在斜向载荷作用下耳片疲劳寿命分析的等效载荷法

通过对耳片在不同加载角度下进行受力分析,针对耳片受斜向拉-压疲劳载荷的寿命分析问题,对压缩载荷进行等效处理,得到有效载荷系数λ,将疲劳载荷谱等效为P_(max)~λP_(min),然后通过细节疲劳额定值(DFR)方法得到耳片结构的疲劳寿命,最后通过加载角为45°的耳片疲劳试验对该方法进行了验证,证明该方法具有工程实用性。     

不同结构参数对7075铝合金耳片疲劳裂纹扩展寿命的影响

为探索不同结构参数对飞机耳片疲劳裂纹扩展寿命的影响,采用数值模拟与试验相结合的方法,分别对不同结构参数7075铝合金耳片试样进行疲劳试验,基于Abaqus软件建立了不同结构耳片的三维应力强度因子计算模型,并将有限元解和实验结果、解析值比较验证了该模型的准确性.最后,通过Paris公式和断裂力学方法计算比较了各结构参数耳片的裂纹扩展寿命.研究结果表明,在相同应力下,随着锥度角的增大,耳片疲劳裂纹扩展寿命迅速增加,而底部倒角对其几乎不产生影响.     

非对称楔形压头印压玻璃裂纹产生与扩展规律的研究

研究了非对称楔形压头印压玻璃时裂纹的产生及扩展规律。根据非对称楔印压玻璃时典型的裂纹照片 ,可明显看出存在加载裂纹、横向裂纹和表面下裂纹 ,并且都偏离印压表面法线方向。试验表明 :加载裂纹的偏角αc 与楔角对称线偏角αa 总是符号相同 ;对于形状相似的压头 ,楔角对称线偏角越大 ,裂纹偏角也越大 ;对双斜压头而言 ,如果楔角不等 ,但楔角对称线偏角相等 ,裂纹偏角仍大致相等。     

用小裂纹尺寸与塑性应变范围同弹性应变范围的比值计算材料的疲劳损伤

提出用塑性应变范围与弹性应变范围的比值作为载荷参量，以小裂纹尺寸作为损伤变量，用常用的材料参数作为小裂纹扩展方程式中的材料常数，建立描述弹塑性材料行为的小裂纹扩展速率方程式与各个历程的寿命估算式，从而计算结构材料在对称和非对称循环加载下的疲劳损伤，其计算结果与Landgraf公式一致。     

非对称斜耳片钉孔单边穿透裂纹应力强度因子计算研究

运用ANSYS软件建立非对称斜耳片受纵向拉载的平面有限元计算模型,在耳孔面上施加符合真实受载情况的余弦分布载荷;通过分析耳片量纲一裂纹长度a/R1、外内径比R2/R1、耳孔内径R1、裂纹斜切角β1和β2等参数对应力强度因子值的影响规律,拟合得到非对称斜耳片受纵向拉载的耳孔单边穿透裂纹尖端应力强度因子表达式;开展含不同孔边裂纹长度的非对称斜耳片剩余强度试验,将采用此方法计算得到的各试验件断裂时的临界应力强度因子值与试验数据进行对比,结果表明,拟合得到的应力强度因子表达式具有较高的计算精度;此计算方法同样适用于其他形式耳片结构,从而为工程上对飞机典型耳片结构的损伤容限设计与评估工作提供参考。     

斜耳片连接件应力强度因子表达式的计算研究

运用Ansys有限元软件,建立对称斜耳片受纵向拉载的有限元模型。在边界条件的设定时实现在耳孔面上施加符合实际情况的余弦分布载荷;通过分析耳片无量纲裂纹长度a/R1、外内径比R2/R1及耳孔内径值R1对应力强度因子值的影响,拟合得到对称斜耳片受纵向拉伸载荷的耳孔单边裂纹尖端应力强度因子表达式,并通过相应的剩余强度试验进行验证。其方法可用于其他形式耳片或类似结构的应力强度因子表达式的求解。     

裂纹圆棒法测PE100管材热熔对接接头的抗慢速裂纹扩展性能

采用裂纹圆棒(CRB)试验法对PE100管材热熔对接接头进行了不同载荷比的疲劳裂纹扩展(FCG)试验,研究了此对接接头的疲劳裂纹扩展机制,并通过外推法得到静载荷下的抗慢速裂纹扩展(SCG)性能。结果表明:当载荷比R相同时,随着最大初始应力强度因子K_(max)的增大,PE100管材热熔对接接头的疲劳裂纹扩展速率增大,疲劳寿命缩短;当K_(max)相同时,随着R的增大,疲劳裂纹扩展速率减小,疲劳寿命增大;裂纹逐步扩展区银纹纤维拉伸长度的减小与裂纹稳定扩展区次生裂纹与主裂纹叠加均加快了热熔接头的裂纹扩展速率;利用外推法得到静载下使用寿命为50a时所允许的最大初始应力强度因子为0.555 MPa·m~(1/2)。     

高产气井油管用13Cr-L80钢的腐蚀疲劳裂纹扩展行为

用复合磷酸盐完井液对取自13Cr-L80钢油管的紧凑拉伸试样进行预腐蚀处理,再进行疲劳裂纹扩展试验,通过分析疲劳裂纹扩展区形貌,研究了应力比(0.05～0.25)、加载载荷(10～14 kN)和载荷频率(0.6～1.8 Hz)对腐蚀疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明：随应力比增大,疲劳裂纹扩展区二次裂纹数量增多,13Cr-L80钢的裂纹扩展速率增大;随加载载荷增大,疲劳裂纹扩展区二次裂纹数量减少,裂纹扩展速率减小;载荷频率越高,疲劳裂纹扩展区二次裂纹数量越少,但裂纹尖端应变速率增大,裂尖变形更充分,导致裂纹扩展加快,试验中止时的循环次数减少。     

硬齿面齿轮齿根裂纹扩展特性与剩余寿命研究

为了研究齿根裂纹对硬齿面齿轮疲劳寿命的影响,以某渐开线硬齿面齿轮为研究对象,基于断裂力学方法和疲劳裂纹扩展理论,分析研究了齿轮齿根疲劳裂纹扩展机制;建立了考虑载荷大小、初始裂纹大小以及初始裂纹位置等因素影响的硬齿面齿轮齿根裂纹扩展剩余寿命分析模型,研究了齿根裂纹不同扩展阶段的应力强度因子演变规律与裂纹扩展机制;根据某渐开线硬齿面齿轮副弯曲疲劳试验数据,对所建计算模型进行了分析与验证,证明了模型的准确性。结果表明,与Ⅱ型裂纹、Ⅲ型裂纹相比,Ⅰ型裂纹应力强度因子最大,从齿面到裂纹深度方向,其值逐渐减小;随载荷、裂纹长度、裂纹宽度以及初始裂纹距齿宽中心位置的距离等因素的增大,裂纹扩展剩余寿命都随之减小。     

30CrNiMo8合金钢的弯曲微动疲劳特性

在不同弯曲载荷水平下,对30CrNiMo8合金钢进行了系统的弯曲微动疲劳试验,建立了其微动疲劳S-N曲线,讨论了其弯曲微动疲劳特性及相关规律。结果表明:30CrNiMo8钢弯曲微动疲劳的S-N曲线明显不同于常规疲劳的,呈现"C"曲线特征;随着弯曲载荷的增加,微动依次运行于部分滑移区、混合区和滑移区;在混合区,裂纹最易萌生且微动疲劳寿命最短;微动损伤区的磨损机制主要为磨粒磨损、氧化磨损和剥层;弯曲微动疲劳裂纹的扩展表现为三个不同的阶段,第一阶段裂纹斜向扩展,以接触应力控制为主,第二阶段裂纹转向,受接触应力和弯曲应力共同控制,第三阶段裂纹扩展方向变为垂直方向,以弯曲应力控制为主。     

7050铝合金耳片结构尺寸对其疲劳性能的影响

分别在3种应力水平下对不同尺寸7050铝合金耳片试样进行疲劳试验,采用最小二乘法拟合得到了疲劳应力-寿命(S-N)曲线,研究了耳孔直径和耳片宽度比d/W(d为定值,24mm;d/W=0.67.0.50,0.40)、耳孔纵向边距和横向边距比y/x(y/x=1.0,1.6)对耳片疲劳性能和断口形貌的影响。结果表明:在相同应力下,7050铝合金耳片的疲劳寿命随着d/W的减小(即W的增大)先延长后缩短;在较大的y/x值下,耳片的疲劳寿命较长;不同尺寸耳片的疲劳断口均呈典型的疲劳断裂特征,裂纹起源于表面和角部。     

齿面几何结构对面齿轮弯曲疲劳寿命的影响

基于坐标变换和啮合原理推导出面齿轮齿面方程,建立不同齿面参数(压力角、模数)的面齿轮传动有限元模型,分析了齿面参数对齿根弯曲应力、接触面积的影响以及弯曲应力沿齿高方向、齿宽方向的分布规律。面向磨齿及铣齿齿面粗糙度,根据修正的局部应力应变法计算了不同齿面粗糙度下的疲劳裂纹生成寿命,利用损伤容限设计法对疲劳裂纹扩展寿命进行了预测。研究结果表明,压力角对齿面弯曲疲劳寿命影响明显,尤其是对裂纹扩展寿命影响较大,增大压力角有助于提高齿面弯曲疲劳综合寿命;此外,磨削齿面较铣削齿面有利于提高齿面弯曲疲劳寿命。研究内容可为面齿轮抗疲劳设计提供依据。     

考虑分级加载的连续非线性Chaboche-Paris全寿命模型

结构疲劳全寿命可分为裂纹萌生和裂纹扩展两个阶段,裂纹萌生寿命和裂纹扩展寿命的预测通常分开进行,很少有理论能将两者合二为一。结合CHABOCHE提出的非线性损伤理论,对Paris公式进行修正,将其扩展至全寿命阶段;建立损伤累积与裂纹长度关系模型,分析分级加载对损伤累积的影响。计算结果表明,提出的Chaboche-Paris全寿命模型对无初始裂纹结构的寿命预测结果与其S-N疲劳试验数据结果一致,对具有宏观可见裂纹结构的寿命预测结果与Paris公式计算结果一致,验证提出的全寿命模型在全寿命预测和裂纹扩展寿命预测两个阶段的可用性和正确性;分级加载时,Chaboche-Paris模型可以体现出加载顺序对疲劳损伤累积的影响,当外载为低-高加载时,循环比之和大于1,当外载为高-低加载时,循环比之和小于1,与试验结果吻合。     

铝合金焊点疲劳性能及其影响因素分析

研究了铝合金AA5754和AA6111-T4焊点的疲劳性能,获得了不同厚度及试件类型的焊点疲劳数据;研究了试件类型不同时焊点的疲劳失效模式,讨论了焊点疲劳裂纹的扩展形式;分析了铝合金焊点疲劳寿命的影响因素。结果表明:焊点疲劳失效模式主要有两种,分别是母材“眉状”裂纹断裂和焊点熔核界面断裂;母材对焊点疲劳寿命影响不大;循环载荷比对焊点寿命有一定的影响,增大载荷比导致焊点疲劳寿命略有下降;试件类型对焊点寿命有很大的影响,应在设计中避免焊点承受剥离载荷。     

基于损伤容限设计思想的连接耳片多目标优化设计

飞机结构中连接耳片数量众多,在满足耳片使用寿命前提下,降低其重量对飞机减重具有重要意义.文中以连接直耳片的最小重量和最大裂纹扩展寿命同时作为优化目标,利用遗传算法分别对有、无干涉衬套直耳片进行多目标优化设计,以使耳片在满足裂纹扩展寿命要求的前提下重量最轻.给出不同目标权重下的最优结果曲线,为工程中基于损伤容限设计思想的连接耳片设计提供参考.     

钢轨踏面斜裂纹扩展寿命的预测

利用断裂力学理论建立了钢轨踏面斜裂纹扩展寿命预测模型;以CRH2型动车组为研究对象,计算了轮轨接触时钢轨内部的应力分布,然后利用预测模型估算了钢轨踏面斜裂纹的扩展寿命,并分析了摩擦因数、裂纹倾斜角、钢轨磨损率等因素对钢轨踏面斜裂纹扩展寿命的影响。结果表明:倾斜角在30°～40°时,斜裂纹扩展寿命随摩擦因数的增大而降低;裂纹倾斜角增加到50°～60°时,斜裂纹扩展寿命先增加后减小;随裂纹倾斜角的增大,斜裂纹扩展寿命先增后减;斜裂纹扩展寿命随磨损率增大先缓慢增加,当磨损率达到一定值后急剧增加;实际使用数据间接证明了模型预测的准确性。     

汽轮机用3.5NiCrMoV钢和20Cr13钢的非对称应变疲劳行为与寿命预测

对汽轮机用3.5NiCrMoV贝氏体钢和20Cr13马氏体钢进行对称和非对称应变控制疲劳试验,对比研究其疲劳行为;采用基于对称应变疲劳参数的Morrow模型、SWT模型和Ellyin模型对非对称疲劳寿命进行预测,讨论模型的适用性.结果表明:3.5 NiCrMoV钢的非对称疲劳寿命不高于对称疲劳寿命,20Cr13钢的非对称疲劳寿命高于对称疲劳寿命;3.5NiCrMoV钢的对称和非对称循环应力相差较大,而20Cr13钢的对称和非对称循环应力相近;平均应力下降是非对称应变控制疲劳的共同现象,塑性应变变化是影响非对称疲劳寿命的主要因素;Morrow模型预测精度取决于应变比对疲劳寿命的影响,S WT模型不适用于非对称与对称疲劳循环应力-应变曲线相差较大的3.5NiCrMoV钢疲劳寿命预测,Ellyin模型对非对称与对称循环硬化趋势相近的20Cr13钢的非对称疲劳寿命具有较好的预测效果.     

铝合金点焊拉剪接头疲劳性能及寿命分析

研究了铝合金AA5754点焊拉剪接头的疲劳性能,获得了不同厚度试件的载荷寿命曲线。研究了铝合金焊点的疲劳失效模式,讨论了焊点疲劳裂纹的扩展形式,并测量了裂纹扩展路径与点焊熔核界面之间的角度。分析了点焊拉剪试件在同时承受I型和II型载荷时,疲劳裂纹的扩展方向,并与测量值进行了比较。利用疲劳破坏后沿铝板厚度方向的实际裂纹长度修正了裂纹尖端的局部应力强度因子,提出了评价焊点寿命的疲劳参量K(i),并对试验数据进行了分析比较。结果证明K(i)可以有效关联试件尺寸效应和焊点疲劳寿命,能够用于预测焊点疲劳寿命。     

钛合金结构疲劳全寿命计算方法研究

依照钛合金裂纹萌生和小裂纹扩展寿命较长的特点,结合目前的检测水平,将钛合金疲劳全寿命分为3个阶段,裂纹由0 mm～0.3 mm为裂纹萌生寿命,0.3 mm～2 mm为小裂纹扩展寿命,2 mm～aC为长裂纹扩展寿命。各阶段因为破坏机理的不同而采用不同的寿命预测方法,从而提高疲劳全寿命预测的准确性。超低间隙钛合金TC4ELI和TA15ELI等幅和谱载荷下疲劳全寿命试验和预测结果表明,裂纹萌生寿命在全寿命中所占比例最大,预测误差最大;长裂纹扩展寿命所占比例最小,预测精度最高;小裂纹扩展寿命所占比例稍大于长裂纹,预测误差大于长裂纹。等幅载荷和谱载荷下全寿命预测误差均符合工程结构疲劳寿命预测的精度要求。     

疲劳载荷作用下裂纹扩展速率的研究

主要研究含裂纹构件在具有不同应力比与不同加载频率的疲劳载荷作用下裂纹扩展速率公式新的表现形式。运用新裂纹扩展速率公式,定量地计算出具有不同应力比与不同加载频率的疲劳载荷作用下线弹性裂纹的扩展速率。综合考虑了疲劳作用应力,裂纹尖端应力强度因子的变化幅值,总结出新裂纹扩展速率公式的适用范围,检验了新裂纹扩展速率公式的准确性和实用性。