AZ31B镁合金在高周疲劳过程中的加工硬化/软化行为及温度变化

使用红外热像仪测试AZ31B镁合金在疲劳和拉伸过程中的温度变化,并对疲劳后的AZ31B镁合金试样进行拉伸试验,研究了疲劳过程中该合金的加工硬化/软化行为。结果表明:当疲劳时的最大应力高于其疲劳强度时,AZ31B镁合金在疲劳过程中的温度变化可依次分为初始升温阶段、温度下降阶段、温度稳定阶段、快速升温阶段和断裂后自然降温阶段;随循环次数增加,试样交替发生加工硬化和软化,导致疲劳后试样的抗拉强度呈先增后降再增的变化趋势;由于疲劳时不同应力水平引起了不同程度的加工硬化,使得疲劳后试样的抗拉强度随疲劳时最大应力的增大而增大。     

冷轧钢压印接头拉伸-剪切和疲劳性能研究

对冷轧钢圆形连接点和矩形连接点的压印接头进行拉伸-剪切试验,研究连接点形状对接头拉伸-剪切性能的影响.并对圆形连接点压印接头进行疲劳试验.试验结果表明,两种接头拉伸-剪切强度和刚度相当.圆形连接点拉伸-剪切过程中的能量吸收值大于矩形连接点,矩形连接点的失效形式为上板拉脱失效.应力比R=0.5,当最大疲劳载荷为接头强度的95％时,接头循环寿命可以达到137万次,为80％时,可以达到疲劳极限500万次.疲劳失效形式为上板接头处产生裂纹,裂纹方向与加载方向大致呈90°.提出了圆形点压印接头的拉伸-剪切强度预测公式和疲劳寿命计算公式,拉伸-剪切强度公式的误差为6.9％.     

喷丸强化与残余应力

喷丸能显著提高零件的疲劳寿命,这已被大量生产实践和研究所证实。喷丸技术目前在国内外已得到广泛应用。早在1940年,喷丸强化已用于提高汽车发动机阀门弹簧的疲劳寿命。例如自由长度为1(7/8)in(47.63mm)和外径为1(7/(32))in(30.96mm)的弹簧,用0.162in(4.1mm)直径的阀门弹簧钢丝(成份:C 0.65%;Mn 0.58%)绕成,绕好后将弹簧加热到750℉(399℃)。疲劳试验表明,未喷丸弹簧在10~7次循环时不破坏的最大弹簧应力是20000～95000psi(14～66.8kgf/mm~2),而经过喷丸的试样,则能承受135000psi(94.5kgf/mm~2)应力,经10~7次循环不破坏,这说明持久极限平均增加40%以上。以喷丸提高受疲劳载荷的轴类零件的疲劳寿命,也有显著效果。例如有一电机软轴(材料:50CrVA),     

基于接触理论的拉伸弹簧可靠性分析

基于ANSYS商用有限元软件,建立了断路器拉伸弹簧的三维有限元模型,并对弹簧的刚度和冲击载荷作用下弹簧工作圈接触的应力分布进行了计算和分析.分析结果表明,对于拉伸弹簧,弹簧圈间的接触不仅使弹簧的最大应力比静态时的应力有所增大,而且在冲击过程中弹簧体内的等效应力随着簧丝间隙的不同而变化,因此在制造过程中应合理控制弹簧圈的间隙.最后,对SW6_110IW型拉伸保持弹簧在冲击载荷作用下的疲劳寿命进行了研究,数据表明如以静载荷模型模拟动载荷作用下的疲劳寿命,将会给弹簧可靠性预测带来较大的误差.     

汽车驱动桥壳有限元分析及结构改进

为了验证某卡车驱动桥壳的工作特性,基于有限元方法对其驱动桥壳进行强度分析,当其6倍满载轴荷时,其最大应力超过材料抗拉极限,通过增大桥壳的倒角并且垂直距离提高10 mm优化之后,其最大应力为549.0 MPa,降低了10%。采用S-N方法对该驱动桥壳的优化方案进行疲劳寿命预测分析,其最小寿命为1.57×10~6次,大于国标要求的8×10~5次。优化之后的桥壳的第一阶自由模态频率和第一阶约束模态频率分别为101.5 Hz和125.9 Hz,均处于驱动桥旋转激励频率范围之外,将会有效避免其发生共振。优化之后驱动桥壳的每米最大变形为1.097 mm/m,小于国标要求的1.5 mm/m,因此其优化方案的刚度、模态、强度及疲劳均满足要求。     

不同控制模式下316L不锈钢的高温疲劳变形行为及寿命预测

在550℃下对核电用316L不锈钢进行应变控制(应变幅在0.3%～1.2%)、应力控制(应力幅在230～300 MPa)低周疲劳试验和应变控制蠕变疲劳试验(3种波形,拉伸保载60,180,600 s,压缩保载60,180 s,拉压对称保载180 s),通过疲劳寿命、循环响应特征和应力-应变滞回曲线分析了不同控制模式下试验钢的疲劳变形行为;构建疲劳寿命预测模型,评估了Manson-Coffin-Basquin模型、SWT模型和能量法模型对不同控制模式下试验钢疲劳寿命的预测能力。结果表明：在不同控制模式的疲劳循环载荷下,316L不锈钢的循环应力响应均包括循环硬化、循环软化和失效断裂3个阶段;在低周疲劳试验中,疲劳寿命随应变幅或应力幅的增大而缩短;在蠕变疲劳试验中,疲劳寿命随拉伸保载时间的延长而缩短,随压缩保载时间的延长而增大,这与动态应变时效和蠕变对疲劳损伤的综合作用有关;在相同保载时间下,压缩保载下的疲劳寿命比拉伸保载下的短,这与不同加载方向引起的氧化层致裂机制有关。能量法模型对316L不锈钢在不同控制模式下的疲劳寿命预测精度最高,预测精度在1.5倍误差带以内,Manson-Coffin...     

2219铝合金VPTIG焊接接头的断裂韧性

对2219铝合金变极性钨极惰性气体保护(VPTIG)焊接接头进行了拉伸、冲击和三点弯曲试验,对比研究了接头与母材的拉伸性能、冲击性能、断裂韧性及裂纹扩展行为。结果表明:焊接接头的抗拉强度为266~282 MPa,强度系数为0.6,接头强度远低于母材的;焊缝的冲击功为7~8 J,热影响区的冲击功为6~11 J,均高于母材的;当裂纹扩展量在0.14~0.35 mm时,焊缝裂纹尖端张开位移(CTOD)为0.056~0.124 mm,CTOD随裂纹扩展而增大;焊缝金属表现出比母材更好的断裂韧性,焊缝断口为弹塑性断裂,裂纹扩展区呈韧窝形貌,韧窝内存在第二相质点,使裂纹失稳扩展所消耗的能量增大。     

应用J积分法测定40CrNiMoVA(ESR)钢的低周疲劳裂纹扩展速率

采用控制恒应变幅的方法,测定了40CrNi3MoVA(ESR)钢的低周疲劳裂纹扩展速率。根据裂纹长度和对应的载荷大小求得循环J 积分(△J),与扩展速率(da/dN),得出da/dN=4.26×10~(-5)(△J_t)~(1.161)其中[da/dN]=[mm/cycle],[△J_t]=[KN/m]实验表明,J 积分可以用于低周疲劳裂纹扩展的研究。     

拉伸保载对2.25Cr1MoV钢高温低周疲劳行为的影响

利用液压疲劳试验机,采用轴向应变控制方法在455℃下对2.25Cr1MoV钢进行高温低周疲劳试验,通过在峰值应变拉伸时保载0,60,600s,研究了拉伸保载时间对该钢低周疲劳行为的影响,并用扫描电镜对断口形貌进行了观察。结果表明:2.25Cr1MoV钢呈明显的循环软化特性,拉伸保载会明显降低循环应力幅,但保载时间对循环应力幅的影响不大;拉伸保载使该钢的疲劳寿命降低,但保载时间超过60s后,疲劳寿命基本不受保载时间的影响;拉伸保载没有改变试验钢的疲劳断裂模式。     

复合材料夹芯结构低速冲击性能研究

复合材料夹芯结构为电子设备与外层蒙皮提供了一体化设计的思路,可以大幅降低飞行器的结构重量。通过低速冲击试验和ABAQUS仿真研究了5 J和10 J冲击能量下某飞行器复合材料机翼蒙皮典型夹芯区域在低速冲击下的性能。随着冲击能量的增加,复合材料泡沫夹芯结构的能量吸收率由5 J的72.0%提升至10 J的76.0%。由仿真结果可知,当冲击能量达到10 J时,出现了纤维损伤,且损伤沿表层铺层角度扩展,基体压缩损伤主要出现在冲击正面,基体拉伸损伤主要出现在冲击背面,损伤随冲击能量的增加而变大。当冲击能量达到10 J时,上面板与泡沫芯体粘接处也产生了较大的损伤。     

某型发动机涡轮盘温度及应力计算分析

低循环疲劳是导致航空发动机涡轮盘失效的主要因素之一。以某型发动机的涡轮盘为研究对象,建立该涡轮盘的有限元模型并对其在最大工作状态下的温度和应力进行了分析计算,确定了涡轮盘热弹性应力和径向应力最大的1/4辐板处为低循环疲劳试验的考核部位,其工作温度为试验温度,为后续的低循环疲劳试验奠定了基础。     

大位移桥梁伸缩缝垂向振动理论研究

根据达朗贝尔原理建立大位移桥梁伸缩缝理论模型,并使用MATLAB软件的Simulink动态仿真工具箱对其进行数值分析求解。主要研究了大位移桥梁伸缩缝结构参数(缝宽、中梁截面惯性矩、弹性支承刚度)、车速的变化对伸缩缝冲击系数与中梁最大竖向位移的影响。研究结果表明:限制车速、适当改变弹性支承刚度可减小冲击系数;缝宽为40mm、60mm、70mm、80mm的最大冲击系数分别是1.4、1.46、1.48、1.43。限制车速、增大刚度、减小缝宽、增大中梁截面惯性矩可减小最大竖向位移;在缝宽取60mm~80mm、车速取100km/h~120km/h时,为减小最大竖向位移增大弹性支承刚度与中梁截面惯性矩更有效。     

高氮钢复合焊接接头组织与力学性能研究

热输入对焊接接头组织与力学性能有重要影响。采用激光-电弧复合焊接方法,研究了不同电弧能量和激光能量下的接头组织、焊缝氮含量、拉伸与冲击性能及接头显微硬度。研究表明：焊缝组织为奥氏体+少量δ铁素体,焊缝中析出的δ铁素体随热输入加大而增多;当电流达到200A后,熔池液态金属中氮的溶解近于饱和,即使焊接电流增大,焊缝氮含量依然趋于恒定;而当激光功率增至2.0kW后,焊接过程中的匙孔维持在稳定状态,焊缝氮含量也近于恒定;拉伸断裂位置均在焊缝区,当焊接电流为200A时,平均拉伸强度最高,达到967.58MPa,当激光功率为1.6kW时,平均拉伸强度可达962.88MPa;焊缝冲击功随激光功率的增大呈先降低后升高的变化趋势,但随电流的增大其变化趋势相反;熔合线的冲击功随着焊接参数的变化呈现出相同的变化趋势,焊缝和熔合线的最大平均冲击功分别为47.60J和62.85J;拉伸和冲击的断裂形式均为韧性断裂;焊缝区显微硬度最低,导致拉伸测试时均断裂于焊缝区。     

超声冲击处理焊接接头疲劳设计若干问题的探讨

对大量超声冲击处理焊接接头的试验结果进行分析总结,探讨超声冲击焊接接头疲劳设计与原始焊接接头的差异,并得到下述结论：①材料强度对超声冲击方法改善焊接接头疲劳性能的处理效果有一定影响,随着接头材料强度的提高改善效果也越好,因此采用低强钢超声冲击处理焊接接头的疲劳试验结果得到疲劳设计S—N曲线是安全的。②超声冲击处理焊接接头试件S—N曲线的斜率m远大于3(6～23),不能将试验结果硬性规定按m=3．0进行统计处理,推荐取m=10。③经过超声冲击处理后其疲劳强度不再与所外加的平均应力无关,而是随着应力比R的增加,接头所能够承受的疲劳应力幅度有所降低。因此建议采用最大应力对超声冲击处理焊接接头进行疲劳设计。④当采用最大应力对超声冲击处理焊接接头进行疲劳设计时,外载荷中所含平均应力与超声冲击处理焊接接头在FAT(200万次循环次数下的特定疲劳强度,将其定为疲劳级FAT)下的疲劳强度(应力范围)之间．的关系为：F(R)=1．25-0．5R,-1≤R≤0．5。     

核级管道不锈钢316LN的低周疲劳特性研究

在室温下,对核级管道不锈钢材料316LN试样进行了不同应变幅的低周疲劳试验研究,得到了316LN试样的循环应力-应变响应特征及低周疲劳寿命曲线。基于疲劳过程中、不同应变幅水平下,循环应力-应变迟滞回线的试验结果,分析了应力峰值、谷值和循环弹性模量随疲劳循环数的变化规律,研究了316LN试样的疲劳特性和疲劳寿命曲线特征,并与ASME疲劳设计曲线进行了对比。试验结果表明,试样初始循环表现出循环硬化,随后表现出循环软化直至失效;初始前10%疲劳寿命期内循环弹性模量缓慢下降,然后几乎保持不变,在达到80%～90%寿命后开始下降; Basquin和Manson-Coffin公式可以很好地描述0. 2%～0. 7%应变幅范围内的应变-疲劳寿命曲线。     

碳纤维层合板低能量冲击后静强度试验研究

针对T300/12K碳纤维层合板冲击后的静拉伸强度开展试验研究.参照国标设计了碳纤维冲击试验试件.通过湿法铺层常温真空加压工艺制作碳纤维层合板,数控加工方式制取试件.选取多种能量对试件开展冲击试验和冲击后静强度拉伸试验.结果表明:试件凹坑面积随冲击能量增大基本呈线性增大趋势;试件拉伸载荷峰值、断裂时位移以及剩余拉伸强度...     

热辊压高强钢的商用车电池框架疲劳损伤分析

分析HR950/1300HS高强度钢的疲劳性能发现,基于给定的最大循环周次（107）,得到应力比（R）=0.06的疲劳曲线,在失效概率为10%、置信度为90%时计算得到的下限疲劳强度为273.1 MPa、标准偏差为6.92 MP。采用热辊压成型高强钢的电池框架进行疲劳损伤分析与试验验证,结果表明：基于随机振动疲劳损伤分析方法,电池框架的最大损伤因子只有0.13,最大损伤值对应的均方根应力值仅为49.66 MPa;基于定频振动疲劳损伤分析方法,最大损伤值仅为5.806e-8。根据CAE分析与试验综合评价,采用热辊压成型高强钢的电池框架结构是安全可靠。     

气动液压打桩锤替打构件的分析与设计

气动液压打桩锤在氮气压力与锤芯自身重力的复合作用下，锤芯下落加速度超过重力加速度，可实现更大的打击能量。替打构件是打桩锤的重要组成部分，位于锤芯与桩体之间，将冲击能量有效地传递至桩体。基于有限元方法，分析了所设计制作的几种替打构件的强度和刚度，结果表明冲击能量3500 kJ的气动液压打桩锤，无凸台的锥形替打的最大应力292 MPa,最大应变为1.84 mm。基于线性疲劳累积损伤理论，分析结果表明某无凸台的锥形替打疲劳寿命可达477万次。所提出的分析方法和结果可作为气动液压锤设计与分析的理论依据。     

汽车车门有限元分析及综合性能优化

车门是汽车车身中非常重要的功能部件,在日常使用过程中由于反复的开关,其所受应力尚未达到材料许用应力的情况下,局部区域可能产生疲劳裂纹。以某车型前门为例,针对试验过程中玻璃升降器安装区域开裂问题,对车门结构进行了局部优化设计。首先,采用ABAQUS/Explicit求解器模块计算出冲击应力时间历程,并在Ncode软件中对前门开关耐久进行了虚拟仿真分析,预测疲劳寿命危险区域。同时,对前门进行了开关耐久试验验证,对比发现车门的最低疲劳寿命误差在10%以内,从而验证了车门有限元模型的准确性。最后,结合玻璃升降器安装点刚度性能对前门进行了结构改进,确定出两种优化方案,通过对两种优化方案进行分析,结果表明:方案二玻璃升降器安装点刚度为51N/mm,满足设计目标40N/mm;车门最低疲劳寿命为11.4万次,同时满足设计目标10万次要求。     

大直径竖井掘进机刀盘力学特性及疲劳寿命分析

为了研究大直径竖井掘进机刀盘结构的合理性,对刀盘的结构强度、刚度以及疲劳寿命进行了分析。将刀盘施工作业分为额定工况、正常掘进工况和极限工况,利用ANSYS软件对其进行静力学分析和疲劳寿命分析。分析结果表明：极限工况下的刀盘最易发生失效,该工况下的刀盘最大应力为44.26 MPa,最大变形为0.76 mm,最短疲劳寿命为1.98×10³次,满足刀盘强度、刚度和疲劳寿命的设计要求。