基于固有频率的两级加载下拉剪点焊结构疲劳损伤分析

对两个焊点的拉剪电阻点焊试样,进行了低-高和高-低非等平均载荷的两级加载,分析了点焊结构的疲劳损伤累积规律。测量了疲劳破坏过程中,动态响应固有频率随循环数的增加的变化。结果表明:对于低-高加载,实验结果存在"锻炼效应",随着较低载荷循环数的增多,疲劳寿命有变长的趋势;对于高-低加载,在较低载荷作用下疲劳寿命变长,存在过载延迟现象。使用固有频率可以很好地监测"锻炼效应"和过载延迟。     

BGA结构无铅微焊点的低周疲劳行为研究

基于塑性应变能密度概念提出微焊点低周疲劳裂纹萌生、扩展和寿命预测模型,阐明其与连续介质损伤力学的联系,评估应力三轴度对预测模型的影响,并通过试验和数值计算相结合的方法确定出微米尺度球栅阵列(Ball grid array,BGA)结构单颗Sn3.0Ag0.5Cu无铅焊点(高度为500～100 μm,焊盘直径为480 μm)疲劳裂纹萌生和扩展模型中的相关常数。研究结果表明,疲劳裂纹萌生和扩展循环数与每个循环所产生的塑性应变能密度均呈幂函数关系;应力三轴度会影响疲劳裂纹扩展速率,并最终影响焊点的疲劳寿命;应力三轴度与加载方式有关,拉伸载荷下焊点的应力应变行为受异种材料界面和封装结构力学约束作用的影响,应力三轴度随焊点高度降低而明显升高;而剪切载荷作用下焊点中的力学约束十分有限,焊点高度变化对应力三轴度的影响非常小;测得的高度为100 μm焊点的疲劳裂纹扩展相关常数可以很好地用于预测其他不同高度焊点的疲劳寿命,表明所提出的预测模型可以有效地减小由几何结构和体积变化造成的塑性应变能集中现象对焊点疲劳寿命的影响。     

裂纹源位置对6005A铝合金挤压型材高周疲劳寿命的影响

通过高周疲劳试验研究了裂纹源位置对6005A-T6铝合金挤压型材高周疲劳寿命的影响。结果表明:6005A-T6铝合金挤压型材在应力比0.1下的中值疲劳强度为164.5 MPa,疲劳强度较高,但疲劳寿命分布较分散;在最大应力200 MPa条件下,具有不同疲劳寿命试样的疲劳裂纹源区的面积较小,疲劳裂纹扩展区均由疲劳条带和二次裂纹组成,瞬断区的面积较大,均由孔洞和韧窝组成;在相同最大应力下疲劳寿命存在差异的原因在于疲劳裂纹源位置的不同,在最大应力为200 MPa条件下,疲劳裂纹源位于孔洞缺陷处试样的疲劳寿命最长,比疲劳裂纹源位于氧化夹杂物处试样的疲劳寿命延长一个数量级,疲劳裂纹源位于Al7(Cr Fe)第二相颗粒处试样的疲劳寿命居于二者之间。     

高强钢电阻点焊TS试样疲劳寿命预测

在使用裂纹扩展的方法预测焊点疲劳寿命时,裂纹尖端塑性区的存在会对寿命预测结果产生影响,而现有的大多数寿命预测方法在预测寿命的过程中并没有考虑裂纹尖端塑性对寿命预测结果的影响。针对几种不同的高强钢电阻点焊TS试样进行了疲劳寿命试验,得到了不同材料的疲劳寿命与裂纹扩展路径,在此基础上使用裂纹扩展的方法对TS试样的寿命进行了理论预测。考虑裂纹尖端的塑性变形,对理论寿命预测结果进行了塑性修正,修正后的曲线在高周疲劳区寿命预测结果几乎不变,在低周疲劳区寿命预测结果减小,寿命预测曲线变化趋势与实验结果相符合。高周疲劳由于载荷较小,塑性区半径小,所以塑性对疲劳寿命的影响小,低周疲劳区由于载荷较大,塑性区半径大,塑性对疲劳寿命影响较大。     

一种基于连续损伤力学的低周疲劳寿命预测模型

基于连续介质基本守恒定律和连续损伤力学,可将材料疲劳损伤造成的有效承载面积减小表示为平均应变的函数,在此基础上,按微裂纹阶段和疲劳裂纹阶段对材料低周疲劳的损伤演化进行了分析,并建立了一种低周疲劳寿命预测模型。对316L钢光滑试样进行420℃环境下应力控制的低周疲劳试验,采用上述方法进行损伤描述和寿命预测。结果表明微裂纹阶段是材料低周疲劳寿命消耗的主要阶段,采用各寿命段采样数据获得的寿命预测结果与试验结果较 符合。     

铝合金焊点疲劳性能及其影响因素分析

研究了铝合金AA5754和AA6111-T4焊点的疲劳性能,获得了不同厚度及试件类型的焊点疲劳数据;研究了试件类型不同时焊点的疲劳失效模式,讨论了焊点疲劳裂纹的扩展形式;分析了铝合金焊点疲劳寿命的影响因素。结果表明:焊点疲劳失效模式主要有两种,分别是母材“眉状”裂纹断裂和焊点熔核界面断裂;母材对焊点疲劳寿命影响不大;循环载荷比对焊点寿命有一定的影响,增大载荷比导致焊点疲劳寿命略有下降;试件类型对焊点寿命有很大的影响,应在设计中避免焊点承受剥离载荷。     

镍磷化学镀对40Cr钢疲劳损伤行为的影响

用系统分析的方法，通过三点弯曲疲劳试验，跟踪监测40Cr钢及经镍磷化学镀处理试样的疲劳过程，对镀层在疲劳损伤过程的影响进行数值度量。实验结果表明，经镍磷化学镀处理40Cr钢的三点弯曲总体疲劳寿命有明显下降，且镍磷化学镀层显著影响着40Cr钢的疲劳裂纹萌生阶段和疲劳裂纹扩展的损伤过程，40Cr钢经处理后的疲劳裂纹萌生寿命和疲劳寿命下降33％以上。     

疲劳损伤钢件延寿机理及效果

在恒应变ε=±0.5%和ε=±0.8%控制下,对淬火和600℃回火的40Cr钢试样进行疲劳循环加载,求得存活率为90%时的寿命Nf,将另一组试样疲劳加载到少于Nf的不同周次,在保护介质下550℃加热2小时(称为修复退火)后,测残余疲劳寿命。当损伤主要是微观结构变化时,退火效果随损伤周次增加而提高。其原因是存在试样中的应变能在修复退火中作为附加的驱动力,促使微观组织向均匀和稳态转变,延缓了碳化物界面裂纹的形成。但当损伤促使微观裂纹形成时,退火不能使其愈合,修复效果降低,所以有一个最佳的修复退火时机。此时进行修复退火,使疲劳总寿命提高2倍。但对高周次疲劳损伤,进行修复退火不能愈合裂纹和延长寿命。对它进行中温热静等压(hotisostaticpressure,HIP)处理,可提高总寿命2.4倍。中温热静等压使试样表面硬度、残余压应力都增加,可减缓微裂纹的萌生和扩展。试样的电阻率变化能够检测微观结构疲劳损伤程度和修复效果。     

考虑修正平均等效应力强度因子的焊点缺陷疲劳寿命研究

提出了一种基于超声回波的焊点缺陷疲劳寿命预测评价方法。该方法采用模糊数学理论,基于超声回波特征获得损伤系数,然后综合考虑法向应力、剪切应力和初始缺陷的影响,将焊点缺陷在裂纹扩展路径上的修正平均等效应力强度因子作为疲劳评价的参量。通过对DP600GI材料的合格焊点、焊核过小焊点和烧穿焊点的接头进行疲劳试验,比较不同缺陷对焊接疲劳寿命的影响,得到一条修正平均等效应力强度因子与疲劳寿命的拟合曲线作为含初始缺陷的焊点疲劳寿命预测曲线,研究结果表明,该曲线能有效预测含初始缺陷的点焊接头的疲劳寿命。该方法有助于合理设计电阻点焊的缺陷容限。     

铝合金点焊拉剪接头疲劳性能及寿命分析

研究了铝合金AA5754点焊拉剪接头的疲劳性能,获得了不同厚度试件的载荷寿命曲线。研究了铝合金焊点的疲劳失效模式,讨论了焊点疲劳裂纹的扩展形式,并测量了裂纹扩展路径与点焊熔核界面之间的角度。分析了点焊拉剪试件在同时承受I型和II型载荷时,疲劳裂纹的扩展方向,并与测量值进行了比较。利用疲劳破坏后沿铝板厚度方向的实际裂纹长度修正了裂纹尖端的局部应力强度因子,提出了评价焊点寿命的疲劳参量K(i),并对试验数据进行了分析比较。结果证明K(i)可以有效关联试件尺寸效应和焊点疲劳寿命,能够用于预测焊点疲劳寿命。     

基于动态响应有限元模拟的点焊接头疲劳寿命预测

利用三维有限元模拟和动态响应试验对点焊接头疲劳裂纹萌生和扩展特性进行了研究。利用所模拟的裂纹长度和固有频率的关系,定义了点焊疲劳裂纹扩展的三个阶段。根据所定义的裂纹萌生阶段的定义,利用局部应力应变法预测了点焊接头的疲劳裂纹萌生寿命。结果表明,所预测的疲劳萌生寿命与试验结果相吻合。     

点焊接头疲劳损伤过程中的固有频率变化特性研究

利用有限元模拟和动态响应实验对单点点焊接头的疲劳过程中固有频率变化的特性进行研究.结果表明,三维有限元模拟与实验结果相吻合,能较好地模拟点焊接头在两种疲劳裂纹萌生和扩展的过程中频率的变化情况.并利用所模拟的裂纹长度和固有频率的关系,总结出最适宜对疲劳损伤进行研究的模态阶数.     

Q355NE+SUS304异种金属焊接接头组织与腐蚀疲劳性能研究

以Q355NE+SUS304异种金属焊接接头为研究对象,对其显微组织、3.5%NaCl+0.5%Na2SO4(质量分数),PH=5溶液腐蚀疲劳和腐蚀疲劳断裂特征进行了研究,分析了异种金属焊接接头腐蚀疲劳性能和断裂过程。结果表明:试验级腐蚀疲劳极限在170MPa左右,腐蚀疲劳裂纹起源于Q355NE侧的热影响区,逐渐扩展最终断裂于接头焊缝区,异种金属焊接接头构件级腐蚀疲劳通过4吨极限加载条件下的200万次试验,未发生破坏。     

疲劳裂纹对悬臂梁振动特性影响的理论分析

研究了疲劳裂纹对悬臂梁的固有频率及强迫振动响应的影响,使用余弦函数描述疲劳裂纹的开合过程。计算结果表明,疲劳裂纹不仅使悬臂梁的固有频率下降,而且引起非线性强迫振动响应。     

疲劳裂纹萌生尺寸的定义及其确定方法

以缺口件为研究对象，根据疲劳非扩展裂纹的性质，给出裂纹萌生尺寸的定义，提出疲劳裂纹萌生尺寸的确定方法，从损伤角度解释其萌生尺寸的物理意义，最后用局部应力应变法估算形成寿命，验证其合理性。     

基于临界面法的缺口件多轴疲劳寿命预测

基于多轴损伤临界面原理，根据多轴疲劳损伤和裂纹萌生与扩展的特点，在所建立的统一型多轴疲劳损伤模型的基础上，进一步推广应用到缺口件的多轴疲劳寿命预测中，经多轴疲劳试验验证表明，所建立的多轴疲劳损伤模型可以较好地预测比例与非比例加载下缺口件的多轴疲劳寿命。     

高匹配焊接接头不均匀体低周疲劳损伤研究

将高匹配的焊接接头抽象为软夹硬力学不均匀体，并运用材料应力幅的变化定义一个新的损伤变量，运用损伤力学的方法对高匹配的焊接接头力学不均匀体在低周疲劳载茶下的损伤行为进行研究。研究结果发现对于高匹配的焊接接头，在低周疲劳的载荷条件下，随着中间高强度的焊缝宽度的增加，焊接接头在断裂时的循环次数将下降，而接头中损伤的发展则在加快。     

煤制天然气中氢对X80钢螺旋焊管力学性能的影响

近年来,我国多项煤制天然气示范工程投入运行,X80钢螺旋焊管常用于天然气长输管道建设,其与煤制天然气的相容性直接影响了长输管道的服役寿命和安全可靠性。为研究煤制天然气对国产X80钢螺旋焊管的力学性能影响,分别从埋弧螺旋焊管的母材和螺旋焊缝处取样,在总压为12 MPa,氢气分数为0,1vol%,2.2vol%,5vol%的模拟环境中分别进行慢应变速率拉伸试验和疲劳裂纹扩展速率试验。试验结果表明:含氢量5vol%以下时,煤制天然气对国产X80管线钢强度性能影响很小,但对塑性性能有一定影响,对疲劳裂纹扩展性能影响很大,煤制天然气中氢对母材的疲劳裂纹扩展性能劣化影响比螺旋焊缝严重。     

16MnR钢在不同应力比下的疲劳裂纹扩展的试验研究及模拟

采用3.8 mm厚带有圆形缺口的CT试样,研究了16MnR钢在不同应力比的恒幅循环载荷作用下的疲劳裂纹扩展。开发了一种基于疲劳损伤的方法来模拟疲劳裂纹扩展速率。将16MnR钢的循环塑性本构模型通过用户材料子程序UMAT嵌入到ABAQUS中。把有限元计算得到的疲劳裂纹尖端附近区域的弹塑性循环应力应变结果,代入到疲劳损伤模型中,得到每个加载循环在裂尖各点产生的疲劳损伤值。通过疲劳损伤准则,导出疲劳裂纹稳定扩展速率的计算公式。疲劳裂纹扩展试验验证了模拟结果。实验结果和模拟结果都表明,该试样厚度下,应力比对裂纹扩展速率几乎没有影响。     

THEORETICAL ANALYSIS AND EXPERIMENTAL VERIFICATION ON TERNARY-WAVES METHOD TO COMPILE ACCELERATED SPECTRA

The equivalent damage calculation formulae of fatigue crack formation and growth are established. In order tocompile the fatigue crack formation and growth accelerated load spectra, the main wave shapes and load sequence of theactual load spectrum are kept constant, and the carrier waves are cut off. And secondary waves are put together into newsecondary waves to shorten the test time according to the equivalent damage calculation formulae respectively. Then bythe fatigue cumulative damage calculation of the fatigue crack formation and growth accelerated load spectra, the onecorresponding to the bigger damage is determined as the fatigue accelerated test load spectrum. Therefore in the test process, the fatigue accelerated test spectrum may be applied till fatigue failure, the engineering fatigue crack length of full-scale structure need not be inspected, and the fatigue crack formation accelerated load spectrum need not be transferredinto the fatigue crack growth accelerated load spectrum. Finally, it