焊缝含Ⅰ型单边裂纹低匹配平余高对接接头形状参数对形状因子的影响

基于有限单元法针对焊缝含Ⅰ型单边裂纹的低匹配平余高对接接头形状设计,以最大限度提高接头的承载能力以及更准确地对其进行安全评定为目标,从断裂力学角度出发,考察了焊缝含Ⅰ型单边裂纹的低匹配平余高对接接头各形状参数,即焊缝余高高度、余高宽度和焊趾圆弧过渡半径,对其形状因子的影响.结果表明,焊缝余高高度对焊缝含Ⅰ型单边裂纹的低匹配平余高对接接头形状因子影响最为显著,余高宽度和焊趾圆弧过渡半径的影响较小.采用传统的不考虑余高高度时的形状因子指导焊缝含Ⅰ型单边裂纹低匹配平余高对接接头的形状设计是不合理的.选择合适的形状参数可以提高焊缝含Ⅰ型单边裂纹低匹配平余高对接接头的承载能力.     

焊接接头等承载设计

对焊接结构设计文献与相关标准进行了综述。分析发现,焊接结构的疲劳性能与母材的自身强度没有直接联系;原始焊接接头的裂纹萌生寿命较短,接头疲劳寿命主要是考虑裂纹扩展寿命;焊接残余应力对焊接结构疲劳性能的影响体现在S-N曲线中,无需特殊考虑;焊接接头疲劳性能的优化需从降低焊趾应力集中和提高接头疲劳抗力入手,避免裂纹穿透焊喉失效。在此基础上,提出焊接接头等承载设计理念,等承载即实现焊接接头与母材具有相同的承受静载、动载等外载荷的能力,此设计理念将焊接接头的非均质性与几何形状参数进行了综合考虑,通过对焊接接头的力学性能进行分析,给出焊接接头等承载设计方法与设计准则。等承载设计理念可摆脱具体的产品结构,实现量化设计,并有望发展成为标准化设计环节。     

在线去应力退火对线性摩擦焊TiAl合金接头微结构与力学性能的影响机制

采用在线去应力退火工艺对线性摩擦焊TiAl合金接头进行处理,避免了焊后裂纹的产生。显微组织分析表明,接头焊缝区与热力影响区界限明显,焊缝区主要由等轴γ晶组成,并含有少量的α₂相。靠近焊缝的热影响区内的层状γ晶具有明显的流线特征,其方向与焊接界面热塑性金属的流动方向一致。接头的显微硬度从母材区到焊缝区呈逐渐增加的趋势,焊缝区显微硬度相较于母材区增加了约1700 MPa;接头的室温抗拉强度与母材相当,在683 MPa到717 MPa之间。焊缝区的细晶强化效应是接头强度较高的主要原因。     

含中心裂纹低匹配对接接头形状参数对形状因子的影响

基于有限单元法针对含中心裂纹的低匹配对接接头形状设计,以最大限度提高接头的抗断能力为目标,从断裂力学角度出发,考察了含中心裂纹的低匹配对接接头的焊缝余高高度、盖面焊道宽度、焊趾过渡圆弧半径等形状参数对其形状因子的影响.结果表明,焊缝余高高度对含中心裂纹的低匹配对接接头形状因子影响最为显著,盖面焊道宽度的影响次之,焊趾过渡圆弧半径的影响最小.选择合适的形状参数可以提高含中心裂纹低匹配对接接头的抗断能力.     

宏观力学不均匀性对焊接接头动态J积分的影响

焊接接头是一个宏观力学不均匀体，力学不均匀性对焊接接头的动态断裂行为有重要的影响。采用MARC有限元程序，对含焊缝中心裂纹的低匹配焊接接头三点弯曲试样的动态断裂响应进行了计算模拟，并采用虚拟裂纹扩展方法计算了动态J积分断裂参量。作为比较，计算了相同条件下全母材及全焊缝三点弯曲试样的动态响应。由于惯性效应的作用，动态载荷响应曲线周期振动，焊接接头试样的动态载荷响应值介于全母材与全焊缝之间。用虚拟裂纹扩展方法计算的动态J积分与路径无关，惯性效应对动态J积分基本没有影响。低匹配焊接接头的动态J积分低于全母材而高于全焊缝。研究结果为承受动载的焊接结构安全评定奠定了基础。     

低匹配十字接头的“等承载”设计

为提高低匹配接头的静载承载能力和疲劳抗力,根据提出的“等承载”设计思想和实现条件,在确定十字接头应力集中最小化的焊缝形状方案的基础上,通过有限元计算及其结果的回归分析,建立了十字接头几何参数与焊趾、焊根应力集中系数的关系方程,进行了0.571匹配比十字接头等承载目的的接头形状参数设计. 结果表明,设计延缓了拉伸及弯曲过程中低强焊缝和焊趾应力的增长速度,低强焊缝不先于母材屈服,应变集中先位于焊趾,随后向母材转移,接头断裂模式转变为安全的全面屈服断裂. 该设计对高强度钢低匹配接头的应用具有重要意义.     

基于内聚力模型的 γ-TiAl合金中 γ/γ 界面裂纹扩展的多尺度模型

通过建立多尺度模型预测γ-TiAl合金中裂纹的扩展行为。利用分子动力学（MD）建立了真孪晶（TT）γ/γ界面模型,得到了界面内聚力区域（CZM）的本构参数;采用Voronoi方法生成了多晶γ-TiAl合金介观模型,将CZM本构参数耦合到该模型中,得到了对应的不含缺陷、含钝裂纹和钝裂纹+中心空洞缺陷的临界应力断裂云图,利用几何相似性平均了多晶模型和整体裂纹拉伸关系曲线并分析了γ-TiAl合金的损伤机理;根据连续介质假说建立了宏观有限元模型（FEM）,通过对紧凑拉伸试样模拟给出了力-位移曲线并得到了材料的断裂韧性。最后,将宏观有限元模拟得到的裂纹扩展行为与实验结果进行比较,验证了该模型的有效性。结果表明：在晶粒数比例相同的情况下,缺陷对整个近γ结构的强度有着显著的敏感性,同时该多尺度方法可以有效地连接不同尺度并预测裂纹的扩展。     

孔洞对2519A铝合金焊接接头裂纹扩展的影响

建立了由焊缝和母材两个区域组成的含孔洞的焊接接头裂纹扩展仿真模型;研究了2519A高强铝合金焊接接头中孔洞形状、尺寸、位置对裂纹尖端应力强度因子的影响。结果表明:孔洞形状的影响取决于尖角顶点与孔洞中心连线和受力方向之间的最小夹角,夹角越大应力强度因子越大;随孔洞尺寸的增加应力强度因子增加;当孔洞中心与裂纹尖端连线和裂纹延长线之间的最小夹角一定时,孔洞离裂纹尖端越近应力强度因子越大。     

基于等承载能力原则的低匹配对接接头设计

根据对接接头的应力分布特点,提出了低匹配接头焊缝与母材具有相等静载承载能力的条件,即焊根处应力集中因子与接头匹配比（焊缝金属与母材的屈服强度的比值）相等。通过有限元计算及其结果的回归分析,建立了对接接头几何参数与焊根处应力集中因子经验方程。针对高强钢焊接结构的应用,以焊缝与母材静载等强承载为原则,进行了低匹配对接接头的几何形状设计。结果表明,该几何形状设计不仅可在较大范围内选择匹配比而不必降低应用载荷,而且接头断裂模式由局部屈服断裂向整个接头的全面屈服断裂转变,该接头设计对于高强钢低匹配接头的应用具有重要意义。     

6061铝合金焊接接头液化裂纹分析

6061铝合金角接接头存在裂纹缺陷,根据裂纹的分布特征、显微组织及断口形貌判断该裂纹为液化裂纹。分析认为,该裂纹缺陷有三个重要诱因:材料晶粒尺寸粗大;焊接热输入过高;电弧的磁偏吹导致焊缝形状向上偏离。通过选用晶粒细小的母材、降低焊接热输入、改善焊缝形状,接头液化裂纹的问题得以解决。     

高强钢低匹配等承载对接接头焊接残余应力调匀能力

借助有限元软件研究了高强钢对接接头中焊接残余应力的调匀情况.结果表明,因母材塑性储备不足,所有接头焊后横向、纵向拉伸峰值应力均在焊接残余应力的基础上不断增加,但接头各区域应力增速不同,最终残余应力均未完全调匀.低匹配静载ELCC接头高塑性、低屈强比的盖面焊道位于高值残余应力所在的焊缝及近缝区母材表面并分担载荷,使该区应力增速放缓,故其残余应力调匀能力优于等匹配接头.考虑焊接残余应力的ELCC接头静载失效更可能发生在母材区,这与ELCC接头的设计目标相符.明确了静载ELCC设计可以忽略焊接残余应力的影响.     

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.     

Interaction of a screw dislocation with a thin-film-covered mode III crack

The present work models stress corrosion cracking by considering the interaction of a screw dislocation with a thin-film-covered mode III crack under an applied remote load. Exact solutions are derived from the proposed model. The results show that the crack stress field due to the applied load is enhanced by a harder film or abated by a softer film. When the crack length is much larger than the film thickness, the local stress intensity factor approximately equals the product of the nominal applied stress intensity factor times the ratio of the shear modulus of the film over that of the substrate. The critical stress intensity factor for dislocation emission from the crack tip is greatly influenced by the film stiffness and the film thickness. It is easier for a dislocation to be emitted from the crack tip if the covered film has a larger shear modulus than the substrate. The opposite is also true, a softer film makes the dislocation emission more difficult.     

Comments on spread of plasticity from edge crack close to interface of dissimilar metal joint

Abstract

The situation encountered by a crack in a dissimilar metal joint is analysed using a weight function method applied to a Dugdale crack model. The stress intensity factor at an effective crack tip located in the vicinity of the interface can be calculated from the weight function for a constant pressure load system, based on the principle of elastic stress superposition. The effects on the stress intensity factor and the crack tip opening displacement of a hard transitional zone, which is developed near the interface, are discussed.     

铝合金型材对搭接搅拌摩擦焊接头中Hook缺陷的安全评定

基于断裂力学理论对铝合金型材对搭接搅拌摩擦焊接头中Hook缺陷进行安全评定,并通过疲劳试验进行验证.金相显示Hook缺陷的本质是搭接面在搅拌头剧烈搅拌作用下向上迁移的结果,显现为裂纹的形式.将Hook缺陷归一化为延伸到焊缝内部的单边裂纹,裂纹扩展速率线性拟合得出应力强度因子幅度门槛值ΔKth为2.509 MPa·m1/...     

一种针对低匹配焊接接头的"等承载"设计方法

为提高高强钢低匹配接头承载能力,提出了低匹配接头与母材具有相等的静载承载能力和疲劳抗力的"等承载能力"(ELCC)概念.从安全性角度出发,焊接结构必须同时具有足够的强度和应力松弛能力,而强度失配接头的断裂模式类型能够同时反映接头的强度、塑性变形能力以及焊缝与母材之间塑性变形的非均匀程度.母材先于焊缝发生塑性变形的全面屈...     

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°。     

Long fatigue crack growth behaviour of ferritic steel weld metal

Abstract

Single edge notched weld joint specimens were tested at different stress levels to study the long fatigue crack growth behaviour of a ferritic steel (nuclear grade SA333 Grade 6 steel) weld metal at two stress ratios R of 0·1 and – 1. A two slope behaviour was noticed in the crack growth rate versus stress intensity factor range plots at both stress ratios. Different parameters were employed to generalise the load ratio effect on fatigue crack growth rate.     

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.