喷丸处理对6151-T6铝合金旋转弯曲疲劳性能的影响

对经过电解抛光、喷丸处理和喷丸处理再抛光的三种6151-T6铝合金试样的表面粗糙度及喷丸处理后试样表面硬化层的硬度进行测试。对三种表面状态不同的铝合金材料进行旋转弯曲疲劳实验。研究喷丸处理试样表面残余应力随疲劳实验的变化情况,以及喷丸处理对该铝合金疲劳性能的影响。结果表明:喷丸处理对材料疲劳性能的影响与加载的压应力水平有关。当加载的压应力与表面残余压应力之和不超过材料表面硬化层的循环屈服强度时,硬化层中的残余压应力在疲劳过程中不发生应力松弛,疲劳寿命得到大幅度提高;反之,将发生应力松弛现象,疲劳寿命的提高程度受残余压应力松弛程度的影响。此外,喷丸处理造成的材料表面粗糙度的增加,在全应力幅范围,使材料的疲劳寿命略有降低。     

LY12爆炸复合板垂直界面疲劳性能研究

本文考察了LY12爆炸复合板不同取向的拉伸强度,分层韧性及垂直层合界面疲劳裂纹扩展行为.观测了垂直界面疲劳长裂纹的扩展路径形态,并利用断裂力学理论讨论了材料的层状结构与其疲劳性能之间的关系.结果表明,层合板中的层间界面性能对其疲劳性能具有重要影响,在LY12爆炸复合板中,垂直板面方向的疲劳裂纹在界面处发生了明显的止裂.     

残余应力场中疲劳裂纹闭合模型的扩充

在残余应力场中一般采用残余应力强度因子法预测疲劳裂纹的扩展,但它未考虑残余压应力对裂纹的闭合效应。本文以八十年代初J、C、Newman提出的疲劳裂纹闭合模型为基础,加以修正和扩充使之适用于单边裂纹体,并在原有模型的裂纹面接触应力上迭加残余应力参量。通过实验测定了40Cr钢高温回火态试样在有和无残余应力场时的裂纹闭合力和扩展速率,结果表明,计算值与实验值基本一致。扩充模型尚存在些问题有待改进。     

铝合金-钢爆炸焊接装药量与界面性能的关系(英文)

通过设计不同的爆炸焊接工艺参数爆炸复合了铝合金-钢爆炸复合板,并对复合板的界面性能进行了显微分析和力学性能测试,探讨了爆炸焊接装药量对复合板界面性能的影响。结果表明:在铝合金-钢复合板的的结合界面产生了一层金属间化合物并且在化合物中产生了许多微裂纹。随着装药量的增加,界面化合物的厚度略有增加,其上微裂纹的的数量也有所增加。复合界面的剪切强度随着装药量的增加而有所降低。界面化合物对复合板强度产生不利影响,铝合金-钢爆炸焊接时应尽量采用小药量。     

TC11钛合金全范围疲劳裂纹扩展速率表征

通过疲劳裂纹扩展试验研究了TC11钛合金在不同取向及应力比下的疲劳裂纹扩展行为。结果表明:在相同应力强度因子的情况下,随着应力比的增大,TC11钛合金的疲劳裂纹扩展速率增大。通过TC11钛合金的拉伸性能对裂纹扩展门槛值进行估算,得到了可以对TC11钛合金进行全范围疲劳裂纹扩展速率预测的疲劳裂纹扩展模型,为进一步估算其疲劳寿命提供了依据。     

Cu/WCp叠层功能梯度材料疲劳裂纹扩展速率的数值模拟

本研究基于FRANC2D(Fracture Analysis Code in 2 Dimensions)二维断裂分析有限元软件,并结合大型有限元软件ABAQUS,对Cu/WC_p双层及多层功能梯度材料的疲劳裂纹扩展进行数值模拟研究,控制疲劳裂纹沿不同梯度方向扩展,计算出裂纹扩展中的应力强度因子幅(ΔK),绘制出疲劳裂纹扩展速率曲线,以及裂纹扩展速率和裂尖距界面距离l的关系曲线(da/dN-l),将模拟计算结果与试验结果进行对比分析。研究表明:结合FRANC2D和ABAQUS的数值模拟方法,在比较复杂的叠层功能梯度材料有限元模型建立中具有很大的优势,可以快速地计算功能梯度材料的应力强度因子值;发现材料梯度层间界面的存在以及材料梯度含量的变化,对功能梯度材料裂纹扩展的整个阶段都存在很大影响;梯度层的数量对功能梯度材料的疲劳裂纹扩展速率也有一定影响。     

氧化锆层状复合陶瓷表面压应力与相变增韧的关系

利用维氏硬度仪和X射线应力分析仪、X射线衍射仪等手段分别对单层和层状氧化锆陶瓷进行了力学性能测试和分析,研究结果表明,在ZrO2层状复合陶瓷中,压痕裂纹的形成除了因塑性区体积变化产生的残余应力外,还与相变应力和表面压应力有关,表面压应力对表面裂纹具有较大的抑制作用.层状陶瓷断裂韧性提高,主要是通过表面压应力对压痕裂纹区应力强度因子的贡献、提高断裂相变量,强化相变增韧效果、细化晶粒等几个方面来实现的.     

双金属层合板垂直界面裂纹疲劳的扩展过程

采用四点弯曲加载方式进行奥氏体不锈钢／低碳锅炉钢双金属层合板垂直界面裂纹的疲劳扩展实验,研究了组元强度配合、爆炸焊接影响的区域性能（晶粒大小、形变强化、界面脱粘、独立塑性区等）对裂纹扩展行为的影响,以及垂直界面裂纹疲劳扩展的不同过程及其所对应的扩展机制．结果表明：由于强度错配,裂纹起始于高强度材料一倜时其疲劳扩展速率提高,而起始于低强度材料一倜时其疲劳扩展速率降低;当裂纹尖端接近界面时,界面区域的存在对上述两种情况下疲劳裂纹的扩展均起到了一定的屏蔽减速作用．     

新的估算表面裂纹应力强度因子经验公式

该文给出了新的估算拉伸和纯弯曲载荷下表面裂纹应力强度因子的经验公式。根据疲劳裂纹扩展的数值模拟结果确定强度因子分布函数;利用按已知应力强度因子分布函数求裂纹形状及相应应力强度因子的方法计算给定尺寸的表面裂纹的应力强度因子;通过对数值结果的曲线回归得到估算表面裂纹应力强度因子经验公式。利用该公式对有限厚度和宽度平板内表面裂纹的应力强度因子进行了估算,并与已知的半椭圆形表面裂纹的应力强度因子解进行了比较。该文结果为估算表面裂纹应力强度因子提供了一种新的途径。     

基于化学热处理低碳CrNiMoV轴承钢疲劳性能的研究

为了探究化学热处理工艺对轴承钢旋转弯曲疲劳性能的影响,本文利用旋转弯曲疲劳试验研究了低碳CrNiMoV轴承钢渗碳处理和复合硬化处理后的疲劳性能,分析了表面化学热处理后的组织、硬度分布、表面粗糙度和表面应力分布对旋转弯曲疲劳性能的影响。结果表明:复合硬化的表层存在厚度为4~6μm氮化物层和厚度为0.3 mm的碳氮化物层,表面的显微硬度为885 HV,比渗碳的要高93 HV;与单一渗碳相比,复合硬化后材料表面的残余压应力提高了102.59 MPa。复合硬化后的低碳CrNiMoV试验钢旋转弯曲疲劳性能明显优于单一渗碳。     

预制疲劳裂纹应力强度因子幅对超高强度钢断裂韧度的影响

采用多试样法对D406A超高强度钢进行了准静态断裂韧度KⅠC试验,分析了不同应力强度因子幅预制疲劳裂纹对疲劳预裂纹扩展周期、疲劳预裂纹扩展速率、试样断口形貌以及最终断裂韧度试验结果的影响。结果表明:疲劳预裂纹扩展周期和扩展速率均与应力强度因子幅呈指数变化规律,断口上的疲劳裂纹间距及最终断裂韧度试验结果均随应力强度因子幅的增大而增大,在材料断裂韧度KⅠC的20%~30%选择最大应力强度因子进行KⅠC试验结果较为稳定。     

基于Elber型方程的随机疲劳长裂纹扩展概率模型

拓展有效应力强度因子范围的概念为因子范围与门槛值之差,导出了Elber型方程并建立了他的随机疲劳长裂纹扩展概率模型。同时考虑了数据分散性规律和试样数量两方面对概率的影响。模型分别由存活概率、置信度和联合存活概率—置信度下的裂纹扩展率—应力强度因子范围关系曲线组成。在因子范围服从对数正态分布下,应用线性回归技术和极大似然法建立了模型参数的测定方法。通过对LZ50车轴钢试验数据的分析,考察了模型的效果,揭示出模型对数据的拟合精度良好,能合理地预测中高应力强度因子范围的长裂纹稳定扩展和低应力强度因子范围趋于门槛值的概率规律。     

基于循环载荷的单搭胶接接头残余强度分析

为研究循环载荷下单搭胶接接头的残余强度及失效机理,以5052铝合金单搭胶接接头为研究对象,先后对其进行静强度测试、疲劳强度测试和残余强度测试,引入威布尔分布对试验数据进行分析,检验其有效性,并采用超声扫描显微镜和扫描电子显微镜对失效胶层进行失效机理分析。结果表明,在疲劳循环载荷作用下,接头刚度基本稳定,而残余强度随着疲劳循环载荷周次的增加,呈现出先增大后减小的变化趋势;疲劳裂纹从接头搭接端部的界面端点处开始萌生,并快速向中间扩展,当疲劳循环达到一定次数时,胶层瞬间断裂,裂纹萌生阶段几乎占据了其全部疲劳寿命,失效后的胶层会出现"凹台"状微观结构。     

喷丸改性对7050铝合金FSW接头性能的影响

对5 mm厚的7050铝合金搅拌摩擦焊接头进行喷丸表面改性处理,并对喷丸前后的接头进行残余应力测量、低周疲劳裂纹扩展试验,研究喷丸改性对焊接接头残余应力分布和焊核区、热影响区疲劳裂纹扩展速率的影响。结果表明,喷丸处理提高了接头表面粗糙程度,但接头表层及近表层产生硬化层,二次喷丸处理后的表层硬度值达198HV。二次喷丸最高硬度值比焊接态高33.1%。喷丸引入的残余压应力随喷丸次数增加而增大,最大压应力值位置也移向板材更深处。焊核区、热影响区疲劳裂纹扩展速率相对焊接态均降低,表明喷丸改性提高了接头两微区抗疲劳断裂的能力。     

材料不均匀层对垂直裂纹的作用

界面层(或界面相)断裂行为是复合材料细观力学的一个重要问题。本文研究裂纹垂直侵入双材料之间刚度性质呈单调变化的界面层的断裂问题。近似分析与大规模有限元计算均表明:当裂纹从软相一侧跨越界面层时,裂尖应力强度因子不断上升;当裂纹从硬相一侧跨越界面层时,裂尖应力强度因子不断下降。      

陶瓷基复合材料疲劳特性的研究

应用相变增韧、相变-晶须复合及相变-颗粒复合三种方式来改善氧化铝陶瓷的力学性能,研究了陶瓷基复合材料的疲劳特性。 在循环压缩载荷作用下,陶瓷材料的应力集中处(如缺口)会产生垂直于压应力轴的疲劳裂纹,随循环周次的增加,裂纹的扩展由快到慢,最终完全停止。循环压缩疲劳裂纹的形成机理是较大的应力集中使材料内出现以微裂纹为主要形式的不可逆损伤,在随后的卸载过程中,不可逆损伤区产生很高的残余拉应力,使疲劳裂纹形核并逐渐扩展。 陶瓷材料在四点弯曲循环载荷作用下,疲劳裂纹具有较长的亚临界扩展过程。裂纹护展速率与循环载荷的最大应力强度因子K_(max)及应力强度因子幅度△K都有关,且随载荷频率的降低及载荷波形由三角波变为正弦波,裂纹扩展速率增加。陶瓷材料四点弯曲疲劳裂纹的亚临界扩展是材料内损伤逐渐累积的结果。疲劳过程中材料通过形成微裂纹及裂纹分叉、克服增强物的阻碍及裂纹表面的桥接与互锁作用、产生裂尖微区内的塑性变形及部分稳定ZrO_2的相变等方式来消耗能量,在材料内造成以微裂纹为主要形式的微观损伤,从而弱化了材料,使疲劳裂纹得以亚临界扩展。 陶瓷材料在1050℃高温下的强度约为其室温强度的一半。陶瓷材料的高温循环疲劳是高温静载效应与循环载荷效应的迭加,1050℃下,循     

Hy130钢焊件在空气中和水中的疲劳裂纹增长

在空气中以及在有阴极电位臣低循环频率为0.1赫芝的情况下的3.5％NaCl溶液中,研究了HY130钢的焊件于不同应力比下的疲劳裂纹增长。这些试验结果与在相似试验条件下的基体金属的裂纹增长数据作了比较。在空气中,疲劳裂纹增长速率在焊缝金属中比在基体金属中慢,特别是在低的应力强度因子范围内更是如此。在最高应力比为0.9的情况下,焊缝金属和基体金属的裂纹增长速率几乎相同。焊缝金属中裂纹增长速率较低是由于残余应力引起的。在盐水环境中,发现了类似的关系,但最高应力比为0.9的情况除外,此时在焊缝金属中裂纹增长得快得多。在持续载荷下,柱状枝晶晶界对环境开裂的敏感性被认为是加速裂纹增长的一个原因。     

FRP布加固具有中心裂纹板条的断裂疲劳性能

研究了FRP布加固具有中心穿透裂纹板条在两端拉伸载荷作用下的断裂和疲劳,得到了FRP布加固板条的界面剪应力,利用叠加原理和断裂力学的基本结果,推导了FRP加固板条裂纹尖端的应力强度因子解析表达式。在此基础上,分别给出了FRP加固具有中心穿透裂纹板条Paris和Elber模型的疲劳寿命预测公式,通过实例计算发现,循环荷载作用下FRP加固具有中心穿透裂纹板条的裂纹闭合效应非常显著,应采用Elber模型预测其疲劳寿命,而对于未加固的裂纹板条,应采用Paris模型预测其疲劳寿命。同时,参数分析表明:FRP布加固长度存在最优值,且FRP刚度对应力强度因子幅值影响显著,应力强度因子幅值随着FRP刚度的增加而减小,因此,其疲劳寿命延长。     

透明聚碳酸酯材料疲劳断裂行为

研究不同应力比(R)以及退火处理对透明聚碳酸酯(PC)板材疲劳性能的影响规律与机理,并对聚碳酸酯疲劳裂纹扩展过程与机理进行分析。结果表明:退火后聚碳酸酯试样的残余应力明显变小,疲劳性能明显提高,这是由于机加工造成PC试样残余拉应力,而消除残余拉应力能够明显改善PC的疲劳性能;正应力比(拉拉疲劳)情况下,随着应力幅值变大,PC的疲劳性能明显下降,而负应力比(拉压疲劳)对PC的疲劳性能影响较为复杂。断口形貌分析表明,PC疲劳裂纹断口存在明显的裂纹源区、稳定扩展区与失稳区,而PC的疲劳裂纹扩展机理是首先在应力作用下产生银纹,当应力超过银纹中微纤维强度或在多次循环应力作用下疲劳而造成微纤维破坏时,银纹便发展为裂纹。     

循环压缩载荷下缺口残余拉应力场的X射线分析

用细束 x 射线研究了循环压缩载荷下缺口残余拉应力的分布及变化。试验表明,循环压缩加载后形成的残余拉应力大于一次压缩加载后的数值,压缩应力幅对残余拉应力分布的影响大于压缩平均应力的影响,其原因除了加载-降载过程中形成的残余应力直接与应力幅有关外,尚与应力幅加剧材料循环软化程度有关。形成疲劳裂纹后,在完全卸载的裂纹面上,残余拉应力基本松弛,但垂直于裂纹面稍远处的残余拉应力仍保持有相当大的数值,这部分残余应力是否对裂纹扩展起作用,在计算残余应力的应力强度因子时如何予以考虑值得注意。