激光冲击对金属板料裂纹的影响模型

研究了含有裂纹的金属板料在激光冲击波载荷作用下裂纹尖端应力强度因子和裂纹扩展速度的变化,利用断裂力学理论,对激光冲击加载下裂尖参数计算模型进行优化,采用应力强度因子叠加法,将外加载荷引起的应力强度因子和激光冲击后残留的残余压应力引起的应力强度因子叠加,推导出下裂纹尖端应力场强度因子表达式,由此可精确计算出金属板料的裂纹萌生寿命和裂纹扩展速度,实验验证了航空钛合金Ti6Al4V激光冲击后残余应力对裂纹扩展速度的影响,从而建立了激光冲击作用对板料裂纹扩展的影响的理论模型。     

直流电压降方法在钢材疲劳过载延迟效应研究中的应用

通过引入等效残余应力强度因子 ΔK res,提出了一种无材料拟合参数的新型驱动力模型,对裂纹扩展速率与延迟疲劳寿命进行预测;采用直流电压降(DCPD)方法结合有限元标定测得裂纹扩展长度,并与实测值进行比较,验证该方法的准确性;基于DCPD方法结合有限元标定通过过载疲劳试验得到4种钢材过载后的裂纹扩展速率与延迟疲劳寿命,验证预测模型的准确性.结果表明:单峰过载后,4种试验钢均出现过载延迟效应;过载比越大,试验钢过载后的最小裂纹扩展速率越小,且屈服强度越低的试验钢的延迟效果越大.采用DCPD方法结合有限元标定得到的裂纹扩展长度与实测值的相对误差小于3.75％,该方法具有较高的精度;驱动力模型预测得到的裂纹扩展速率的变化趋势与由DCPD方法结合有限元标定得到的试验值相吻合,且预测延迟疲劳寿命均在试验值的2倍误差带内,验证了驱动力模型的准确性.     

焊接结构件疲劳裂纹扩展的数值研究

针对焊接结构件中出现地裂纹现象,建立塔式起重机起重臂有限元模型。采用有限元数值模拟,同时考虑残余应力的影响,计算QTZ40塔机起重臂下弦杆与水平腹杆焊接处在变幅小车满载和空载状态下,不同长度裂纹对应的应力强度因子,建立裂纹应力强度因子幅与裂纹长度的函数关系,进而估算塔机起重臂的疲劳寿命。结果表明:应力强度因子幅随裂纹长度的增加而增大,当裂纹长度到达某一值后,应力强度因子幅呈指数型加快形式,故采取有效措施防止裂纹的快速扩展,可提高结构的疲劳寿命。     

焊接残余应力对高强钢点焊接头裂纹扩展及疲劳性能的影响

点焊接头因高度应力集中,极易于熔核边缘萌生疲劳裂纹,点焊产生的残余应力会影响其扩展。为探究点焊残余应力对疲劳裂纹扩展的影响规律,建立DP600高强钢点焊接头三维裂纹有限元仿真模型。基于热-弹塑性理论求解点焊残余应力场,在此基础上计算有无残余应力时折线裂纹的局部应力强度因子(Stress Intensity Factor, SIF)解,通过分析两种条件下裂纹最深点局部SIF随裂纹深度比变化的曲线,研究点焊残余应力对折线裂纹扩展的影响规律;基于断裂力学理论,采用改进的双参数模型预测有无残余应力时的疲劳寿命。结果表明,点焊残余应力使局部SIF显著提高,且随着裂纹深度比的增加,残余应力对其的影响程度也增加;考虑残余应力后裂纹整体扩展趋势不变但扩展速率显著增加,疲劳寿命由35 616次下降至12 564次。     

残余应力对对焊接头疲劳性能的影响

利用线弹性断裂力学（ＬＥＦＭ）理论、迭加原理和有限元分析方法,就残余应力对对焊接头的疲劳性能的影响进行了理论分析。采用有限板中边界裂纹及中心穿透裂纹的Ｂｕｅｃｋｎｅｒ及Ｋａｎａｚａｗａ权函数,计算对应对焊接头中的各种残余应力分布的残余应力强度因子。建立了考虑不同残余应力水平影响的表面裂纹疲劳模型,估算对焊接头疲劳寿命及疲劳强度,并与试验数据进行比较验证。     

多次激光喷丸作用下TC4钛合金的疲劳性能及微裂纹扩展预测模型

对TC4钛合金板进行不同次数激光喷丸处理,再进行高周疲劳试验,研究了其疲劳性能及断裂机理;基于残余压应力及晶界介微观尺寸对微裂纹扩展的阻滞作用,采用抑制参数、张开应力强度因子、残余应力强度因子对Paris公式进行修正,建立了激光喷丸处理后疲劳微裂纹扩展预测模型,并进行了试验验证.结果表明:随着喷丸次数增加,TC4钛合金的疲劳强度增大,疲劳寿命延长,断裂方式由脆性断裂向韧性断裂转变;疲劳微裂纹预测模型预测得到的疲劳寿命与试验值的相对误差小于10％,说明模型准确.     

残余应务对焊接头疲劳性能的影响

利用线弹性断裂力学（ＬＥＦＭ）理论、迭加原理和有限元分析方法,就残余应力对对焊接头的疲劳性能的影响进行了理论分析。采用有限板中边界裂纹及中心穿透裂纹的Ｂｕｅｃｋｅｎｅｒ及Ｋａｎａｚａｗａ权函数,计算对应焊接头中的各种残余应力分布的残余应力强度因子。建立了考虑不同残余应力水平影响的表面裂纹疲劳模型,估算对焊接头疲劳寿命及疲劳强度,并与试验数据进行了比较验证。     

高超载比超载对Q345钢的疲劳性能的影响

采用Q345钢制作成紧凑拉伸试样,并在裂纹萌生后进行超载.通过疲劳裂纹扩展试验,研究高超载比超载对疲劳裂纹扩展速率的影响,分析其延寿机理.研究发现:较高的超载比使试样引入了残余压应力,使得有效应力强度因子降低至应力强度因子门槛值附近.可以降低疲劳裂纹扩展速率,抑制裂纹扩展,延长试样的疲劳寿命,通过此方法提高了含裂纹结构的使用寿命.     

残余应力对材料疲劳性能影响的某些进展

材料经表面形变强化可有效地提高材料的疲劳性能.以往主要研究形变强化工艺与零件疲劳寿命的关系.为进一步发挥材料强度潜力,近年来着重研究形变强化后残余应力、组织强化及表面光洁度等各因素对不同强度、不同缺口形状等材料的影响。本文从经典理论及断裂力学两方面结合所作的工作,介绍残余应力对材料疲劳性能影响研究的一些新进展。残余应力对疲劳极限的影响涉及如何选取残余应力值,残余应力对不同强度材料的作用,残余应力的多轴性,残余应力在缺口处的集中效应及其对缺口疲劳极限的影响等。断裂力学方法适用于分析裂纹在残余应力场中的扩展问题。研究表明残余应力不仅改变了载荷比,而且还使裂纹的闭台力发生变化,改变了有效应力强度因子范围及相应的裂纹扩展速率,它和残余应力导致的闭合力变化有较好的对应关系.     

用有限元法计算自增强厚壁圆筒的应力强度因子

本文提供了计算含裂纹自增强厚壁筒应力强度因子的有限元方法。将自增强产生的自相平衡的残余应力转换为裂纹面上作用的等效载荷进行 K_1计算,自增强残余应力的计算,考虑了厚壁筒用钢具有强化和包辛格效应的真实性能.在分析了有限元计算规律的基础上,给出了便于工程应用的、适合于各种材料和自增强程度的应力强度因子公式。