铝合金预腐蚀剩余寿命的分形维数预测方法

试验得到在EXCO溶液中预腐蚀不同时间的LC4CS光滑试件的腐蚀表面轮廓线和剩余疲劳寿命。分析了预腐蚀剩余寿命和断口附近轮廓线分形维数随预腐蚀时间的变化规律,针对该规律选取分形维数为预腐蚀剩余寿命损伤参量。试验结果表明:断口附近腐蚀表面轮廓线的分形维数受腐蚀形貌分散性的影响较小,与剩余寿命呈线性关系且与载荷无关,由分形维数计算得到的剩余寿命处于二倍分散带之内。     

风电机组叶片螺栓断裂原因分析

某风电场在定期检查扭矩维护时,发现叶片的部分螺栓有断裂情况。它的断口起始于螺纹牙底,边缘可见明显的轮辐状态台阶,内部可见明显的贝壳花样,且微观形貌存在螺栓疲劳所导致的辉纹。经检测,断裂表面硬度偏高但表面未发现增碳现象。观察断口之处的特点,推测表面硬度增加是因为工艺喷丸处理引起的,并不是断裂的根本原因。分析断口形貌可知,螺栓承受交变载荷次数较高且载荷较小,属于高周低应力疲劳。螺纹牙底为应力集中部位,疲劳裂纹在交变载荷下不断扩展,最终导致螺栓失稳断裂。基于此,着重研究风电机组叶片螺栓断裂的原因。     

铝锂合全疲劳断口的分形分析

研究了７０７５铝合金、２０９Ｏ和２０９０＋Ｃｅ铝锂合金的疲劳门槛值、门槛值附近断口的分形维数及其断口形貌间的关系。结果表明，断口分形维数（ＤＦ）和裂纹闭合应力强度因子门槛值（ΔＫＣｌ．ｔｈ）间呈如下关系：ΔＫＣｌ．ｔｈ＝２４．２１ＤＦ－２６．１１，这归因于断口表面粗糙度的变化及其诱发的高的裂纹闭合效应。微量Ｃｅ的加入提高了２０９０铝锂合金的本征疲劳裂纹抗力，但对分形维数并无贡献。     

灰铸铁热冲击试验微裂纹的分形研究

利用高频感应加热设备将灰铸铁试件加热至一定温度,然后对试件表面喷水冷却进行热冲击试验;每隔一定循环对试件表面进行显微拍照,得到表面微裂纹随循环数的变化过程;对裂纹照片进行处理,采用盒维数法对试件的微裂纹照片进行分析,计算表面裂纹的分形维数,得到不同最高温度下热冲击表面微裂纹的分形维数随循环数的变化关系,并确定分形维数与循环数及温度载荷间的关系式,分形维数随循环次数的增加先迅速增大,然后逐渐变缓,最终趋近于一定值。     

PEEK摩擦信号分形维数与表面形貌相关性试验研究

为研究聚醚醚酮树脂/球墨铸铁摩擦副磨合初期摩擦信号分形维数与聚醚醚酮初始表面形貌分形维数的相关性,在UMT-3MT摩擦磨损试验机上对聚醚醚酮树脂/球墨铸铁摩擦副进行了摩擦磨损试验,运用结构函数测度法对初始表面形貌、摩擦力信号、摩擦因数信号进行了分形表征,计算得到了不同载荷下的分形维数。研究结果表明,聚醚醚酮初始表面和摩擦信号均具有显著的分形特征;在相同速度、相同初始表面下,摩擦信号的分形维数随着载荷的增大而增大;在相同速度、不同载荷下,磨合初期摩擦信号的分形维数均与初始表面分形维数负相关。     

Q235钢试样低周疲劳过程中表面三维形貌的参数演化规律

为揭示金属低周疲劳过程中表面三维形貌参数演化规律,选取Q235钢试样开展低周疲劳实验,并使用3D轮廓仪获取在同一加载条件、经历不同循环次数的试样表面高度信息,进而对其表面三维形貌进行描述,获取二维粗糙度Ra及三维粗糙度Sa.Vvc.Sal参数特征。结果表明:疲劳过程中表面二维粗糙度Ra及三维粗糙度参数Sa、Vvc、Sal随着疲劳循环次数的增加而增加,且Ra、Sa和Vvc参数在初始与断裂阶段增加幅度较大,中间过程增速较缓。该研究方法及结论可为后续开展形貌相关疲劳寿命评估研究提供基础支撑。     

基于分形理论的复杂应力状态下高温低周疲劳表面短裂纹行为研究

含有裂纹的固体从物理角度看实际上是一个非线性耗散系统,可以用分形理论加以描述.疲劳短裂纹的扩展路径可视为分形曲线,裂纹扩展路径的不规则性可用分形维数加以描述.裂纹扩展的分形维数中隐含着诸多的物理因素,如材料微观组织结构、加载条件等.以复杂应力状态下高温低周疲劳表面短裂纹为研究对象,对20钢进行高温低周疲劳试验,观测试样表面疲劳短裂纹的萌生扩展及合体的演化过程,对试验结果进行分形分析,得到裂纹分形维数随循环过程的演化特征:疲劳短裂纹的萌生扩展行为具有分形特征,分形维数随着疲劳进程的发展而稳定地成比例增加;分形维数不产生缺口依存性,可适用于各种不同应力比的复杂应力状态短裂纹的表征;分形维数可作为把握材料总体损伤状态的参数,为材料短裂纹阶段的寿命预测提供依据.     

Ⅰ＋Ⅱ型复合型弹塑性断口形貌的分形分析

应用二次电子扫描线法研究了不同Ⅰ＋Ⅱ型复合比下铝合金ＬＹ１２的断口形貌及分形维数，讨论了分形维教与复合比及复合断裂韧度ＪＭＣ的关系。结果表明，①随Ⅱ型分量的增加，裂纹启裂断口形貌逐渐由纯Ⅰ型的等轴韧窝形貌向纯Ⅱ型的物状窝形貌过渡。①复合经ＫⅠ／ＫⅡ与分形维数成反比。③ＬＹ１２合复合比下启裂韧度ＪＭＣ和分形维数满足线性关系。     

汽车冷却装置护板断裂的原因

汽车冷却装置护板在固定螺母位置处发生断裂,应用显微组织分析、断口形貌观察、化学成分检测等方法对断裂原因进行了分析。结果表明:护板发生了疲劳断裂;断口上存在两个疲劳裂纹源,分别位于护板内表面与螺母的焊缝熔合区和外表面焊接热影响区,在交变载荷的作用下裂纹扩展导致护板断裂;焊接缺陷是导致疲劳开裂的主要原因。     

基于分形理论的球头铣削表面形貌研究

表面形貌作为表面完整性的重要组成部分,直接影响零件的耐磨性、配合稳定性以及疲劳特性。基于W-M分形模型对二维工程表面进行仿真,分析了分形维数D和特征尺度系数G对表面轮廓的影响,证明了分形维数表征表面形貌的可行性。通过在不同走刀路径下多轴球头铣削AISI H13钢试验,并运用MATLAB编程得到不同加工表面形貌的分形维数。分析结果表明:分形维数对复杂形状中的微观组织结构有很强的分辨能力;当径向切深与每齿进给量的比值为1 m 2时,铣削表面形貌的微观组织结构最简单。本研究结果可为三维表面形貌的表征方法提供参考价值。     

7075铝合金疲劳断口数字图像分形分析

在7075铝合金疲劳实验的基础上获得了断口的SEM扫描图像,展示了数字图像盒维数计算的一般过程,比较了传统计盒维数算法与文中算法的不同之处,计算了断口三个区的分形维数.结果发现7075铝合金疲劳断口有较好的分形特征,文中算法过程更符合工程实际获得的图像,三个区的分形维数大小与各自的纹理特征是一致的.     

基于W-M分形函数的三维粗糙表面摩擦生热研究

将W-M分形函数引入风电制动器制动过程的摩擦生热研究中,根据W-M分形表面形貌的特点及利用其特有的自相似性,以Matlab软件模拟出粗糙表面的分形曲面形貌.通过Creo软件建立不同分形维数的粗糙表面模型,运用Abaqus有限元软件分析分形维数、相对滑动速度、施加载荷对粗糙表面制动过程中闪点温度和接触压力的影响.结果表明:随着分形维数增大,摩擦区域块状热区的数量减少,而点状热区的数量增多;相对速度越大时,接触区域最顶端的微凸体节点温度也越大,非接触区域温度上升速率也越快;施加载荷增大时,微凸体的最高闪温点的温度变化幅度不大,但会影响热区的数量大小与次闪温点和非接触点的温度.     

液压泵柱塞弹簧断裂失效分析

某型液压泵上1Cr18Ni9不锈钢柱塞弹簧在工作4 h后断裂成4段;采用宏观分析、断口微观形貌分析、金相检查、硬度和渗氮层厚度测量等手段对弹簧断裂性质和原因进行了分析。结果表明:弹簧断裂性质为疲劳断裂,断裂起源于弹簧内侧的一表面轴向裂纹;该轴向裂纹产生于不锈钢丝的拉拔过程中,在使用环境下发生应力腐蚀,促进了裂纹的扩展,最终使弹簧在油压循环应力作用下发生疲劳断裂。     

超高压脉冲阀螺栓断裂失效原因分析

针对超高压聚乙烯装置脉冲阀螺栓发生断裂的情况,采用断口宏观分析、微观形貌分析、能谱分析、化学成分分析、金相检验及力学性能测试等方法分析了螺栓断裂的原因。结果表明:断口形貌表现为腐蚀疲劳的特征,疲劳裂纹的起源为弱酸性含Cl介质造成的螺纹根部腐蚀凹坑,腐蚀凹坑的存在使应力进一步集中,在交变载荷作用下产生了腐蚀疲劳断裂。     

齿面形貌对动力学特性的影响规律研究

为了建立表面形貌特征参数对齿轮动力学性能的影响规律,开展不同润滑条件下的齿轮表面分形维数测定及效率和振动特性试验。选择3组同等齿面精度等级的齿轮箱,在相同的载荷和运转时间等工况下,对油润滑、脂润滑和干摩擦的齿面进行表面轮廓测量,通过结构函数法获得相应的分形维数。结果显示,油润滑的分形维数最大,且试验前后的分形维数变化最小,表明齿面磨损较低、从而能够获得较为稳定的动力学性能。通过效率和振动特性试验也发现,油润滑的传动效率最高、振幅最小,与分形维数的测量分析结论一致。本研究能够为后续进行齿面的微观形貌设计提供理论基础和应用前提。     

分子沉积(MD)膜表面形貌的测量及影响因素

利用原子力显微镜 (AFM)考察了单层磺化酞菁铜 (CuTsPc)MD膜硅表面随载荷和扫描速率变化的盒维数 ,对单层CuTsPcMD膜硅表面进行了表面形貌的测量 ,并分析了形貌信息中的摩擦力信息对表面形貌信号的影响。结果表明 ,单层CuTsPcMD膜硅表面具有较好的分形几何特性 ,分形是表面的固有属性 ;不同类型的硅表面具有的盒维数基本不变。表面形貌的信息里包含的摩擦力信息是表面形貌测量中的重要影响因素 ,载荷和扫描速率通过影响摩擦力对表面形貌的测量产生影响 ,但载荷影响程度不大 ,且没有较明显的规律 ;扫描速率增加能引起表面粗糙度和表面高度的降低。     

304H板材焊接接头蠕变疲劳失效分析

通过具有保持时间的高温蠕变疲劳试验研究了不锈钢304H材料在相同条件下母材、焊接过程中超声波消应力以及不消应力的失效行为,并对失效后断口宏微观形貌进行分析。结果表明,断裂位置均发生在距离焊缝一定距离的母材上,失效寿命基本一致,焊接时超声波消应力处理不能提高蠕变疲劳寿命,加载过程中循环应力应变不稳定、不封闭且向右推移,从而造成材料延性耗竭而断裂,失效断口为穿晶韧窝断裂。     

传动轴断裂原因分析以及轴成分、组织及力学性能检测

采用断口分析、扫描电镜、金相显微镜、定量光谱分析等方法,对断裂的轴进行了分析。断口观察获知轴断裂形式为多源低应力疲劳断裂,裂纹源于轴承表面,观察轴圆柱面形貌可判断,此类型断裂应与机加工痕迹过深以及轴工作过程中扭转+横向的复合受力状态有关。     

钛合金BT9非比例载荷低周疲劳断口显微分析

在室温下对钛合金BT9比例及非比例载荷下的低用疲劳试验后,利用扫描电镜及透射电镜对材料的疲劳变形结构进行观测.结果表明:在比例载荷条件下,疲劳断口扩展区微现形貌为等轴韧窝,随着应变强度的增加,断口韧窝密度增加,韧窝变深;在非比例载荷条件下,断口扩展区的微现形貌为准解理断裂和解理断裂.随着非比例载荷程度(相位角)的增大,断口的形貌由微孔聚集型断裂向解理断裂方向发展.     

玻璃纤维层合板拉—拉疲劳特性研究

为研究高频率下玻璃纤维增强环氧树脂层合板的疲劳性能,在室温条件下进行静态拉伸试验和疲劳试验;通过观察断口形貌对玻璃纤维增强环氧树脂层合板断裂原因及机理进行研究;利用ABAQUS和nCode分析软件对层合板进行疲劳寿命数值模拟,并与试验结果作对比。结果表明:试样的拉伸性能和疲劳寿命曲线(S—N曲线)有两个主要分区:高周疲劳区和亚疲劳区,拉伸和疲劳断口形貌非常相似,断口平整且表现出典型的脆性断裂特征;试样疲劳循环次数随着平均应力的增大而减小;物理试验数值低于数值模拟结果,但两者变化趋势一致,这与数值模拟时分析模型和加载过程的理想化有关。研究结果可为复合材料疲劳寿命分析和工程测试提供参考依据。