AZ31B镁合金螺纹型缺口试样疲劳性能研究

利用高频疲劳试验机对AZ31B镁合金螺纹型缺口试样疲劳性能进行了试验研究,给出了本实验条件下的S-N曲线,得到循环基数为107的疲劳极限是15.3MPa,并与相同材料光滑试样疲劳性能对比.运用扫描电镜对断口形貌进行了观察,分析了断裂机理.经分析认为:AZ31B挤压镁合金螺纹型缺口试样高周疲劳的断裂过程包括裂纹萌生、裂纹扩展、最终断裂3个阶段,疲劳源主要发生在螺纹根部,为多发性裂纹源;裂纹扩展区微观断口具有典型的解理断口形貌,断裂表现为脆性断裂.     

基于三剪统一屈服准则的复合裂纹断裂分析

基于三剪统一屈服准则,研究了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型复合断裂问题,对复合裂纹的断裂条件进行了分析计算,给出了包含十二面体单元上的2个主剪面应力对材料屈服的共同影响系数b及反映材料拉压性能的参数α的三剪统一屈服断裂因子,并根据裂纹扩展条件及临界状态下断裂因子的取值得到了复合裂纹断裂准则。算例中对35CrMn2材料的复合裂纹的开裂角及断裂因子进行了计算,并给出了影响系数b与开裂角θ0的关系曲线,算例的实验值与数值解的比较结果表明,通过改变参数可使该断裂准则适用于不同性质的材料且该准则可较好地应用于复合断裂问题。     

1.25Cr0.5Mo钢疲劳蠕变及免于蠕变失效分析

为对高温环境下CrMo钢设备的安全使用进行评估，提出了1.25Cr0.5Mo钢免于蠕变评定的判定条件.进行了1.25Cr0.5Mo钢540　℃环境下应力控制的疲劳蠕变交互作用的试验，得到了材料的循环硬化特性曲线，并对不同应力幅和平均应力条件下非弹性应变、平均应变、非弹性应变能随循环周次的变化规律进行了研究，建立了第一类、第三类疲劳蠕变交互作用断裂特征图.研究结果发现，在应力幅略小于平均应力的条件下，材料产生疲劳蠕变交互作用，材料断裂寿命下降较快，材料断裂延性达到最低.当应力幅大于等于平均应力时，可忽略蠕变因素的影响，材料可免于蠕变评定.     

Al-5.5Zn-2.5Mg高强铝合金微观组织与疲劳性能

通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等方法观察了Al-5.5Zn-2.5Mg高强铝合金材料的微观组织,并进行了拉伸性能与疲劳性能试验,分析其拉伸断裂和低周疲劳失效行为.结果表明:Al-5.5Zn-2.5Mg高强铝合金的力学性能与低周疲劳性能较好,拉伸强度达到479.4 MPa.当应力比R=-1,频率f=20 Hz,应变幅εa=0.8％时,低周疲劳寿命为630周,疲劳裂纹萌生于试件表面,且疲劳裂纹扩展区存在明显的疲劳条带.Al-5.5Zn-2.5Mg铝合金η’(MgZn2)析出相虽然在光学组织中呈现均匀弥散分布,但在TEM高倍组织中主要沿晶界析出,强化相粒子的平均直径约20 nm,晶界附近无沉淀析出带宽约100 nm.     

疲劳裂纹扩展的非平衡统计模型

为了研究金属中微观结构对疲劳短裂纹扩展性能的影响 ,在宏观与微观相结合的疲劳断裂非平衡统计理论中 ,考虑了材料微观结构因素 ,从而能够合理地解释有关疲劳短裂纹及长裂纹的实验结果 .建立的非平衡统计理论模型把位错机理同裂纹扩展联系起来进行模拟 ,得到了包括疲劳短裂纹及长裂纹的整个金属疲劳寿命内的普适裂纹扩展速率公式 ,并和他人的理论结果进行了比较 .     

飞机机翼疲劳断裂过程的有限元分析

重点研究了飞机机翼的疲劳与断裂问题.对机翼疲劳裂纹扩展进行了理论分析.介绍了疲劳断裂过程有限元模拟的几种方法,运用有限元分析软件ABAQUS.对飞机机翼疲劳断裂过程进行了有限元分析,结果表明,在加载条件下,飞机机翼发生疲劳断裂的最危险部位位于机翼根部.     

基于裂纹扩展的两级加载下的疲劳-蠕变寿命预测

取加载一个周期内拉应力作用下的应变能密度增量为材料的损伤变量,由迟滞回线所围面积导出了该损伤变量的计算式;依据材料被损伤会使裂纹扩展,裂纹的扩展会导致试件发生断裂的事实,以J积分为裂纹扩展的控制参量,将裂纹扩展看作纯疲劳损伤与蠕变损伤二者共同的贡献,考虑疲劳-蠕变的交互作用,导出了在两级应力加载下的疲劳-蠕变寿命的表达式;该表达式与加载的波形、材料的疲劳-蠕变速率相关.应用该表达式对316L钢在550℃两级应力梯形波加载下的疲劳-蠕变寿命进行了预测,预测值在1.5倍误差因子以内,预测精度较高.     

基于有限元的波纹钢腹板组合箱梁疲劳损伤分析

针对波纹钢腹板组合箱梁（以下简称箱梁）的抗弯性能进行有限元分析,分析箱梁的静力位移、应力和应变结果,建立箱梁破坏损伤机理并得到应力薄弱点。同时,根据有限元分析结果,进行箱梁局部应力应变分析,得到箱梁不同水平下的疲劳寿命。最后,结合疲劳损伤和疲劳断裂理论进行箱梁的疲劳裂纹扩展行为及破坏过程和寿命预测研究,分析了正弦波疲劳荷载作用下箱梁中的钢腹板、PBL剪力连接件以及钢板翼缘等部件的疲劳裂纹萌生及寿命预测结果与试验结果吻合较好。研究表明：根据美国规范AASHTO2004中C类标准进行工程设计和疲劳寿命估算与试验符合较好,同时采用Palmgren-Miner线性累积损伤疲劳准则能有效地计算变幅疲劳载荷下箱梁的疲劳损伤及断裂破坏过程,为实际工程中箱梁疲劳性能设计提供参考。     

立方准晶的反平面问题与Ⅲ型裂纹问题

发展了立方准晶材料的断裂理论 .通过应用Fourier分析和对偶积分方程理论 ,得到了立方准晶材料Ⅲ型裂纹问题的精确解析解 ,并由此确定了位移与应力场 ,应力强度因子和应变能释放率 .结果表明 ,应力强度因子与材料常数无关 ,而应变能释放率依赖于所有的材料常数 .这些为研究此新固体材料的变形和断裂提供了重要的信息 .     

一种与路径相关的多轴低周疲劳寿命预测方法

已有研究指出,与比例加载相比,非比例加载下某些金属材料虽然没有明显的附加强化现象,但疲劳寿命却明显缩短.利用附加强化系数和非比例度因子修正的等效应变法,无法反映此类材料非比例加载下的寿命缩短现象,导致预测寿命通常偏于危险.为更好地预测不存在明显附加强化现象材料的多轴非比例疲劳寿命,引入寿命缩减因子的概念,并结合非比例度因子对ASME等效应变范围进行了修正,提出一种新的多轴低周疲劳寿命预测方法.为了便于应用,明确了寿命缩减因子的确定方法.针对不同加载路径,发展了一种基于最小法向应变范围的非比例度因子计算方法,并给出了多轴加载一般情形下最小法向应变范围的计算步骤.利用304不锈钢12种非比例加载路径下的试验数据验证了所提非比例度因子计算方法的精度,并与已有方法进行了对比分析,发现所提方法可以更好的描述加载路径的非比例程度.利用10种材料(包括7种不存在明显非比例附加强化现象的材料)的试验数据对所建疲劳寿命预测模型进行了验证,结果表明预测结果与试验结果吻合较好.     

损伤材料的蠕变、疲劳损伤断裂描述方法

本阐述了材料损伤及损伤内变量理论，用数学模型描述了损伤材料的蠕变、疲劳损伤断裂方法，这对研究材料的使用寿命有着重要意义。     

动力往复泵主轴失效探讨

通过对动力往复泵主轴进行断口分析、材料成分检测、力学性能试验和应力计算,得出该轴的断裂不是材料问题,而是交变应力超过材料的疲劳极限而引起材料疲劳断裂。同时提出了几条防止轴断裂的措施。     

深海热液采样阀PEEK阀芯疲劳寿命研究

通过分析深海热液采样阀PEEK阀芯的实际工作情况,综合考虑几何尺寸、应力集中以及加载方式等因素的影响,研究PEEK阀芯在峰值为70MPa脉动工作压力下的疲劳寿命.运用传统名义应力法,由PEEK材料的应力-疲劳寿命曲线求得PEEK阀芯在工作过程中的应力-疲劳寿命曲线,结合疲劳损伤累积理论估算出阀芯的疲劳寿命.在实验中模拟取出样品过程,对同一批次的多个阀芯进行疲劳寿命试验,试验结果的一致性较好且与理论估算结果相吻合.PEEK阀芯在工作条件下的疲劳寿命为7个工作周期,阀芯的疲劳断裂符合疲劳损伤累积理论.     

低铬合金钢的超高周疲劳行为和裂纹扩展路径分析

SAE5120钢是汽车行业中齿轮构件使用的材料,其实际使用循环数超过了109。研究经过热处理、普通渗碳或表面低压渗碳处理后的低铬合金钢的超高周疲劳行为,应用压电超声疲劳试验机(20 kHz,应力比R=0.1)完成超高周疲劳试验,并获得处理后材料的超高周疲劳行为。通过对表面渗碳处理后试件断口的裂纹扩展路径分析,研究材料表面渗碳处理、微观结构、与杂质有关的裂纹萌生及断裂机理,根据高倍扫描电镜的裂纹条纹测量和应力强度因子计算对Paris公式的参数进行了估计。     

曲轴疲劳裂纹扩展速率测量的扫频法

常规的疲劳裂纹尺寸测量方法局限于简单试样，难以应用于曲轴这类结构复杂、裂纹位置较为特殊的试样.为此提出了一种针对曲轴进行裂纹尺寸动态测量的新方法.以谐振式疲劳试验机为平台，根据试验过程中曲轴裂纹扩展后谐振系统共振频率下降这一现象，通过系统扫频试验来动态跟踪裂纹扩展的参照信息.在试样发生断裂后，根据断口形貌对裂纹的形态和尺寸进行实测，辅助以谐振系统的有限元模态分析来反推裂纹尺寸的确切值，实现了裂纹尺寸的动态测量.应用七点递增二次多项式拟合方法对裂纹动态尺寸测量曲线（a N曲线）进行处理，得到了各循环次数对应的扩展速率曲线（da/dN N曲线）.然后应用15节点1/4奇异元对曲轴疲劳裂纹的应力强度因子进行有限元计算，得到了在各裂纹尺寸以及各循环次数下曲轴圆角裂纹的应力强度因子.最后给出了实例，并绘制了疲劳裂纹扩展速率曲线.     

泵轴断裂失效原因分析——以某前置泵为例

分析了材料为SATMA276TY410（相当于国产的1Cr13）的某前置泵泵轴在使用过程中发生断裂的原因,对泵轴进行了断口分析、金相分析及化学成分分析,结果表明：该前置泵泵轴断裂为疲劳断裂,断裂起源于自由端轴左面中间直段部位,导致其断裂的主要原因是金属镀层有裂纹和剥离,镀层裂纹是泵轴表面隐蔽裂纹源,由镀层裂纹伸长而形成疲劳断裂.     

一个普遍的疲劳裂纹扩展公式--确定ΔK_(th)的新方法

业己证明,疲劳裂纹扩展的断裂模型以及根据这一模型导出疲劳裂纹扩展公式:da/dN=B(△K-△K_(th))~2,可用于描述疲劳裂纹扩展机制为:微孔连接、显微解理和晶间分离等机制的金属中的疲劳裂纹扩展过程。本文用实验结果进一步证明,疲劳裂纹扩展的断裂模型以及据此导出疲劳裂纹扩展公式,也可用于描述疲劳裂纹以条带机制扩展的金属中的疲劳裂纹扩展,因而可以认为是普遍适用的。公式中的常数 B,在疲劳裂纹以条带机制扩展的合金中,可根据杨氏模量 E 计算:B=1/[2π(0. 1E)~2] 。实验结果还表明,根据上述公式对疲劳裂纹扩展的实验数据进行回归分析,可以求得精确的疲劳裂纹扩展门槛值△K_(th)。这是一种确定△K_(th)值的新方法,不需要专门的实验,可节约时间和经费。     

TC4钛合金的疲劳裂纹扩展Walker公式

为了研究不同应力比下TC4钛合金疲劳裂纹扩展特性,用Warker公式来描述不同应力比下的疲劳裂纹扩展速率.按照标准试验方法,试验加载应力比分别为0.06,0.5,0.7.利用递增多项式数据处理的计算程序,绘制了铸造TC4钛合金疲劳裂纹扩展速率曲线,并对疲劳断口进行扫描分析,计算Walker公式下的材料常数.结果表明,当应力比R≥0时,疲劳裂纹扩展速率随应力比的增大而增大,表现为疲劳条带间距增大.计算得材料常数m为4.082 16,n为-0.023 91,C为6.963 04×10-7.     

LZ50钢在变幅荷载作用下应力交互作用的研究

在现有的研究中,材料的恒幅疲劳试验结果往往被用来表征其疲劳性能以及用于可靠性分析。但是在缺少变幅疲劳试验数据的情况下很难对材料的疲劳寿命给出较为准确的预测。利用超声疲劳试验设备对LZ50钢进行了变幅疲劳性能的研究。并利用扫描电子显微镜(SEM)观察分析了疲劳断口的形貌特征。试验采用了荷载步线性累加的加载形式,选取最大荷载σhigh=390 MPa。实验结果表明:经过小荷载作用后的实验材料其疲劳性能有着显著的增强,表现出明显的Coaxing效应。通过分析,引入强化因子对Corten-Dolan累积损伤准则进行修正,经修正过后的Corten-Dolan累积损伤准则能较好的预测材料在本文所使用工况下的变幅寿命。     

Q235、Q345钢结构材料的低周疲劳性能

对Q235、Q345钢的低周疲劳性能进行了研究。采用轴向应变控制方法,在岛津电液伺服疲劳试验机上测定了2种钢低周疲劳过程中的循环应力响应特征、循环应力与应变的关系,通过拟合Basquin公式和Coffin-Manson公式得到了2种钢的疲劳寿命公式,据此计算了Nf=100周时的循环能量吸收率σa.Δεt值,并与别的钢筋进行了比较。通过断口扫描发现,Q235钢裂纹起源于试样表面,由于第二相质点和夹杂物的存在,形成微孔洞和微裂纹,互相连接形成疲劳断裂;Q345钢裂纹起源于表面,然后通过不断扩展形成微裂纹,再连接成宏观裂纹,最终导致材料断裂。