2524铝合金不同应力比下的疲劳裂纹扩展行为

研究了不同应力比(R=0.1,0.2,0.3,0.5)对2524-T3铝合金的疲劳裂纹扩展速率的影响,并结合扫描电镜(SEM)下裂纹的断口形貌特征进行了分析。结果表明:应力比R对疲劳裂纹扩展寿命和速率存在明显影响,在恒定最大载荷条件下,应力比越小则裂纹扩展寿命越短;当应力强度因子范围△K相同时,应力比越大,裂纹扩展速率da/dN越快。利用Paris公式对数据进行回归分析,da/dN-△K曲线呈收敛趋势,进一步采用Elber模型进行拟合,从裂纹闭合的角度解释了应力比R对裂纹扩展速率的影响,结果表明该模型能够较好地描述2524-T3铝合金在不同应力比下的疲劳特性。疲劳断口呈现出早期裂纹扩展、稳定扩展和快速扩展3个阶段,不同应力比下,疲劳辉纹间距和二次裂纹数量存在明显差异。     

6005A铝合金自动MIG焊接头疲劳性能的研究

采用自动MIG焊焊接6005A-T6铝合金。使用高频疲劳试验机对焊接接头的疲劳性能进行测试,绘制了S-N曲线,测定其疲劳极限,并对接头的疲劳断口和显微组织进行了分析,研究疲劳断裂的原因。结果表明:6005A铝合金接头的高周疲劳极限应力为105 MPa,S-N曲线拟合公式为σ_(max)=16167N_f~(-0.383);高应力状态的疲劳断口与静态拉伸断口相似,疲劳裂纹萌发区存在缺陷,在疲劳裂纹扩展区未发现呈放射性的扩展辉纹;低应力状态的断口疲劳也萌发于缺陷处,但存在大量扩展辉纹。焊缝组织较为均匀,但是热影响区的粗晶区和焊缝区晶界聚集的第二相对疲劳性能不利。     

TC4-DT钛合金疲劳长裂纹扩展速率的数学描述方程

针对经准β热处理获得的片层组织TC4-DT钛合金的疲劳长裂纹扩展速率实验结果,通过数值分析和线性回归拟合,推导了Paris方程、Forman方程和Elber方程的数学表达式,并对拟合结果的相关系数和误差进行了分析,对比了3种数学方程对片层组织TC4-DT钛合金疲劳长裂纹扩展速率的拟合精度。在此基础上,对已有模型进行优化和修正,提出了F-E分段方程。该方程以片层组织TC4-DT钛合金裂纹扩展速率曲线上转折点对应的应力强度因子幅ΔKt为分界点,分别对实验数据进行数值分析和线性回归拟合,具有较高的拟合精度。     

一种Al-Cu-Mg-Zr合金的疲劳裂纹扩展行为研究

研究热处理状态、应力比和试样取向等对含Zr的Al-Cu-Mg系铝合金疲劳裂纹扩展行为的影响.结果表明,T3、T4两种热处理状态试样的疲劳裂纹扩展速率没有明显差别;L-T方向和T-L方向的试样也有大致相同的疲劳裂纹扩展速率;应力比R对疲劳裂纹扩展行为有明显影响,高应力比下的疲劳裂纹扩展速率明显快于低应力比条件下的扩展速率,并且高应力比下的疲劳裂纹扩展在较小的△K值下进入快速扩展阶段,并很快断裂.在较低的△K水平下应力比的影响与裂纹闭合效应有关.     

列车地板6005A-T6铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能研究

对4 mm列车地板6005A-T6铝合金搅拌摩擦焊接头进行高周疲劳性能研究。采用优化的工艺进行焊接,对试样进行轴向高周疲劳试验,得到了焊接接头疲劳性能的平均S-N曲线和疲劳极限。用扫描电镜观察疲劳断口的微观形貌并分析了疲劳断裂机理。结果表明:列车地板6005A-T6铝合金FSW接头疲劳试样,其起裂位置包括试样上、下表面及侧面区域,其断裂位置大部分在距离焊缝中心3~7 mm的范围内,即接头的热机影响区及热影响区。接头疲劳断口的裂纹扩展区存在比较明显的疲劳裂纹,该区域主要以脆性解理断裂为主,瞬时断裂区主要为韧性断裂。     

基于BPNN、SVR和RF模型的7050合金高温流动应力预测

采用Gleeble-3500热物理模拟机对7050铝合金进行等温热压缩实验，获得了合金在变形温度为300～450℃以及应变速率为0.001～1 s^-1条件下的应力应变数据。在此基础上，建立了经灰狼优化算法(Grey wolf optimization, GWO)优化的反向传播神经网络(BPNN)、支持向量机(SVR)和随机森林(RF)模型并验证其预测精度。结果表明：经过GWO优化的BPNN、SVR和RF模型预测精度高于原始模型；GWO-BPNN与GWO-RF模型的预测精度比较接近，且均高于GWO-SVR;在外推数据预测上，GWO-BPNN模型的预测精度更高，在内插数据预测上，GWO-RF模型的预测精度更高。不同机器学习模型对流动应力数据的拟合效果不同，其预测精度也存在差异。     

2124铝合金TL取向疲劳裂纹扩展门槛值

用降载法测得了2124铝合金TL取向应力比R=0.1、0.3、0.5、0.7下的疲劳裂纹扩展门槛值,用线性拟合法得到da/dN=C1△Kn1中的C1和n1值,将其带入裂纹扩展速率da/dN-△K表达式中,并按标规定取疲劳裂纹扩展速率(da/dN)=10-7 mm/cycle时的△K值为疲劳裂纹扩展门槛值△Kth,分析了应力比对裂纹扩展门槛值的影响.     

压载荷对LY12M铝合金中疲劳裂纹扩展速率影响的三种工程模型的验证(英文)

基于弹塑性断裂力学的裂纹扩展机理,用弹塑性有限元分析压载荷对LY12M铝合金疲劳裂尖应力场的影响。介绍了可用于负应力比试验数据描述的两种实际应用的工程模型和一种已发表的称作"张模型"的双参数裂纹扩展模型,通过在相应坐标系下描述试验数据,并比较各自拟合线的线性相关度R2。结果验证"张模型"的拟合效果较好,是一种负应力比下预测铝合金疲劳裂纹扩展寿命的较好的工程方法,同时,由于部分参数可用弹塑性有限元计算获得,所以可节省大量新材料研究的经费。     

含有第二相的高强铝合金疲劳模型

基于疲劳裂纹尖端的应力和应变以及高强铝合金中不同尺度第二相性态对其延性的影响，建立了高强铝合金中粗大第二相、中间尺度第二相以及细小时效强化相性态与其疲劳裂纹扩展速率之间的多元非线性关系模型。结果表明：对于2024铝合金的疲劳扩展速率，该模型的预测趋势与他人的实验研究结果吻合良好。同时借助于对该模型的理论分析，提出了在确保高强铝合金强度不降低的前提下降低其疲劳裂纹扩展速率的优化方案。     

汽车用6005A-T6铝合金动态力学性能研究

通过对6005A-T6铝合金进行准静态拉伸试验和动态拉伸试验,研究了应变速率对6005A-T6铝合金准静态和动态力学性能及断裂行为的影响。结果表明:6005A-T6铝合金的强度随着应变速率提高而增大,当拉伸应变速率达到200s-1时,抗拉强度、屈服强度分别较准静态拉伸提高30MPa、25MPa,其中以准静态到应变速率10 s-1的过程中,材料的抗拉强度、屈服强度上升最为明显;试样应变速率与流变应力的关系符合Johnson-Cook本构模型,其拟合得到的本构方程为σ=(220.56+298.85ε~(0.506))(1+0.0209ln■)。6005A-T6铝合金塑性随着应变速率的增大而逐渐增大,当应变速率达到200s-1时塑性反而下降。在高速拉伸变形状态下,位错密度的增加和滑移带的增多是导致高速状态下强度及延伸率提高的主要原因;当应变速率达到200s-1时由于拉伸速率过快,晶粒来不及进行大量变形是断后延伸率反而降低的主要原因。     

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.     

6005铝合金手工MIG-背面水冷焊接头高周疲劳性能的研究

为了测定6005-T6铝合金焊接接头的疲劳极限,对4 mm厚6005-T6铝合金采用手工MIG焊焊接,并且焊后在试板背面进行通水冷却,使用高频疲劳试验机对焊接试件进行疲劳试验,并绘制了S-N曲线。对疲劳断口形貌和焊接接头的显微组织进行分析,研究了疲劳断裂的原因。结果表明:铝合金手工MIG焊接头在50%存活率情况下,其高周(10~7)疲劳极限应力为125 MPa,S-N拟合曲线为σ_(max)=701N_f~(-0.127)。不同应力状态下疲劳裂纹均萌发于试样的表面。高应力状态下,断口中很难发现扩展辉纹,与静态拉伸断口相似。低应力状态断口扩展区存在大量扩展辉纹。热影响区的粗晶区和晶界聚集的第二相对疲劳性能不利。     

考虑应力比和门槛值的海水腐蚀疲劳裂纹扩展预测模型

采用自行改造的海水腐蚀疲劳试验机,研究了3 Hz频率、不同应力比R (0.1、0.3、0.5)下,海洋工程用结构钢DH36Z35在空气和人造海水中疲劳裂纹扩展动力学行为。结果表明:相同裂纹尖端应力场强度因子幅值ΔK下,空气和海水环境中都显示疲劳裂纹扩展速率随着应力比R的增加而增加的规律,在近门槛值区间1×10-7mm/cycle≤da/d N≤1×10^-6mm/cycle该现象尤其明显;在疲劳裂纹扩展速率da/d N>1×10-6mm/cycle的中速区间,空气中和海水中疲劳裂纹扩展速率出现拐点,高于该拐点海水加速裂纹扩展,低于该拐点海水抑制裂纹扩展,且应力比R越大,拐点对应裂纹扩展速率越高。依据空气和海水中不同应力比和门槛值条件下疲劳裂纹扩展速率实验结果,提出了一种修正的Walker模型,可通过空气中疲劳裂纹扩展速率预测不同应力比下海水环境中疲劳裂纹扩展速率。     

2124铝合金全范围裂纹扩展速率表达式

研究了2124铝合金TL取向不同应力比下的疲劳裂纹扩展行为、疲劳裂纹扩展门槛值,并计算了不同应力比下的临界应力强度因子.分析了应力比对疲劳裂纹扩展速率的影响,并用有效应力强度因子和有效门槛值对全范围裂纹扩展速率表达式进行修正,得到了描述2124铝合金TL取向疲劳裂纹扩展全范围的表达式.该公式能够很好表征不同应力比下2124铝合金TL取向的疲劳裂纹扩展行为.     

铸造Ti-6Al-4V合金的疲劳性能研究

通过铸造Ti-6Al-4V合金疲劳性能试验,绘制出了铸造Ti-6Al-4V合金在不同应力比下裂纹扩展速率da／dN-△K曲线。根据logda／dN和log△K的拟合曲线方程,计算出Paris公式下材料常数c、n值。经SEM对铸造Ti-6Al-4V疲劳断口进行分析,发现随着应力比R的增大,疲劳条带越宽,裂纹扩展速率越大。     

内含硬α夹杂钛合金轮盘裂纹扩展研究

为研究钛合金轮盘内部硬α夹杂疲劳裂纹扩展特性,对含预置硬α夹杂钛合金轮盘开展低循环疲劳裂纹扩展试验。结果表明:5229次循环后轮盘破裂;疲劳断口宏观、微观特征显示,预置硬α夹杂为本次疲劳破坏的疲劳源;在裂纹扩展前期,轮盘断口裂纹扩展速率较材料试验数据快;在裂纹扩展中期,断口裂纹扩展速率曲线呈对数线性关系;为了解决疲劳裂纹扩展后期疲劳条带不易识别的问题,使用等效裂纹扩展模型拟合断口裂纹扩展速率曲线,从而可以利用疲劳条带宽度来计算总寿命。同时,利用断口数据,提出和总结了预置硬α夹杂钛合金轮盘裂纹扩展特性仿真研究的方法。仿真研究显示:基于Paris公式建立裂纹扩展模型能较好地预测轮盘裂纹扩展特性;轮盘由于疲劳发生最终断裂破坏时,裂纹前沿的应力强度因子远大于断裂韧性,因此,不宜使用应力强度因子直接作为破裂准则。     

2A12-T4铝合金搅拌摩擦焊多区域疲劳裂纹扩展行为

疲劳裂纹扩展速率是材料内在组织性能的宏观外在表现,显微组织和残余应力对宏观疲劳裂纹的扩展有显著的影响.文中研究了2A12-T4铝合金搅拌摩擦焊不同区域的疲劳裂纹扩展速率.结果表明,在焊缝区域,由于搅拌针强烈的机械和焊接热作用,材料组织发生变化,并伴有残余应力的产生,导致不同区域裂纹的扩展速率存在明显差异.在低应力强度因...     

应力比对E690高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展影响的试验研究

因E690高强钢具有耐腐蚀、强度高等特点,被广泛使用在海洋工程装备中,而腐蚀疲劳是其主要的失效形式,其中应力比对裂纹扩展的影响不可忽视。选取应力比R为0.1、0.3和0.5,在空气和腐蚀环境中对E690高强钢进行疲劳裂纹扩展试验。通过对各个条件下的试验数据进行处理,得到相应的da/d N-ΔK曲线。利用Paris、Walker两种不同的模型分析了应力比对裂纹扩展速率的影响。结果表明:E690高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展速率随着应力比的增大而变大;裂纹扩展门槛值K_(th)随着应力比的增大而减小;Paris模型的拟合效果较好,Walker模型的失真会随应力比的增大而加剧。     

铸造Ti-6Al-4V钛合金疲劳裂纹扩展特性的研究

按照GB6398-1986试验标准,采用紧凑拉伸试样(CT)测定了铸造Ti-6Al-4V钛合金疲劳裂纹扩展速率da/dN,采用扫描电镜(SEM)等现代技术对断口形貌进行观察,分析了不同应力比(R值)条件下的疲劳裂纹扩展特性。结果表明,应力比R对铸造Ti-6Al-4V钛合金的裂纹扩展速率影响较大,应力比R越大,裂纹扩展速率越大。在裂纹预裂区和快速扩展区的断裂机理主要是以微区解理断裂为主,稳态扩展区主要是以疲劳条带扩展机制为主,同时也存在微区解理断裂机制。     

航空发动机叶片TC4钛合金振动疲劳裂纹扩展研究及剩余寿命预测

目的研究TC4钛合金的振动疲劳特性及寿命预测。方法通过共振疲劳试验,分析裂纹尖端应力强度因子的变化规律,计算不同应力水平下疲劳裂纹扩展的速率,建立剩余寿命预测计算模型。结果裂纹尖端的应力强度因子是表征裂纹扩展速率快慢的有效参数,与裂纹长度及应力场的大小相关。在裂纹扩展初期应力为274 MPa的条件下,裂纹扩展速率的试验值与计算值吻合较好。通过寿命预测模型计算可知,当初始裂纹为0.5 mm,最终裂纹长度达到5 mm时,在应力为274、366、422 MPa的条件下,振动循环周期分别为36 577、19 090、13 865。结论在应力比为?1的振动条件下,裂纹扩展速率随应力水平的增大而加快,同时初始裂纹长度越长,应力相同时,裂纹扩展速率提高。通过寿命预测模型,可计算出结构件的使用寿命。