硫化氢环境中低周疲劳裂纹扩展速率的研究

针对高强钢在硫化氢环境中腐蚀疲劳数据极为缺乏的现状,研究高压气瓶材料4130X在硫化氢腐蚀介质中的疲劳裂纹扩展速率.结合气瓶实际运行的环境和应力状态,应用改进型WOL(wedge-opening-loading)试样,在自行改造的专用低周腐蚀疲劳试验机上,完成0.006 7 Hz超低频率下饱和H_2S溶液、中等浓度H2S溶液和空气三种环境下的腐蚀疲劳试验,并用Paris公式进行两段式拟合,得出da/dN-ΔK的数学表达式.将试样微观断口的变化与宏观应力强度因子K的变化进行对比研究,给出不同环境中三个阶段K值的定量结果.结果表明:相同条件下,H_2S环境中的疲劳裂纹扩展速率比空气环境中大20倍以上;但当H_2S浓度达到一定范围后,对da/dN影响并不按比例增长,浓度相差11倍时,da/dN相差2.4倍,H_2S腐蚀介质的存在加速了疲劳破坏.     

硫化氢水溶液中07MnCrMoVDR钢的疲劳裂纹扩展速率及其影响因素分析

采用均匀设计方法对07MnCrMoVDR钢进行腐蚀疲劳试验，以空气中的腐蚀疲劳裂纹扩展速率公式作为基准，引入环境加速因子Cenv，采用最小二乘法把H2S环境下的腐蚀疲劳裂纹扩展速率公式通过da/dN=Cenv 1.37E-7（△K）^0.27104表达出来，采用多元线性模型Cenv=b0 b1f b2R b3D ε，利用Matlab中的统计工具箱回归出其系数，并分别做复相关系数R检验和F检验验证模型的准确性，最后通过标准系数法得出各影响因素的重要度。     

疲劳裂纹扩展速率da／dN与材料性能常数间关系的研究

在疲劳裂纹扩展公式基础上，结合理论导出的裂纹的扩展门槛值ΔＫｔｈ的关系式得出一个描述疲劳裂纹扩展速度ｄａ／ｄＮ与材料能常数间的关系，该关系式可用于预测在材料的疲劳裂纹扩展速度。     

07MnNiCrMoVDR在硫化氢溶液中的腐蚀疲劳裂纹扩展速率数学模型

以空气中腐蚀疲劳裂纹扩展速率为基准，引入环境加速因子Cenv，且把Cenv与Cair合并为C，用于表达07MnNiCrMoVDR钢在硫化氢溶液中的腐蚀疲劳裂纹扩展速率。利用Matlab中的神经网络工具箱，以介质浓度、载荷频率、应力比作为输入节点，C作为输出节点，训练该网络预测不同条件下的裂纹扩展速率。根据训练完毕神经网络预测不同条件下的C，利用Original找出这三个影响因素在裂纹扩展速率系数C中的关系表达式，从而由Matlab中的统计工具箱回归出07MnNiCrMoVDR钢在硫化氢溶液中的腐蚀疲劳裂纹扩展速率数学模型。     

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。     

中低强度钢的da/dN的研究

主要讨论了三种中低强度钢的裂纹扩展速率da dN方程 ,一般常用Paris公式。虽然该公式的通用性较好 ,但也有一定的缺陷 ,因为其常数C、n会随应力比R等参数的变化而变化。本文提出一个修正方法。实验表明 ,在不同的应力比下 ,lgda dN—lgΔK关系图上得到的各直线的斜率相近 ,裂纹扩展速率随应力比的增加而增加 ;因此 ,在Paris公式的基础上 ,加上一个影响因子 (a -R) b,对于屈服强度σs 较低的材料 ,能较明显地提高裂纹扩展速率方程的相关系数。另外也分析了Paris公式的适用情况以及应力比R的影响     

腐蚀环境中的疲劳裂纹扩展

本文介绍了室温条件下2 1/4Cr-1Mo钢在1.1MPa氩气和最高压力达9.9MPa的氢气环境下的断裂疲劳特性及为防止氢致裂纹扩展而在氢气中加入的气体缓蚀剂对钢的疲劳裂纹扩展的影响。发现氧或一氧化碳对防止氢致裂纹扩展有很大作用。另外,还介绍了在人造海水介质中低碳钢焊接接头的腐蚀疲劳裂纹扩展特性。     

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。     

基于断裂力学的疲劳裂纹扩展速率公式研究

对疲劳裂纹扩展速率公式的研究已有50余年的历史,但是这些公式中均含有物理意义不明确、需由实验确定的常数,通过对三个常用公式和一个新近得到公式的分析比较,验证了新近得到公式的正确普适性、参数易求性及公式物理意义的明确性,进而可预测不同材料的疲劳裂纹扩展速率.     

LD10CS腐蚀疲劳裂纹扩展速率评价的可靠性模型

腐蚀损伤会加速疲劳载荷下的飞机铝合金结构裂纹的萌生和扩展,威胁结构安全性。针对腐蚀影响下的疲劳裂纹扩展的随机性本质,对预腐蚀LD10CS合金的预腐蚀疲劳试验进行了数据分析,提出了基于可靠性的腐蚀裂纹扩展速率表征方法,与试验结果对比表明,该方法可以给出LD10CS腐蚀疲劳裂纹扩展速率的上下限,进而给出该种材料铝合金构件的疲劳裂纹扩展寿命的上下限,为评估铝合金构件的寿命提供了依据。     

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。     

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。     

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。     

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。     

湿H2S环境下典型压力容器用钢应力腐蚀裂纹扩展速率的估算与试验验证

本文在分析湿H2 S环境中氢致裂纹扩展动力学控制过程机理基础上 ,采用Gerberich的模型推导了 16MnR、15MnNbR、0 7MnCrMoVR三种材料以扩散为主导过程的裂纹平台扩展速率da/dt估算表达式 ,用WOL试样的试验结果对估算值进行了验证 ,并对常温下不同浓度的湿H2 S的应力腐蚀裂纹扩展的动力学控制过程进行了讨论     

预测疲劳裂纹扩展的多种理论模型研究

大多数工程断裂是因疲劳而引起的,所以金属材料的低周疲劳和裂纹扩展速率性能一直受到安全设计部门的关注。长久以来,国内外学者在建立金属材料低周疲劳行为和裂纹扩展速率性能之间的关系方面进行了多材料和多角度的研究。基于平面应力裂纹尖端小范围屈服应力应变场和疲劳裂纹扩展失效准则,提出用于I型疲劳裂纹扩展速率的预测模型。针对国内外相关工作的研究,基于平面应力裂纹尖端小范围屈服应力应变场和疲劳裂纹尖端循环塑性区内的应变能失效准则,提出一个可用于I型疲劳裂纹扩展速率的预测模型。借助已发表的15种金属材料对应的低周疲劳和裂纹扩展速率性能数据,详细分析和比较所提出的预测模型与其他6种预测模型的预测规律和结果。研究表明,所提出的预测模型能够预测更广泛的金属材料疲劳裂纹扩展速率,并且较其他6中预测模型更符合安全设计的理念。     

不同加载速率下PD3钢轨疲劳裂纹扩展行为研究

为研究弯矩作用下PD3钢轨的疲劳特性,在NENE-2型微动实验机上,对不同加载速率下的PD3钢轨进行了疲劳裂纹扩展性能实验研究.结果表明:PD3钢轨在弯矩作用下,随着载荷加载速率的增加,疲劳裂纹长度呈先增加,再减少的趋势.这说明该材料动态条件下断裂韧性与加载速率有较强的相关性.此时,疲劳裂纹由位错的移动速度和促进位错运动的热能共同作用与控制,当二者达到平衡时,疲劳裂纹最容易萌生与扩展.