展行为。指出,铸态材料和蠕变损伤的材料的蠕变损伤的材料的蠕变裂纹扩展行为是不同的,DB 1蠕变空洞数量多是其裂纹扩展速率高于YB2的主要原因,细小二次碳化物使裂纹扩展速率增高。     

T型钎焊接头蠕变裂纹扩展的有限元分析

钎焊接头蠕变断裂是高温紧凑式回热器的主要失效形式之一。为研究钎焊接头的蠕变失效过程,运用有限元分析软件Abaqus建立了T型钎焊接头的有限元模型,对T型接头在600℃下蠕变裂纹扩展过程进行了数值模拟,得到了此类接头的蠕变裂纹扩展规律。其结果表明:T型接头的蠕变裂纹扩展可分为起裂、稳定扩展、快速扩展三个阶段;起裂过程中,随着蠕变时间的增加,钎焊焊缝边缘处的高应力区会发生应力松弛;起裂时间与载荷呈幂律关系;随着施加载荷的增加,蠕变裂纹扩展速率上升越快。     

梯度涂层界面裂纹蠕变扩展驱动力的研究

目前针对梯度材料力学性能的研究主要集中在弹性解范围,这些研究结果尚无法直接用来关联梯度涂层的高温服役行为。文中在考虑梯度涂层不同蠕变参量的基础上,采用非均匀有限元法对梯度涂层／基体系统中的界面裂纹进行研究,通过对其高温蠕变行为的模拟计算,得到涂层梯度因子、蠕变系数、蠕变指数以及涂层厚度对裂纹蠕变扩展驱动力的影响关系,为高温下梯度涂层的优化设计奠定了一定的基础。     

组织特征对粉末高温合金FGH96疲劳裂纹扩展速率的影响

通过对不同热处理后获得3种典型显微组织的粉末高温合金FGH96合金试样在650 进行保载90 s和5 s并恒载荷循环应力作用下的疲劳试验,研究组织特征对疲劳裂纹扩展速率的影响规律,确定不同载荷条件下孕育期、萌生期、扩展期及瞬断期所占的比率。结果表明,γ相特征显著影响疲劳裂纹扩展速率;疲劳行为对保载时间存在敏感性,随保载时间的延长,在疲劳-蠕变的交互作用下会明显加快合金疲劳裂纹扩展;在整个疲劳破坏过程中,萌生比率均高于扩展比率,说明该合金抗裂纹萌生的能力要高于抗裂纹扩展的能力;此外,该合金疲劳裂纹扩展四个阶段在整个断裂周次所占的比率分配上,孕育期比率一般较小,萌生期和扩展期比率较大,瞬断期的比率很小,表明该合金裂纹扩展一旦失稳将高速扩展并迅速断裂。     

基于新裂纹扩展驱动力参量的焊接接头疲劳裂纹扩展的研究

传统上疲劳裂纹扩展速率以一个参量——应力强度因子幅(PARIS模型)或有效应力强度因子幅(ELBER模型)来表达。PARIS模型不能统计应力比效应和变幅加载历史。ELBER裂纹闭合模型虽被广泛应用,但确定其开闭口载荷的测量方法很多,且测量结果均存在主观性。最近研究表明,疲劳裂纹扩展不仅依赖于应力强度因子幅,还与最大应力强度因子有关。并且KUJAWSKI提出了两参量模型,该模型避开了有争议的裂纹闭合效应。基于一个载荷循环中柔度变化与裂纹尖端开闭口与弹塑性行为的关系,提出一个新的具有物理意义的两参量驱动力模型。针对Q345钢焊接接头各区域进行两种应力比R=0.1和0.5的疲劳裂纹扩展试验。使用该模型针对Q345钢焊接接头各区域的疲劳裂纹扩展数据进行验证。结果表明,提出的新模型在预测应力比对裂纹扩展速率的影响时比上述三个模型更有效。     

基于遗传算法的平板裂纹识别

裂纹的识别是故障诊断领域研究的一个热点问题.基于构件的固有频率变化,从反问题的角度出发,把裂纹的识别问题转化为一个优化问题,将裂纹的相对位置及深度参数转化为二进制编码,提出基于遗传算法的平板构件裂纹的识别方法.为了减少遗传算法的计算量,对遗传算法作了一定的改进.计算结果表明算法计算精度高,计算量小,可广泛的应用于拉深件裂纹识别及结构损伤检测等场合.     

蠕墨铸铁疲劳特性的研究

对在四种热处理方法下的蠕墨铸铁试样进行门槛值和裂纹扩展速率的测试,并对其进行分析和比较.其结果表明,不同的基体组织对蠕墨铸铁的门槛值和低速区的裂纹扩展速率有比较明显的影响,门槛值随相对韧度增大而增大.不同的石墨形态对门槛值的变化影响不大,且仍然可以维持在较高的水平.不同载荷比下的低速区裂纹扩展速率区别较大,但随着平均载荷的升高,载荷比的影响有减小的趋势,中速区载荷比的影响较小.文中给出不同载荷比下的蠕墨铸铁门槛值和裂纹扩展速率经验公式.     

The crack growth behavior of Incoloy 800H under fatigue and dwell-fatigue conditions at elevated temperature

Fatigue crack growth rate (FCGR) tests with different load ratios and dwell-fatigue crack growth rate (DFCGR) tests with different dwell times were conducted at 750°C for Incoloy 800H. As the load ratio increases from 0.1 to 0.5, the crack growth rate increased and the transition ??K value from region I to region II (Paris regime) shifted leftward. In DFCGR tests with dwell time of 10 and 30 seconds, the Paris regime started at relatively lower ??K level and the crack grew much faster than in FCGR tests. However, the crack growth rates between the 10 sec and 30 sec dwell times were relatively similar. The higher crack growth rates in the DFCGR tests compared to FCGR tests was associated with the reduction of the M₂₃C₆ precipitates in the vicinity of the advancing crack by the Cr depletion, suggesting the crack propagation in DFCGR conditions was environmentally assisted. The crack growth rate was controlled by trans-granular mode regardless of the dwell time because the dwell time was not enough to cause creep damage.     

TRANSVERSE VIBRATION CHARACTERISTICS OF VISCOELASTIC RECTANGULAR PLATE WITH CRACK

Based on the two-dimensional viscoelastic differential constitutive relation and the thin plate theory, the differential equations of motion of the viscoelastic plate with an all-over part-through crack are established and the expression of additional rotation induced by the crack is derived. The complex eigenvalue equations of the viscoelastic plate with crack are derived by the differential quadrature method, and the 8method is used at the crack continuity conditions. Dimensionless complex frequencies of a crack viscoelastic plate with four edges simply supported, two opposite edges simply supported and other two edges clamped are calculated. The effects of the crack parameter, the aspect ratio and dimensionless delay time of the material on the transverse vibration of the viscoelastic plate are analyzed.     

Central crack in a piezoelectric disc

This study is concerned with the general solution of the field intensity factors and energy release rate for a Griffith crack in a piezoelectric ceramic of finite radius under combined anti-plane mechanical and in-plane electrical loading. Both electrically continuous and impermeable crack surface conditions are considered. Employing Mellin transforms and Fourier series, the problem is reduced to dual integral forms. The solution to the resulting expressions is expressed in terms of Fredholm integral equation of the second kind. The solutions are provided to study the influence of the crack length, the crack surface boundary conditions on the intensity factors and the energy release rate.