焊趾位置表面裂纹疲劳扩展形状计算

针对结构中出现的表面裂纹诱发断裂现象,利用断裂力学理论中裂纹尖端应力强度因子与裂纹扩展能量释放率的关系,依据裂纹扩展时裂纹前沿各点的有效能量释放率相等,在考虑裂纹闭合效应的基础上提出一种表面裂纹扩展形状演化计算方法。采用提出的方法计算了T型焊接结构焊趾位置表面裂纹在拉伸疲劳载荷作用下的表面裂纹形状参数函数关系,模拟出表面裂纹疲劳扩展时的形状演化过程。进行了T型焊接试件的表面裂纹扩展有限元模拟和试验,结果与理论计算结果基本一致,验证了基于能量释放率的结构表面裂纹疲劳扩展形状演化计算方法的有效性。     

表面裂纹贯穿板厚后的疲劳扩展行为

本文研究了双轴载荷状态下平直表面裂纹和斜表面裂纹贯穿板厚后的疲劳扩展行为。文中给出了所设计的双轴试板当裂纹贯穿板厚后的应力强度因子标定式,据此所得的裂纹贯穿后的疲劳扩展速率与贯穿前有良好的线性性,可以用统一的公式描述,与单轴载荷下的疲劳裂纹扩展速率相比较,表明单轴和双轴载荷下的扩展速率无明显差别。     

基于神经网络的金属材料疲劳裂纹扩展规律的预测

人工神经网络是新型的复杂系统预测方法。本文针对金属疲劳裂纹扩展速率建立了 BP 神经网络,并以部分应力比 LD2锻造铝合金疲劳裂纹试验数据作为训练样本,训练建立好的 BP 神经网络;以另一部分应力比条件下的试验数据作为预测样本,验证训练好的 BP 神经网络的预测能力。仿真结果表明,BP 神经网络能够方便地获得不同应力比下的疲劳裂纹扩展速率,对训练样本和测试样本都具有良好的泛化能力。该方法充分利用了已有数据,减少了疲劳试验次数,具有工程应用价值。     

表面疲劳裂纹扩展的三维效应

以拉伸圆杆为例，阐述表面疲劳裂纹扩展中的三维效应及其特点，利用最新的三维断裂力学成果给出一种考虑表面疲劳裂纹扩展三维效应的具体方法，通过该方法可以得到考虑三维应力状态的材料da/dN-ΔKeff曲线，以20CrMo钢为例，处理获得20CrMo材料的da/dN-ΔKeff基线，以此对圆杆表面疲劳裂纹的扩展进行预测分析，分析结果表明，使用该方法以及来自标准穿透裂纹试件的材料da/dN-ΔK数据可准确地预测圆杆表面疲劳裂纹的扩展寿命，该方法还可用于其他复杂结构的疲劳裂纹扩展分析。     

错边板半椭圆表面裂纹疲劳扩展实验研究

论述了错边板半椭圆表面裂纹疲劳扩展的实验方法,认为用a、c=1/(A+BN)的关系能较好地拟合a—N、c—N实验曲线,为da/dN、dc/dN的求取找到了一条简便实用的途径。实验研究表明,无论是纯拉伸还是拉弯组合作用,裂纹a向和c向的扩展速率显著不同,但都可以用Paris公式形式表示,其中的应力强度因子用Newman解。将这些结果编成计算机程序,预算了疲劳寿命,预算值与实验值的误差小于7％。     

热壁加氢反应器堆焊层表面裂纹疲劳扩展规律的试验研究

热壁加氢反应器堆焊层表面裂纹的扩展严重威胁设备的安全运行,在疲劳载荷作用下堆焊层表面裂纹是否能穿过堆焊层与基体的交界面而向基体扩展的问题,受到工程界的高度关注.文中采用不锈钢堆焊层具有表面裂纹的平板试件,在MTS-880疲劳试验机上进行疲劳扩展试验,得到疲劳载荷作用下堆焊层表面裂纹的疲劳扩展规律.结果表明,在堆焊层与基材结合度较好的情况下,不锈钢堆焊层表面裂纹在疲劳载荷的作用下会穿过堆焊层与基体材料的交界面而进入基体材料,直至试板断裂;由试验结果得到表面裂纹的疲劳扩展速率.     

金属材料疲劳短裂纹萌生与扩展研究综述

系统梳理了金属材料疲劳短裂纹的定义、分类、试验方法、萌生机理及典型扩展率模型,对当前短裂纹行为研究面临的问题进行了总结与展望。研究结果表明,在萌生机理方面,材料自身的微观结构对短裂纹萌生及扩展有重要影响,短裂纹扩展至晶界处,受晶粒取向及晶界阻力影响,扩展率会下降,裂尖突破晶界束缚后,短裂纹扩展路径出现局部偏折。在扩展行为描述方面,短裂纹的扩展驱动力与承受的载荷水平、残余应力、表面处理方式、局部磨损状况等有关。扩展过程中,裂纹尖端材料在小范围内屈服而产生局部塑性区。同时,塑性尾迹区也逐渐形成,进而产生塑性诱导闭合,导致裂纹扩展门槛值降低。此外,晶体位错之间的相互作用和位错塞积会阻碍位错发展。机器学习算法作为一种先进技术手段,已在短裂纹扩展行为表征中得到应用,对提升预测精度有促进作用。随着金属材料短裂纹行为研究的进一步深入,未来可重点关注短裂纹萌生与扩展实时监测、试验影响因素控制、数据离散性分析、扩展率模型的工程应用等问题,探索建立适用于工程结构与零部件的在役长、短裂纹扩展率统一表征模型和实时监测与安全评估技术,结合先进的机器学习算法,实现对工程关键金属结构更有效、更准确的安全性评定和剩余...     

表面裂纹疲劳扩展寿命可靠性分析

在线弹簧模型和Paris公式的基础上,提出了对表面裂纹疲劳扩展寿命进行可靠性分析的方法。针对直接Monte Carlo法效率较低的问题,采用拉丁超立方法（LHS）进行随机抽样,以提高计算的收敛速度。考虑裂纹几何尺寸、交变载荷和疲劳参数等的随机性及相关性,求得了给定可靠度下的疲劳寿命和给定寿命下的可靠度。本文结果与已有文献结果具有较好的一致性。该方法简便有效、通用性强,适合于工程应用。     

单,双轴载荷作用下表面斜裂纹的疲劳扩展特性

任意取向的表面裂纹的疲劳扩展问题是迫切需要进行研究的。本文对单轴和双轴载荷作用下表面斜裂纹的疲劳扩展问题进行了研究。通过有限元分析设计了含表面裂纹的双轴十字形试板的合理形状,并标定了其应力强度因子。疲劳试验发现了表面斜裂纹疲劳扩展的不均衡性质,并据此提出了描述表面斜裂纹扩展的分段模型。单轴和双轴试验所得到的扩展速率的比较表明两者的差别不大。根据所得试验结果,文中对现行缺陷评定规范中的某些问题进行了讨论。     

表面形变强化层中裂纹的萌生与扩展

研究了缺口根部强化层中疲劳裂纹的萌生与扩展。结果表明疫劳性能的提高主要归因于喷丸引起的缺口根部残余压应力,其能提高裂纹的闭合力,延缓短裂纹的扩展速率,而对萌生的作用极微。工作应力低时可出现非扩展裂纹。在残余压应力场中长裂纹的扩展可用Newman改进模型进行计算。在残余压应力峰值位置出现最大闭合力和最小裂纹扩展速率,计算和实测值基本一致。     

压力容器非正交接管区表面裂纹疲劳扩展特性研究

对一台压力容器非正交接管区表面裂纹的疲劳扩展进行了试验研究和计算机模拟跟踪，获得了非正交接管区表面裂纹疲劳扩展的特性、形貌、速率及寿命。试验与计算机跟踪结果比较表明：在相同循环次数下，有限元的扩展深度大于实测值，但二者基本吻合，误差为10％左右；二者的裂纹扩展方向是不一致的。     

热壁加氢反应器堆焊层表面裂纹疲劳扩展规律的试验研穷

热壁加氢反应器堆焊层表面裂纹的扩展严重威胁设备的安全运行,在疲劳载荷作用下堆焊层表面裂纹是否能穿过堆焊层与基体的交界面而向基体扩展的问题,受到工程界的高度关注。文中采用不锈钢堆焊层具有表面裂纹的平板试件,在MTS-880疲劳试验机上进行疲劳扩展试验,得到疲劳载荷作用下堆焊层表面裂纹的疲劳扩展规律。结果表明,在堆焊层与基材结合度较好的情况下,不锈钢堆焊层表面裂纹在疲劳载荷的作用下会穿过堆焊层与基体材料的交界面而进入基体材料,直至试板断裂;由试验结果得到表面裂纹的疲劳扩展速率。     

疲劳裂纹扩展速率统计分析

将疲劳裂纹扩展速率分解为确定性趋势和随机涨落两部分，应用概率统计和随机数据处理方法分析了疲劳裂纹扩展速率的确定性趋势参数的统计分布和随机涨落数据的幅值特性，相关函数和功率谱密度函数，为疲劳裂纹扩展统计规律研究提供了依据。     

使用疲劳裂纹扩展数据的疲劳裂纹扩展的可靠性分析方法

利用现有的疲劳裂纹扩展数据或疲劳裂纹扩展试验的不完全数据 ,对疲劳裂纹随机扩展的可靠性进行了研究。基于疲劳裂纹扩展的确定性模型 ,导出了疲劳裂纹扩展的随机公式。利用现有的疲劳裂纹扩展数据或疲劳裂纹扩展试验的不完全数据 ,对疲劳裂纹扩展随机公式中的随机变量的分布进行了估计 ,得到了其分布的数字特征 ,用Monte Carlo方法得到了疲劳裂纹扩展寿命的失效概率的点估计。实例分析表明了本文方法的实用性和可行性     

表面疲劳短裂纹在钱余应力场中的扩展

研究Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８镍基合金表面短裂纹在喷丸残余应力场中的扩展行为。用扫描电中的疲劳加载装置对表面裂纺的事行为进行原位观察和测量。研究表明,表面短裂纹具有较穿透短裂纹更低的扩展门槛值,表面短裂纹的闭合与残余压应力场的大小和分布密切相关,残余应力场中的表面短裂纹扩展及开关变化完全可以通过其闭合行为的变化进行解释。     

腐蚀环境中的疲劳裂纹扩展

本文介绍了室温条件下2 1/4Cr-1Mo钢在1.1MPa氩气和最高压力达9.9MPa的氢气环境下的断裂疲劳特性及为防止氢致裂纹扩展而在氢气中加入的气体缓蚀剂对钢的疲劳裂纹扩展的影响。发现氧或一氧化碳对防止氢致裂纹扩展有很大作用。另外,还介绍了在人造海水介质中低碳钢焊接接头的腐蚀疲劳裂纹扩展特性。     

双频复合疲劳的裂纹萌生及扩展

针对典型承受高、低周双频复合载荷的水轮机叶片、电机转子用钢进行了低周疲劳、高低周双频复合疲劳的裂纹萌生及扩展规律的探讨。在频率比确定的条件下,载荷比是影响双频疲劳裂纹萌生及扩展的一个重要因素。随着载荷比的升高,疲劳裂纹萌生寿命大大缩短,裂纹扩展速率加快,疲劳断口呈现明显的周期特征。高、低周双频复合疲劳载荷各自的独特作用以及高、低周载荷在裂纹尖端引起的塑性区的交互作用是造成疲劳断口独特形貌的主要原因。     

滚动轴承接触疲劳裂纹建模与扩展规律研究

针对滚动轴承的疲劳剥落损伤演化问题,采用扩展有限元方法研究疲劳裂纹扩展机理,通过算例验证了扩展有限元方法的可靠性。运用断裂力学理论建立了包含次表面初始裂纹的滚动接触疲劳扩展有限元模型,分析了初始裂纹倾斜角度、所处深度和初始裂纹长度对次表面裂纹生长到表面的扩展路径影响机制,通过分析应力强度因子变化研究了裂纹扩展机理。研究结果表明,次表面疲劳裂纹以滑开型裂纹扩展模式为主;初始裂纹角度对疲劳裂纹扩展路径影响较大,初始裂纹角度在15°～45°时裂纹会转向表面发展而形成疲劳剥落;初始裂纹尺寸和深度对裂纹扩展路径形貌的影响较小,但会影响裂纹扩展的难易程度。     

表面疲劳短裂纹在残余压应力场中的扩展

研究Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８镍基合金表面短裂纹在喷丸残余应力场中的扩展行为。用扫描电镜中的疲劳加载装置对表面裂纹的闭合行为进行原位观察和测量。研究表明,表面短裂纹具有较穿透短裂纹更低的扩展门槛值,表面短裂纹的闭合与残余压应力场的大小和分布密切相关,残余压应力场中的表面短裂纹扩展及形状变化完全可以通过其闭合行为的变化进行解释。     

疲劳短裂纹形成和扩展的划分定义探讨

根据对疲劳短裂纹生长行为的分析,将疲劳短裂纹形成和扩展过程划分为微观结构显著影响阶段和稳定生长阶段。综合考虑力学和材料两方面因素,给出了如下划分定义：疲劳短裂纹形成阶段为微观结构显著影响阶段;疲劳短裂纹扩展阶段为稳定生长阶段。通过有关文献分析并结合本试验观察,确定了疲劳短裂纹形成和扩展划分的临界裂纹长度为平均晶粒尺寸的５倍。