摩擦片非线性损伤累积计算与寿命预测（英文）

摩擦片是车辆传动系统的重要部件,持续性的制动或者离合使得摩擦片承受较大范围的冲击载荷,需要对该工作环境摩擦片进行寿命预测。提出了一种基于冲击非线性损伤累积的摩擦片损伤计算方法,即:设定应力门槛值,对超过应力门槛值的冲击衰减应力曲线积分,进行非线性损伤计算。理论计算与试验结果对比表明:该方法可用于摩擦片损伤计算和寿命预测,效果良好。     

基于可靠度的5Cr-0.5Mo耐热钢蠕变损伤评估

Robinson法则是高温构件进行蠕变寿命预测和损伤评估的一种简单方法.本文在引入Z参数基础上对蠕变损伤评估的Robinson法则进行了研究,提出了利用Robinson法则进行损伤评估时应与可靠度相关这一思想.通过研究5Cr-0.5Mo钢的NRIM蠕变断裂数据表明,不同可靠度对基于Z参数预测的寿命值影响相当大.在一定温度和应力下,可靠度越大,蠕变损伤积累值也就越大.     

超声冲击态焊接接头疲劳性能分析

使用ABAQUS软件对T形接头进行超声冲击处理,将处理结果导入隐式分析模块中得到了稳定的残余应力场.随后对冲击处理后的接头施加不同的拉伸载荷,计算不同网格尺寸条件下的ASME结构应力,验证了该方法的网格不敏感性;对比冲击态和未冲击态焊接接头的AMSE结构应力和ⅡW结构应力的应力集中系数,发现超声冲击处理可以有效降低焊趾处的应力集中系数,但ASME结构应力法对载荷变化更敏感.分别采用主S-N曲线和ⅡW结构应力S-N设计曲线,给出了基于ASME结构应力法和ⅡW结构应力法的疲劳寿命,结果表明,ASME结构应力法预测的疲劳寿命趋于相对保守.     

基于非线性连续损伤的机床轴结构疲劳研究

运用MINER线性累积损伤理论对机床轴结构进行疲劳研究时,由于不能连续描述损伤与载荷之间的关系,在高周疲劳寿命预测过程中其计算结果不能令人满意。为此,基于CHABOCHE提出的单轴非线性连续累积损伤理论,通过对45钢进行疲劳试验获得了轴结构材料的S-N曲线,在对机床载荷谱简化处理的基础上,建立了适于机床轴结构寿命预测的多轴非线性连续损伤累积模型。实例计算证明,该模型能准确描述机床轴结构损伤累积过程,计算结果更符合工程实际。     

电阻法检测金属构件损伤及预测疲劳寿命

基于非线性连续疲劳损伤理论,考虑应力幅带来的非线性累积效应,以电阻值定义金属构件损伤参量,提出基于电阻变化的金属高周疲劳损伤累积模型及疲劳载荷应力幅对损伤参量的影响函数,给出通过测量电阻来检测金属构件疲劳损伤状态的方法及预测高周疲劳剩余寿命的理论公式,并通过45号钢高周疲劳试验进行验证。     

基于APDL语言的本征应变法重构激光冲击强化后的残余应力场

激光冲击强化作为一种表面强化处理方式得到了广泛应用,此过程会在金属表层下方植入残余压应力,从而使金属的抗疲劳损伤能力和失效寿命大大提升,通过施加本征应变重构研究了激光冲击强化后金属内部的残余应力场.利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对单次激光冲击强化过程进行非线性显式动力学分析,将分析结果导入ANSYS/Mechanical模块进行静力分析,从而得到金属内部的残余应力分布.使用本征应变方法重构残余应力场时,首先将从后处理结果进行计算得到材料的本征应变分布,然后基于APDL语言对ANSYS进行二次开发,将得到的本征应变分布施加到相应节点上进行静力分析,应力平衡后得到的应力分布即为残余应力场.通过比较发现,该方法在测量点较少的情况下也能很好地重构残余应力场.     

激光-电弧复合焊接7075-T6铝合金裂纹扩展分析

研究了7075-T6铝合金薄板激光复合焊焊接接头疲劳裂纹扩展寿命.同时通过试验建立了不同热输入与弹性模量之间的函数关系并预测了给定热输入下的疲劳寿命.基于改进的Forman公式,提出了一种考虑7075-T6复合焊接头性能差异性、应力强度因子门槛值、裂纹扩展驱动力以及残余应力等多因素耦合的接头寿命预测模型.通过有限元模拟仿真并结合裂纹扩展和接头拉伸试验,对提出的模型进行了验证.结果表明,该模型预报的接头寿命与试验结果吻合较好.     

应力幅值对Al-Zn-Mg合金微动疲劳损伤行为的影响(英文)

研究了应力幅值对Al-Zn-Mg合金的疲劳损伤行为的影响。对不同应力幅值下Al-Zn-Mg合金的微动疲劳寿命以及微动疲劳损伤特性进行了研究。采用宏观力学试验与微观分析相结合的方法,对Al-Zn-Mg合金的微动疲劳机理进行了探讨。结果表明,Al-Zn-Mg合金的微动疲劳寿命随应力幅值的增加呈非线性降低;Al-Zn-Mg合金的微动疲劳寿命与位移幅度值具有一定的关系。微动疲劳损伤区存在微动磨损和裂纹萌生及扩展两种破坏机制,随应力幅值的变化而产生竞争关系。微动疲劳裂纹源均形成于微动斑边缘,微动能促使微动疲劳裂纹萌生和加速扩展。     

基于累积损伤理论的ST12钢T型点焊件寿命研究

对低碳钢T型撕裂拉伸点焊试件分别进行低-高和高-低两级加载疲劳试验,并利用线性和非线性疲劳累积损伤理论进行寿命预测。对于低-高加载,非线性预测结果较线性稍好一些;对于高-低加载,由于高载下的"过载效应",线性预测结果与非线性预测结果都不太理想。针对高-低加载下的寿命预测误差,本文提出一种基于CHABOCHE修正模型的非线性疲劳累积损伤模型,分别考虑了两级应力幅以及疲劳塑性指数的影响。通过对比后发现,修正后的模型预测点焊寿命能力较原模型有所改善。     

航空发动机叶片Tc4材料的非线性累积损伤及可靠度研究

以轴向拉压疲劳试验统计航空发动机叶片TC4材料在不同应力比下的损伤及寿命分布,针对线性损伤模型的不足,基于Chaboche非线性损伤模型和第四强度理论,提出叶片TC4材料的非线性损伤演化方程,并引入W?hler曲线和BP神经网络计算结果进行比较。以压气机叶片在最大连续工作状态下流场仿真计算结果为依据,计算出叶片应力时间历程。基于应力强度干涉模型,从能量耗散角度描述TC4材料的剩余强度模型结合泊松随机过程,完成航空发动机压气机叶片在最大连续工作状态下的可靠度预测。     

民机疲劳试验载荷谱简化研究与验证北大核心

在常规试验技术下,民用飞机全机疲劳试验周期过长,不仅费用高,更影响到适航取证和服役使用,开展载荷谱简化研究可有效加速疲劳试验。结合细节疲劳额定值(DFR)法和线性损伤累积理论,建立以损伤比门限值为折算依据的载荷谱等损伤折算方法。选用螺接和铆接的两种试验件进行试验验证,将原谱分别折算简化为五级谱和三级谱,折算后循环次数减少了约98%,且疲劳寿命结果符合工程要求,证明了该载荷谱折算方法的正确性和有效性。     

两级加载下两焊点拉剪点焊接头的损伤

对带有两个焊点的拉剪点焊试样进行了两级变幅疲劳加载,应力幅和平均应力均不相等.结果表明,两级变幅加载下存在应力次序效应.在低—高加载时存在"锻炼效应",线性累积损伤的值大于1;在高—低加载时存在"过载效应",高—低加载下的线性累积损伤值也大于1.在高—低加载方式下,高水平应力作用后,低水平应力剩余疲劳寿命大于按线性疲劳累积损伤法则所估算的剩余寿命,低应力作用下的剩余寿命甚至大于低应力单独作用下的全寿命.高—低加载下的线性累积损伤结果表明,焊点边缘更象是一个缺口.     

The effects of low frequency load cycles on crack initiation in low alloy steels

The stress corrosion behaviour of low alloy steels was investigated with low frequency cyclic loading in 2 M (NH₄)₂CO₃ at 70°C. The tests were carried out using triangular and sawtooth load cycles with a constant critical strain-rate prevailing within periods of increasing stress irrespective of frequency. Since frequency changes with stress amplitude when using equal ?-values, the effects of frequency were also determined. The experiments were concentrated on crack initiation and initial crack propagation. The results show that the threshold stress which causes stress corrosion cracking (SCC) in ammonium carbonate solution is considerably reduced for all steels tested during low-frequency load cycles. In contrast to tests with constant load, propagating stress corrosion cracks can be initiated below the lower yield strength. The effects of stress/strain amplitude and of the magnitude of deformation on crack propagation were determined.     

Low cycle fatigue behavior of zirconium–titanium–steel composite plate

The low cycle fatigue behavior of zirconium–titanium–steel composite plate under symmetrical and asymmetric stress control was studied. The effects of mean stress and stress amplitude on cyclic deformation, ratcheting effect and damage mechanism were discussed in detail. The results show that under symmetric stress control, the forward ratcheting deformation is observed. Under asymmetric stress control, the ratcheting strain increases rapidly with mean stress and stress amplitude increasing. Under high stress amplitude, the influence of mean stress is more significant. In addition, by studying the variation of strain energy density, it is found that the stress amplitude mainly promotes the fatigue damage, while the mean stress leads to the ratcheting damage. In addition, fracto- graphic observation shows that the crack initiates in the brittle metal compound at the interface, and the steel has higher resistance to crack propagation. Finally, the accuracy of life prediction model considering ratcheting effect is discussed in detail, and a high-precision life prediction model directly based on mean stress and stress amplitude is proposed.     

镍基单晶高温合金热机械疲劳本构模型研究

在晶体塑性理论的基础上,提出了一种适用于镍基单晶高温合金热机械疲劳的本构模型,并采用该模型对单晶材料不同晶体取向的热机械疲劳力学响应进行有限元模拟。结果表明,该本构模型可以较好地模拟镍基单晶合金的热机械疲劳行为。对于同相位热机械疲劳,压缩应力幅大于拉伸应力幅,循环平均应力小于零;对于反相位热机械疲劳,拉伸应力幅大于压缩应力幅,循环平均应力大于零。随着循环次数的增加,材料呈现出在高温半周为初始软化,低温半周为初始硬化的特征。晶体取向对于材料的热机械疲劳性能具有显著的影响。     

EXPERMENTAL STUDY ON TRANSFORMATION RATCHETING OF SUPERELASTIC NITI ALLOY

超弹性NiTi合金在应力控制循环载荷下会产生峰值应变和谷值应变的循环 累积-相变棘轮行为. 室温实验表明, 峰值应变和谷值应变的演化规 律与加载应力水平和加载波形密切相关; 同时, 在循环加载过程中, 随着 循环周次的增加, 奥氏体名义弹性模量减小, 马氏体名义弹性模量增大, 奥 氏体向马氏体转变的名义开始应力下降, 耗散能降低, 并在一定的循环次数 下趋于一个稳定值. 研究得到了一些有助于后续建立超弹性循环本构模型 的结论.     

焊趾裂纹在疲劳载荷下的扩展

本文的目的在于研究疲劳载荷下的焊趾裂纹扩展规律,并通过它来分析有限长度焊趾裂纹前沿的应力强度因子分布。试验采用LY—12R 铝合金制成几种焊趾裂纹的模拟试样。用疲劳勾线法求出前沿各点的裂纹扩展速率并与平板表面裂纹试样进行了对比.认为:中心加载焊趾裂纹在长度方向的扩展速率高于中心加载平板表面裂纹;偏心加载焊趾裂纹在长度方向的扩展速率高于中心加载扩展速率。随着相对偏心的提高,裂纹沿长度方向的扩展速率亦增加;表面残余压应力可以有效地抑制焊趾裂纹在长度方向的扩展速率.     

Stress concentration degree affects spontaneous magnetic signals of ferromagnetic steel under dynamic tension load

Under the excitation of geomagnetic field, stress can induce spontaneous magnetic signals in ferromagnetic materials, which can be potentially applied to estimate the damage degree. In this research, the normal component of magnetic field, H_p(y), was measured during dynamic tension test on the surfaces of ferromagnetic specimens having different stress concentration factors, α constant amplitude sinusoidal tensile load cycles were applied on 18CrNi4A steel plate specimens whose α were respectively 1, 3 and 5. Then correlation of H_p(y) values’ changes with loading cycles reported. The results indicate that stress concentration factor, α extremely affects the magnetic signal, the absolute value of the gradient, |K|, increases with the increase of α. Meanwhile, |K| also goes up when loading cycle increases in the initial state. However, after a few cycles, those H_p(y) curves corresponding to different cycles become similar before cracking.     

疲劳寿命预测频域方法分析与比较

简单介绍了窄带分布法、Wirsching-Light法、Tovo-Benasciutti法和Dirlik法4种疲劳寿命预测频域方法。通过算例分析,在时域内采用雨流循环计数法,提取出各应力循环、均值和幅值,进行疲劳损伤累积计算,并以时域计算的损伤结果为基准,研究在不同不规则因子下,4种频域方法的适用性与准确性。结果表明,随机应力过程接近窄带随机过程时,W-L法能够较为准确地预测疲劳累积损伤结果;随着不规则因子的减小,应力随机历程更加接近于宽带随机过程,T-B法和Dirlik法更能准确地估计疲劳累积损伤。