钛合金焊缝表面疲劳短裂纹的扩展行为

对TC2钛合金焊缝金属疲劳表面短裂纹扩展行为进行了实验研究,表明裂纹的扩展过程是多裂纹系统的演化过程.基于实验结果,考虑到短裂纹扩展过程中的合并、干涉作用等因素,用应力松弛区模糊化的方法,建立了仿真模型,对疲劳短裂纹演化的物理过程进行了数值模拟.将短裂纹演化行为模拟结果与短裂纹扩展复型的实验结果比较,可以看出两者吻合较好,表明所建立的准则合理、实用.     

裂解炉管焊接残余应力场中裂纹扩展行为的数值分析

针对裂解炉管对接焊接热影响区中常见的环向与斜裂纹在焊接残余应力的作用下的扩展行为进行数值预测.采用基于VNA算法的有限单元交互法(FEAM),结合有限元方法研究焊接残余拉应力对炉管裂纹扩展的影响,通过研究裂纹尖端区域的应力强度因子的变化来判断裂纹的准静态扩展倾向.结果表明,在多道焊焊接残余应力的影响下,在炉管焊缝热影响区内表面的环向裂纹有沿环向变长的倾向,而斜裂纹则同时有变长、变深的倾向.     

喷丸残余应力对裂纹闭合效应影响的数值仿真

基于裂纹闭合效应,利用ABAQUS软件建立用于预测残余应力场中疲劳裂纹扩展特性的弹塑性有限元模型。考虑塑性和残余应力场对裂纹闭合的作用,分析残余应力、应力比和裂尖单元尺寸对裂纹闭合效应的影响。研究结果表明:未喷丸试样的裂纹闭合类型为塑性诱导裂纹闭合,喷丸残余应力场中的裂纹闭合为塑性和残余压应力共同作用,且裂纹张开力的大小与残余应力的分布相对应;正应力比越大,裂纹闭合效应越不明显,疲劳裂纹扩展速率越快;裂尖单元尺寸小于塑性区范围时可以真实反映裂尖的闭合状态;喷丸残余压应力通过提高裂纹闭合力,增强裂纹闭合效应,抑制疲劳裂纹扩展。     

喷丸强化对车辆传动齿轮裂纹扩展影响的研究综述

疲劳断裂是重载车辆传动齿轮的主要失效形式之一,齿轮底部疲劳裂纹的扩展将缩短车辆传动系统的服役寿命,严重时会导致车辆发生安全事故。延缓裂纹扩展的主要方法是在传动齿轮的表面引入一定大小的残余压应力。喷丸技术是一种冷加工表面强化处理工艺,该技术利用高速弹丸冲击材料表面,使零件表层产生塑性应变的同时,在表面和内部引入残余压应力,从而使裂纹闭合的能力得到强化,达到延缓裂纹扩展的强化效果。为了更好地揭示喷丸引入的残余压应力对疲劳裂纹扩展的影响,首先综述了传动齿轮表面疲劳裂纹产生的原因以及疲劳裂纹的扩展行为对重载车辆服役的影响。从强度因子、J积分以及裂纹闭合效应出发,介绍了传动齿轮表面疲劳裂纹扩展的理论以及残余压应力与疲劳裂纹扩展速率之间的关系。其次概述了目前国内外常用的新型有益于将残余拉应力转化为残余压应力的微粒子喷丸、激光喷丸、超声喷丸方法,并与传统机械喷丸技术相比较,阐述了新型喷丸表面强化技术的优缺点。此外,从数值模拟和试验结果两方面,论述了喷丸速度、喷丸角度、弹丸直径、弹丸材质和覆盖率5个工艺参数对在传动齿轮表面引入残余压应力的改善影响。最后对喷丸强化技术在传动齿轮上的多目标参数优化以及多尺度残余压应力与疲劳性能进行了展望,并结合重载车辆的使用需求,强调需要创新设计一种效率高、价格低、适用性广的喷丸技术,以进一步推动喷丸强化在延缓疲劳裂纹扩展方面的持续发展。     

喷丸强化因素对Ti合金微动疲劳抗力的作用

探讨了喷丸强化（SP）三因素（残余压应力引入,表面粗糙度增大和表面加工硬化）在改善Ti合金微动疲劳（FF）性能中的作用规律和机制。结果表明,SP引入表层残余应力和导致粗糙度增大对提高Ti合金FF抗力起重要作用。前者的作用大于后者,且二者之间存在协同作用效应,即SP表面因粗糙度增大而减缓了表层残余应力的SP引入的表面残余应力主要通过增加裂纹闭合力,抑制FF裂纹早期扩展来提高FF抗力。在表面应力集中严重的接触几何条件下,裂纹扩展控制FF过程,此时SP层残余应力的作用更加显著。     

焊接残余应力对7N01铝合金疲劳裂纹扩展影响

焊接残余应力作为平均应力影响裂纹扩展. 将残余应力与外载平均应力分离,通过构建典型焊接残余应力场,借助扩展有限元计算焊接残余应力场的应力强度因子. 开展了紧凑拉伸（CT）试样的疲劳扩展试验,基于Walker公式将裂纹尖端平均应力强度因子K_m（静态量）和应力强度因子幅值ΔK（动态量）分离,获得疲劳裂纹扩展速率da/dN与K_m及ΔK的非线性关系. 结果表明,不同外载荷下,应力比与裂纹长度为非线性关系;残余应力对裂纹扩展存在尺度效应:CT试样裂纹长度小于2 mm时,残余应力场明显影响疲劳裂纹扩展速率;当裂纹长度大于2 mm,外载荷为主导因素.     

淬火残余应力对铝合金厚板裂纹应力强度因子及扩展趋势的影响

为探究淬火残余应力对铝合金厚板疲劳裂纹扩展的影响规律,建立7075铝合金厚板表面三维裂纹数值仿真模型。采用顺序热力耦合法求解淬火残余应力场,将残余应力场作为初始载荷条件求解裂纹应力强度因子,并与无残余应力场的应力强度因子值进行对比,研究两种条件下应力强度因子的分布规律和两者之间的异同;通过分析在初始淬火残余应力条件下不同半径裂纹受不同均匀拉应力荷载作用时的裂纹应力强度因子随裂纹位置角的演变曲线,探究淬火残余应力对裂纹扩展趋势的影响规律。结果表明,淬火残余应力的存在改变了铝合金厚板应力强度因子的分布规律和裂纹的扩展趋势,淬火残余应力使表层附近的裂纹扩展受到遏止,裂纹易于在厚度方向优先扩展。     

基于小冲杆试验的固体氧化物燃料电池钎焊密封接头蠕变损伤演化规律

如何获得钎焊接头三明治微结构的蠕变力学性能一直以来是一个难题. 文中基于Wen-Tu蠕变延性耗竭模型开发了钎焊接头蠕变损伤子程序,利用ABAQUS有限元软件建立了与SOFC密封接头相类似的钎焊接头小冲杆模型;采用试验与有限元相结合的方法研究了以304不锈钢为母材的SOFC钎焊接头蠕变损伤特性,得到了不同载荷下钎焊接头试样中心蠕变挠度变化率和蠕变应变变化率之间关系,阐明了钎焊接头在小冲杆蠕变试验条件下的蠕变损伤及裂纹扩展规律. 结果表明,适当的增加钎料的厚度有利于提高钎焊接头的抗蠕变变形能力,延长高温蠕变断裂寿命,且钎焊接头在多轴应力作用下主要断裂方式为脆性断裂. 初始裂纹最早在母材下表面萌生,距试样中心0.85 mm处,随后向上扩展至钎料层下表面,然后在钎料层上表面出现裂纹逐渐向母材上表面与钎料层下表面扩展,直至断裂.     

两种组织的Ren80高温合金的蠕变裂纹扩展行为

研究了定向凝固和普通铸造的Ren80合金在1123K静载荷下的蠕变裂纹扩展行为结果表明,Ren80合金蠕变裂纹扩展速率,可用应力强度因子较好地关联定向凝固合金蠕变裂纹与扩展速率较低,其应力强度因子指数约为普通铸造合金的1/2     

考虑塑性的钢轨表面疲劳微裂纹分析

目的 研究塑性条件下受重复轮轨荷载的钢轨表面的初始疲劳裂纹行为。方法 建立含表面微裂纹的钢轨二维有限元模型,通过耦合裂纹面对应节点达到无裂纹的效果。经过几次循环加载后取消节点耦合设置,达到出现裂纹的效果。分析随着轮轨循环加载钢轨的响应,计算残余应力强度因子,并利用渐进状态（随着循环次数的增加,裂纹尖端区新产生的塑性越来越小,裂尖小范围内塑性不再增加）下的应力强度因子计算初始疲劳裂纹扩展速率。结果 有限元模拟中,轮轨荷载循环加载在钢轨上表面,使其产生拉伸残余应力,且随着深度增加,拉伸残余应力越来越小。裂纹萌生后,不同角度的裂纹残余（KI）都随循环次数的增加而减小,但残余（KII）都随循环次数的增加而增大。受残余应力的影响,渐进状态下的钢轨表面初始微裂纹应力强度因子随裂纹角度（θ）的增加而增加。结论 钢轨表面的残余应力加快了初始微裂纹的扩展速率,降低了钢轨的使用寿命。     

Influence of interaction between multiple cracks on stress corrosion crack propagation

The interaction between multiple cracks has a major influence on crack growth behaviours. This influence is particularly significant in stress corrosion cracking (SCC) because of the relatively large number of cracks initiated due to environmental effects. In the SCC experiments using alloy 600 in high-temperature environments, many cracks were observed on the surface of fractured specimens. In this study, the interaction between multiple cracks was evaluated using a crack growth simulation. Some improvements were made to the simulation to reduce the calculation loads, which made it possible to conduct the simulation for many cases. Through the simulation, the relationships between the interaction and relative position, relative length, etc. of cracks were examined. The influence of the interaction between multiple cracks on the experimental results is then discussed.     

INFLUENCE OF RESIDUAL STRESS AND SURFACE MORPHOLOGY ON FATIGUE PROPERTIES OF STEEL 60Mn

Influence of residual stress and surface morphology induced by shot-peening on fatigue behav-ior of a medium temperature tempered spring steel 60 Mn has been studied.The compressiveresidual stress induced in the near-surface region may improve fatigue limit from 930 to 1010MPa,and the very high tensile residual stress in the interior may reduce it from 1010 to 940MPa,whereas the severe surface damage may cause a drop-off of it from 1010 down to 800MPa.Fatigue cracks initiated in such position where the equivalent Mises stress,includingresidual stress,exceeded the local strength of the material.The compressive residual stress,induced by shot-peening,may intensify the effect of crack closure,so as to decrease the crackgrowth rate.     

残余应力和表面形态对60Mn疲劳性能的影响

喷丸产生的表层残余压应力使中温回火弹簧钢60Mn的疲劳极限从930提高到1010MPa,而心部的高残余拉应力又会使疲劳极限从1010降至940MPa,严重的喷丸表面损伤可以使疲劳极限从1010降至800MPa。裂纹在计入残余应力的Mises等效应力超过材料局部强度的部位萌生。喷丸产生的残余压应力可以增强裂纹闭合效应,从而降低裂纹扩展率。     

水射流喷丸对渗碳钢表层组织与裂纹扩展性能的影响

对低碳钢渗碳淬火试样进行表面水喷丸处理,研究水喷丸对渗层表面组织结构及其疲劳裂纹扩展速率的影响。结果表明:添加细玻璃丸的水喷丸处理能显著细化表层亚结构,提高小角度晶界密度,并为渗层带来有效的残余压应力。在300 MPa水压及600 mm/min扫描速率工艺下,可实现100 μm左右深度,最高达1244 MPa的残余压应力,其表面粗糙度R_a=0.195 μm。疲劳裂纹速率试验结果显示,经过水喷丸处理后裂纹扩展速率da/dN有增加的趋势,这主要是因为表面压应力形成,增加了心部拉应力,且表层的变形强化降低了裂纹尖端塑性区。     

激光熔覆Fe基非晶合金涂层裂纹分析

使用激光熔覆技术在304不锈钢基材表面熔覆铁基非晶合金涂层时产生了裂纹,通过对裂纹周围元素、硬度和裂纹易萌生处析出物的定性分析,研究了涂层裂纹成形机理。结果表明,涂层主要有α-Fe、α-Cr、碳化物(M₇C₃、M₅C₂)、硅化物(CrSi₂、FeSi)等物相。裂纹主要由热影响区较大的热应力以及C、Si元素偏析而成的高熔点及高硬度的碳硅化物造成,裂纹带附近组织较为疏松且存在较多的缝隙和孔隙,同时硬质相结合不牢固,使得裂纹带附近硬度相较于同一水平其他无缺陷处的要低。     

A new fracture mechanics model for multiple matrix cracks of SiC fiber reinforced brittle-matrix composites

A new model is proposed for multiple matrix cracking in order to take into account the role of matrix-rich regions in the cross section in initiating crack growth. The model is used to predict the matrix cracking stress and the total number of matrix cracks. The model converts the matrix-rich regions into equivalent penny shape crack sizes and predicts the matrix cracking stress with a fracture mechanics crack-bridging model. The estimated distribution of matrix cracking stresses is used as statistical input to predict the number of matrix cracks. The results show good agreement with the experimental results by replica observations. Therefore, it is found that the matrix cracking behavior mainly depends on the distribution of matrix-rich regions in the composite.     

考虑多裂纹的焊趾裂纹扩展行为的数值仿真分析

针对焊趾处存在多裂纹的情况,对多裂纹扩展过程进行了数值仿真.考虑短裂纹扩展阶段,采用M积分计算整个裂纹前沿的应力强度因子,模拟并分析了不同初始表面裂纹间距条件下,该因素对裂纹前沿融合前后的扩展行为的具体影响.结果表明,裂纹间距的不同将直接导致其对整个裂纹前沿前后的应力强度因子的影响的差异;受初始裂纹间距的影响,裂纹前沿断口形貌呈现不同形状;可将相对裂纹间距L/a=1分界拐点作为后续工程研究的有效参考.后续进行了十字焊接接头疲劳验证试验,对仿真结果取得了较好的验证.     

Crack initiation model for sensitized 304 stainless steel in high temperature water

To investigate the initiation behavior of stress corrosion cracking (SCC) for sensitized Type 304 stainless steel in high temperature water, a constant load SCC test method combined with in situ crack observation technique was employed. The in situ crack observation system allowed us to detect small cracks of at least 100 μm. As a result, a fracture time decreased with an increase in an applied stress. The first cracks were observed at most 3 h before the specimen was fractured under all the stress conditions. After that, many cracks were initiated in a short time to fracture. The fracture was caused by coalescence of multiple cracks rather than by growth of some primary cracks. The simulation model for surface crack initiation was newly developed using a Monte Carlo method, which was based on damage mechanics and stress analysis around the existing cracks. The simulation could represent the empirical results of changes in the crack distribution and the cumulative number of cracks during the SCC tests. It was concluded, therefore, that the crack initiation process should be considered in simulating the life prediction of the material in this SCC system.     

EFFECTS OF MICROSTRVCTURE ON FATIGUE CRACK GROWTH BEHMIOR IN Ni-BASE SUPERALLOY GH586

1.IntroductionInmetalsandalloys,thenearthresholdfatiguecrackgrowthisfrequentlytermed'microstructurallysensitive'.Thisisduebothtotheappearanceofthefracturesllrface,whichisoftenfaceted,andtotilelargevariationsincrackgrowthratewhichcanbeobtainedbyalteringparameterssllchasgrainsize,yieldstrength,ortherelativeproportionsanddistributionsofphasesinthemicrostructure[1].Thisimpliesthatsignificantimprotremelltintotalfatiguelifecouldbeachievedbychangingthemicrostructureofalloys.Therefore,itwouldbeveryadv…