钢桥面板—纵肋双面焊缝疲劳裂纹应力强度因子

双面焊有望改善顶板—纵肋焊接构造细节的疲劳抗力,而初始焊接缺陷是影响该类构造细节疲劳性能的关键因素。基于断裂力学理论,采用FRANC3D-ABAQUS交互技术建立了含初始裂纹的钢桥面板多尺度有限元模型,研究顶板—纵肋连接焊缝疲劳裂纹应力强度因子。分析了焊缝熔透率、顶板厚度、初始裂纹形状比等对双面焊缝疲劳裂纹应力强度因子的影响规律。结果表明：钢桥面板—纵肋连接焊缝细节处疲劳裂纹为Ⅰ型主导的Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ复合型疲劳裂纹;双面焊缝顶板焊根处疲劳裂纹应力强度因子最大值比单面焊缝小64.3%,改善了顶板—纵肋焊缝的疲劳性能;焊缝熔透率对顶板—纵肋双面焊接细节疲劳裂纹应力强度因子影响较小;加厚顶板显著降低了顶板—纵肋双面焊接细节疲劳裂纹应力强度因子;随着初始裂纹形状比增大,裂纹应力强度因子减小。     

残余应力场中疲劳裂纹闭合的数值分析

本章基于塑性诱导裂纹闭合原理,通过弹塑性有限元方法对残余应力场中疲劳裂纹扩展过程进行模拟,阐释残余应力场中的裂纹扩展行为。论文阐述了模拟疲劳裂纹扩展的方法、残余应力生成方法和残余应力场中裂纹张开、闭合应力的计算方法。模拟了焊接产生的拉伸控制残余应力场和冷胀孔产生的压缩控制残余应力场中的疲劳裂纹扩展,分析了残余应力对裂纹闭合效应的影响。分析结果表明,与不含残余应力场的情况相比,拉伸残余应力具有抵消裂纹闭合效应、促进裂纹扩展的作用,并得出权函数法不适用于这种条件下的疲劳裂纹扩展分析的结论;而压缩残余应力具有增强裂纹闭合效应、抑制裂纹扩展的作用。通过数值分析研究残余应力场中的疲劳裂纹闭合效应,能够考虑裂纹扩展中外载与残余应力相互作用引起的残余应力变化,有助于理解残余应力对裂纹扩展的作用机理和进行裂纹扩展预测。     

GH80A镍合金电子束焊接接头旋转弯曲高周疲劳行为研究

随着镍合金电子束焊接在工业中的大量应用,尤其是在航空发动机和燃气轮机等关键长寿命服役设备中的使用,有必要对镍合金电子束焊接接头的高周疲劳属性和断裂机理进行系统的分析研究。本文利用旋转弯曲高周疲劳试验机进行疲劳试验,获得了母材和焊接接头的应力-寿命(S-N)曲线和疲劳断口,同时利用扫描电镜（Scanning Electron Microscope,SEM）对疲劳断口进行了微观特征分析,确定了母材和焊接接头在不同应力幅下的疲劳裂纹萌生区和扩展区,分析了裂纹萌生区位置与应力幅的相互关系。最后,利用有限元分析了焊接接头热影响区微裂纹位置与大小对材料疲劳性能的影响。从现有的试验和模拟结果可以得到：1)母材和电子束焊接接头应力-寿命(S-N)曲线分布趋势一致,但焊接接头疲劳强度要低于母材,在靠近107周次时,两者疲劳强度差距最小;2)在高应力幅（低周疲劳寿命阶段）母材和焊接接头的疲劳裂纹均起源于试件表面并且都是多点萌生断裂,焊接接头疲劳断口位置位于焊接熔合区或热影响区;3)在低应力幅（高周疲劳寿命阶段）疲劳裂纹在试件次表面萌生,焊接接头疲劳断口位于热影响区或焊接母材靠近热影响区处;4) 通过有限元模拟发现微裂纹的存在有利于裂纹的扩展。在拉应力作用下,横向微裂纹更优于纵向裂纹沿着应力方向进行裂纹扩展;随着微裂纹尺寸增大,微裂纹间更易于相互贯通,形成更长的裂纹,从而降低了材料的疲劳性能。综上可知,电子束焊接仅仅影响材料的疲劳强度。疲劳断裂机理和母材一致都为穿晶解理断裂,疲劳裂纹萌生区域位置也和母材一样都受应力幅的直接影响。     

油气输送管道疲劳裂纹起裂特性与影响因素

为了研究油气输送管道中疲劳裂纹的扩展特性,在疲劳载荷的作用下在试件中导入了倾斜疲劳裂纹,以此模拟油气管道中存在的实际裂纹.实验采用疲劳载荷的应力比为0和-1,疲劳裂纹的倾斜角度为45°.通过测量沿着裂纹开口方向和滑移方向的不连续位移量,计算管道中用作裂纹起裂判据的Ⅰ型应力强度因子(KⅠ)mes,和Ⅱ型应力强度因子(KⅡ)mes,以及抑制裂纹开口和滑移方向位移的应力强度因子(KⅠ)s和(KⅡ)s;讨论了疲劳裂纹的应力强度因子(KⅠ)s和(KⅡ)s的影响因素.其结果是:对于应力比0和-1的疲劳裂纹,(KⅠ)s和(KⅡ)s都小于零;而回火后的裂纹的(KⅠ)s和(KⅡ)s都接近于零,即压缩残余应力将对裂纹起裂(初始扩展)起到限制和阻碍的作用.     

Q345圆钢杆的疲劳破坏模型

为研究结构钢圆杆的疲劳破坏模型,以结构钢的椭球面断裂模型为开裂判据,由结构钢圆杆疲劳裂纹的裂尖真实应力场,计算出结构钢圆杆疲劳裂纹的失稳扩展面积、稳定扩展面积和稳定扩展长度.基于结构钢疲劳裂纹随加载次数加速扩展的试验事实,假定结构钢圆杆的疲劳裂纹稳定扩展速率是循环加载次数的单调递增幂函数,即双对数坐标系下结构钢圆杆的疲劳裂纹稳定扩展速率和循环加载次数为单调递增线性函数,积分后得到结构钢圆杆的疲劳裂纹稳定扩展长度和疲劳寿命间的函数表达式,导出结构钢圆杆的疲劳破坏模型.建议的结构钢圆杆的疲劳破坏模型表明,结构钢圆杆的疲劳寿命是名义最大应力、相对应力幅、初始裂纹位置和初始裂纹长度的复杂函数,不能简单化为仅是应力幅的函数.对Q345B圆钢杆进行了常幅循环应力疲劳试验,结果表明,Q345B圆钢杆的疲劳寿命随相对应力幅和名义最大应力的增加而降低.根据Q345B圆钢杆的疲劳试验结果,标定了其疲劳破坏模型参数,验证了建议的疲劳破坏模型精度.     

不同应力比下SiCp/Al复合材料疲劳裂纹扩展行为

为了研究应力比对SiC颗粒增强铝基复合材料疲劳性能的影响,采用真空液态搅拌法制备了SiCp/Al复合材料,并对CT试样循环加载测定其裂纹扩展曲线.研究了三种不同应力比下的裂纹扩展行为,结果表明:随着应力比R增大,疲劳裂纹扩展速率da/dN降低.疲劳裂纹的断口形貌塑性断裂越明显,裂纹尖端塑性区增大,裂纹尖端钝化越显著,二次裂纹数量增加.     

疲劳寿命折算裂纹长度的计算原理和方法--强度稳定综合理论算法

疲劳寿命S—N曲线上的循环应力幅值S和板中的Ⅰ型裂纹半长ac以及裂纹扩展时的临界应力σcr都是材料应力应变曲线上的某个实际应力σ,以应力σ=σcr=S为参变量,就能建立起疲劳寿命N与Ⅰ型裂纹半长ac之间的函数关系,用此关系确定的ac就是疲劳寿命N的折算裂纹长度．文中说明了疲劳寿命折算裂纹长度的计算原理和方法,这是用材料自身本构关系构建的疲劳断裂和裂纹扩展这2种不同的断裂现象之间的关联性,这种关联性使疲劳寿命曲线有了新的表达方式(n0-φt曲线),从而使实验数据能在不同的实验(疲劳寿命实验和裂纹扩展实验)及不同的材料之间参考使用．     

疲劳载荷循环比与频率对裂纹扩展速率的影响

主要研究了具有不同循环比与不同加载频率的疲劳载荷作用下线弹性裂纹扩展问题.通过分析论证,定量地计算出具有不同循环比与不同加载频率的疲劳载荷作用下直线裂纹和弯曲裂纹的扩展速率.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,总结出直线裂纹和弯曲裂纹扩展速率关于疲劳载荷循环比和加载频率的变化函数.     

疲劳裂纹在焊接接头中的扩展及裂纹闭合的研究

焊接接头疲劳裂纹的扩展过程中存在着闭合现象．本文提出了考虑到宏观力学不均匀性时焊接接头的实验及数值分析模型,通过实验及弹塑性有限元法研究了焊接接头疲劳裂纹扩展及闭合现象,分析了裂纹尖端应力分布的变化．结果表明,焊接接头疲劳裂纹的扩展受裂纹闭合的影响,加载过程中裂纹尖端应力过零时对应的外载可作为裂纹张开载荷Pop．同时讨论了力学不均匀性影响疲劳裂纹扩展的本质．     

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.     

Correlation of the positive stress ratio effects on fatigue crack propagation rate of aluminium alloys based on a new parameter da/dS

In-situ SEM （Scanning Electron Microscope） observation of fatigue crack propagation in aluminium alloys reveals that crack growth occurs in a continuous way over the time period during the load cycle. Based on this observation, a new parameter da/dS is introduced to describe the fatigue crack propagation rate, which defines the fatigue crack propagation rate with the change of the applied stress at any moment of a stress cycle. The relationship is given between this new parameter and the conventional used parameter da/dN which describes the fatigue crack propagation rate per stress cycle. Using this new parameter, an analysis has been performed and a model has been set up to consider the effect of the applied stress ratio on the fatigue crack propagation rate. The obtained results have been used to correlate the published test data and a good correlation has been achieved. This method is very easy to use and no fatigue crack closure measurement is needed, therefore this model is significant in engineering application.     

高应力水平下表面裂纹疲劳扩展规律的实验研究

多次错误操作或水锤现象等可能引起结构部件承受高应力水平下的疲劳载荷作用。在前人的研究工作中，含表面裂纹板疲劳试验的远场应力水平绝大多数不超过０．６σｙ，。本文通过应力水平为０．８５～０．９５σｙ，的１６ＭｎＲ钢合表面裂纹板的疲劳实验研究，来回答在Ｐａｒｉｓ、Ｃｈｅｌｌ（考虑最大应力的影响）和Ｆｏｒｅｍａｎ（考虑平均应力的影响）等公式中，在这样高的应力水平下究竟哪一个模型更适合描述表面裂纹疲劳扩展速率。实验结果分析表明：对于高韧性材料而言，即使在接近屈服的高应力水平下，Ｐａｒｉｓ公式仍不失为诸多应力疲劳扩展速率描述公式中最有效的。此外，还仔细观察了表面裂纹疲劳扩展的客观几何形貌和微观断裂特征。     

考虑残余应力的焊接节点疲劳寿命有限元分析

为研究残余应力对焊接结构疲劳性能的影响,基于热力耦合计算方法建立了热弹塑性有限元模型,模拟T型节点焊接全过程及焊后热处理的温度场与应力场.基于扩展有限元法建立T型焊接节点断裂力学数值模型,将焊接应力场作为初始条件引入模型并分析其对疲劳裂纹动态扩展行为的影响.结果 表明,未考虑残余应力时,焊接节点疲劳裂纹向焊缝两端均匀发...     

橡胶球铰疲劳裂纹扩展寿命预测

通过橡胶纯剪试样疲劳裂纹扩展试验,得出了裂纹扩展速率与撕裂能之间的关系;以单位撕裂能范围为损伤参量,建立了复杂应力状态下的橡胶疲劳裂纹扩展寿命预测模型.基于ABAQUS有限元结构分析和橡胶材料等效应力计算方法,得出橡胶球铰在疲劳载荷下的单位撕裂能范围;对橡胶球铰的疲劳裂纹扩展寿命进行分析预测,并通过产品台架疲劳实验进行验证,结果表明橡胶球铰经过200万次疲劳试验后无明显裂纹,没有发现失效破坏,与寿命预测值基本吻合.     

DZ125合金超高周疲劳微观裂纹萌生机制

DZ125合金具有优良的综合性能表现,已被广泛应用于燃气涡轮高温部件的铸造。关于DZ125合金的疲劳问题研究已有较多文献报道,但从微观断口分析的角度系统阐述该合金超高周疲劳裂纹萌生及失效机制的研究则相对较少。通过研究发现,随着疲劳强度的降低,疲劳数据离散性有增大的趋势;较小的疲劳应力（小于220 MPa）所对应的疲劳寿命并未有明显增加,上述特征与疲劳微观裂纹萌生机制的改变直接相关。在高应力作用下,疲劳裂纹倾向于从材料的表面或次表面萌生,巨型二次裂纹成为其断口形貌的主要特征;在低应力状态下,材料内部的孔洞缺陷是疲劳裂纹萌生的主要区域,并严重影响材料的疲劳寿命。驻留滑移带（PSB）可导致表面粗糙区的形成,成为裂纹尖端的主要特征。主裂纹与其他二次裂纹存在竞争关系,并最终引起疲劳断裂的发生。基于Murakami公式,DZ125合金在裂纹萌生阶段的平均应力强度因子为3.15 MPa·m^1/2,裂纹快速扩展阶段的平均应力强度因子和材料的断裂韧性（K_IC）分别为7.72和15.70 MPa·m^1/2。