PD3和U71Mn钢轨钢疲劳裂纹扩展速率研究

利用MTS试验机, 在常温下对两种钢轨PD3和U71Mn进行疲劳裂纹扩展速率试验研究,根据Paris公式确定两种钢轨的疲劳裂纹扩展速率,利用极大似然估计法计算带有一个随机变量描述的疲劳裂纹扩展速率的概率方程.结果表明,裂纹扩展速率曲线符合一般疲劳裂纹扩展规律;PD3的强度性能优于U71Mn,但U71Mn表现出更好的抗疲劳裂纹扩展性能,扩展速率低于PD3钢轨;疲劳裂纹扩展速率的不确定性方程与试验结果相符.     

弯矩作用下钢轨滚动疲劳裂纹扩展行为研究

在JD-1轮轨模拟试验机上,通过设计模拟小轮的结构,对钢轨试样在弯矩作用下的裂纹扩展行为进行研究.试验结果表明:裂纹一般在应力集中处萌生,当裂纹扩展到一定程度后容易产生变向甚至分叉;在其他参数相同的情况下,预制裂纹尺寸对疲劳裂纹扩展有较大影响,预制裂纹较宽时裂纹扩展速率明显加快.     

PD3与U71Mn钢轨疲劳裂纹扩展特性研究

针对广深线铺设使用中已出现斜线状裂纹的PD3和U71Mn两种钢轨试样进行了成分、机械性能与微观形貌分析。结果表明：PD3钢轨的强度性能优于U71Mn钢轨的强度性能;U71Mn钢轨裂纹扩展角度比PD3钢轨的裂纹扩展角度要小;U71Mn钢轨在疲劳裂纹扩展中以沿晶和穿晶混合型扩展为主;而PD3钢轨试样的疲劳裂纹扩展主要以穿晶为主,裂纹更容易扩展,扩展速率更大。综合分析表明,U71Mn钢轨更适合于高速铁路铺设使用。     

PD3与U71Mn钢轨疲劳裂纹扩展特性研究

针对广深线铺设使用中已出现斜线状裂纹的PD3和U71Mn两种钢轨试样进行了成分、机械性能与微观形貌分析。结果表明：PD3钢轨的强度性能优于U71Mn钢轨的强度性能;U71Mn钢轨裂纹扩展角度比PD3钢轨的裂纹扩展角度要小;U71Mn钢轨在疲劳裂纹扩展中以沿晶和穿晶混合型扩展为主;而PD3钢轨试样的疲劳裂纹扩展主要以穿晶为主,裂纹更容易扩展,扩展速率更大。综合分析表明,U71Mn钢轨更适合于高速铁路铺设使用。     

加载频率f和应力比R对腐蚀疲劳裂纹扩展速率影响的研究

在腐蚀疲劳试验基础上, 研究了０Ｃｒ１８Ｎｉ９ 钢在ＮａＣｌ溶液中的扩展行为, 分析了应力比Ｒ和加载频率ｆ 对腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响, 提出了环境加速因子Ｃ （Ｒ, ｆ）, 进而给出了一种反映腐蚀疲劳裂纹扩展速率ｄａ／ｄＮ～ （ΔＫ, ｆ, Ｒ） 的数学模型。该模型经试验验证, 满足工程要求     

确定疲劳裂纹扩展速率的积分法

针对疲劳裂纹扩展试验中采用传统的差分方法得到的da/dN-ΔK数据分散性较大的问题,提出了得到裂纹扩展速率的积分方法,并将两种方法与试验结果进行了比较,结果表明,积分方法得到的结果与试验结果符合得很好,得到的裂纹扩展速率更精确。     

Ⅲ型加载对Ⅰ型疲劳裂纹扩展速率的影响

通过有限元数值模拟和疲劳裂纹扩展试验,研究了Ⅲ型加载对Ⅰ型加载的疲劳裂纹扩展速率的影响.计算结果表明,在Ⅰ型加载的基础上进行Ⅲ型加载,应力强度因子K1随着Ⅲ型加载的增大而减小;KⅢ随着Ⅲ型加载的增加而增大.在相同边界条件下,裂纹前缘所在直线上,越接近中性面,K1的值越小.为了验证有限元数值分析结果,对铝合金材料进行了疲劳裂纹扩展速率试验.试验结果表明,在Ⅰ型加载的基础上进行Ⅲ型加载会使疲劳裂纹扩展速率减小;在一定范围内,疲劳裂纹扩展速率随着Ⅲ型加载的增加而减小.     

加载频率对航空铝合金腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响

提出腐蚀疲劳频率影响因子概念,建立了考虑加载频率影响的LC9铝合金腐蚀疲劳裂纹扩展速率模型,并进行了试验验证。结果表明:腐蚀疲劳频率影响因子随加载频率的变化可以用指数形式表达,能够反映出加载频率对于腐蚀疲劳裂纹扩展的影响;腐蚀损伤会显著降低裂纹扩展门槛值;基于该模型得到处于稳态扩展区的腐蚀疲劳裂纹扩展速率的预测值与试验结果吻合程度良好,对于航空铝合金构件腐蚀疲劳寿命评估具有参考价值。     

多轴疲劳裂纹扩展行为研究

利用扫描电镜对多轴比例和非比例加载下的疲劳试样的断口面和外表面进行扫描观测分析。根据薄壁管拉一扭复合加载试件断口附近表面观测结果,统计其裂纹扩展的位向,研究多轴疲劳裂纹萌生及扩展机理。研究表明,多轴疲劳裂纹主要是沿最大剪切平面或垂直于管形试样的轴线方向扩展。在多轴比例加载条件下,裂纹分布的分散性较小。在非比例加载条件下,随着相位差的增大,分散性增大。     

疲劳裂纹扩展速率试验载荷的确定

本文分析了疲劳裂纹的扩展规律,给出了疲劳裂纹在线弹性或小范围屈服状态下,于亚临界扩展时,确定试验载荷的方法,为疲劳裂纹扩展速率试验确定载荷提供一种途径。试验证明,此方法理论充分、可靠简单、经济,有一定推广价值。     

不同应力比下U75V轨道钢疲劳裂纹扩展行为研究

对高速铁路常用轨道钢U75V进行了不同应力比下的疲劳裂纹扩展门槛值测试和疲劳裂纹扩展试验。试验结果表明,应力比对U75V轨道钢的裂纹扩展行为有着显著影响。利用分级降载法测得的疲劳裂纹扩展门槛值随应力比的增大而减小,裂纹扩展速率随应力比的增大而增大。对裂纹断口微观形貌进行了细致观察分析,发现整个疲劳断口分布有凸条纹棱线。疲劳门槛值附近出现沿晶体学平面的穿晶小刻面;低扩展速率区凸条纹棱线平行排列,棱线方向与珠光体片层方向一致;高扩展速率区的棱线出现弯曲及碎裂,同时伴有解理断面及二次裂纹。     

ZG20MnSi钢断裂韧度和疲劳裂纹扩展速率试验研究

研究了ZG20MnSi钢及其焊接热影响区的断裂韧度和疲劳裂纹扩展速率。ZG20MnSi钢在常温下有较高的断裂韧度,δi达0.158mm,在0℃时δi为0.145mm。焊接热影响区的断裂韧度降低,但常温下δi也达0.146mm,在0℃时δi为0.139mm。ZG20MnSi钢在空气中的疲劳裂纹扩展速率方程为dn/dN=5.2857×10-12(△K)4.1;在滴水环境中的疲劳裂纹扩展速率方程为da/dN=3.7515×10-13(△K)4.9。     

两种工程结构用钢疲劳裂纹扩展速率的试验研究

对工程结构用钢20MnHR、A508-Ⅲ焊缝和热影响区的疲劳裂纹扩展速率进行了试验研究。试验采用CT试样，用七点递增多项式法求(da/dN)i与(△K)i，并分别将焊缝和热影响区同一组多个试样的(△K)i和(da/dN)i数据点合在一起进行整体回归分析。试验中得列了20MnHR疲劳裂纹扩展速率的斜率转折点，分别测出了平面应变区和平面应力区的Paris表达式。试验分析说明，以平面应变性质为基础的Paris表达式应用于实际工程结构较为安全。     

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。     

低载强化后汽车结构件疲劳裂纹扩展速度研究

为了从微观上揭示汽车结构件经过低载强化后疲劳强度和疲劳寿命提高的原因和机理,本文利用扫描电镜,对某汽车前轴低载强化前后试样断口的疲劳裂纹扩展速度进行了对比研究。研究结果表明,经过低载强化后的汽车结构件断口试样,其贝纹线的增长趋势减弱,疲劳辉度间距变小。这些微观变化有效地延缓了疲劳裂纹萌生,降低了疲劳裂纹扩展速率,使汽车结构件的疲劳强度和疲劳寿命都得到提高。     

硫化氢环境中低周疲劳裂纹扩展速率da/dN的研究

研究了4130X钢在硫化氢(H2S)腐蚀介质中的疲劳裂纹扩展速率da/dN。应用改进型WOL试样,采用符合实际工况的中等浓度200×10-6的H2S溶液、0.0067 Hz的超低周频率,在自行改造的专用低周腐蚀疲劳试验机上进行了试验。在恒定疲劳载荷谱作用下,采用三保险的位移测量装置,利用计算机自动采集系统,时时采集载荷及位移,用柔度方程求解试样瞬时裂纹长度。克服了表面直读法在腐蚀环境中不易观测裂纹长度的缺点,对所有试验数据,以KISCC为分界线,用Paris公式进行两段式拟合,给出了da/dN—ΔK的数学表达式,为确定气瓶的临界裂纹尺寸提供了试验依据。文中还将本试验结果与相关文献中其它硫化氢环境及空气中的疲劳裂纹扩展速率结果进行了比较。结果表明:H2S环境中裂纹扩展速率远大于空气中结果,不同环境、频率对da/dN有较大影响。     

用二维单侧容限系数公式测定压力容器钢疲劳裂纹扩展速率的小样本方法

应用二维单侧容限系数公式,提出了一种测定金属材料疲劳裂纹扩展速率的小样本方法。该方法可以综合利用以往历史数据和当前试验数据来测定金属材料疲劳裂纹扩展速率曲线。与仅能利用当前试验数据的传统方法相比,在精度相同的情况下,可以节省大量试件;在试件数量相同的情况下,可以大大提高测试精度。文中还给出了一个钢Q235A的计算实例。     

弹塑性疲劳裂纹扩展行为的数值模拟

基于ABAQUS有限元软件建立内聚单元模型以研究I型弹塑性疲劳裂纹的扩展过程。利用UEL子程序定义内聚单元的疲劳损伤累积准则以识别疲劳裂纹扩展过程中裂纹尖端的位置,并预测裂纹扩展速率da/d N。结果发现,预测的裂纹扩展速率与已有的试验结果吻合良好。通过ABAQUS软件中的温度-位移耦合分析方法同步获取裂纹扩展过程中因塑性变形能引起的裂纹尖端瞬态温度场的变化。结果显示,疲劳损伤累积准则所识别的裂纹尖端位置与裂纹扩展时最大温升点的位置具有一致性。这说明疲劳裂纹扩展过程中温度信号的变化也可以用于裂纹扩展规律的研究。基于数值模拟的方法验证了疲劳裂纹扩展过程中裂纹尖端的温升信号ΔT与裂纹扩展速率da/d N、应力强度因子范围ΔK之间的幂函数关系。研究成果有望用于疲劳裂纹扩展寿命的快速预测。     

钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测研究*

钢丝微动疲劳过程中,钢丝裂纹萌生特性直接影响其裂纹扩展特性,进而制约钢丝微动疲劳寿命,因此开展钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测研究具有重要意义。基于有限元法、摩擦学理论和断裂力学理论,运用Smith-Watson-Topper（SWT）多轴疲劳寿命准则建立考虑磨损的钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测模型,基于多种不同的钢丝疲劳参数估算方法对钢丝的微动疲劳裂纹萌生寿命进行了预测,并探究接触载荷、疲劳载荷、交叉角度及钢丝直径等微动疲劳参数对钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命的影响规律。结果表明：基于中值法的预测结果最接近实际值;在微动疲劳过程中,钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命主要与接触载荷和疲劳载荷相关。通过引入微动损伤参数建立简化的适用于钢丝绳的钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测模型,通过与考虑磨损的预测模型计算结果进行对比验证了该模型的准确性。