高周疲劳和低周疲劳统一的能量表征方法研究

对高周疲劳和低周疲劳寿命预测模型进行了研究,提出了一种能够将高周疲劳和低周疲劳统一表征的能量形式参量.用统一的能量形式表征参量对高温合金GH141的760℃高周疲劳和低周疲劳数据进行处理,得到理想的能量-寿命方程.用1Cr11Ni2W2MoV钢500℃和粉末盘材料FGH95的600℃高温低周疲劳和高周疲劳数据对统一表征方法进行验证,验证结果表明,用能量形式的表征参量能够得到理想的能量-寿命方程.     

国产Qste420TM钢的疲劳性能

对国产汽车底盘材料Qste420TM钢进行高周疲劳试验、低周疲劳试验和裂纹扩展试验，获得了材料的相应疲劳性能参数。试验结果表明，国产Qste420TM钢各项性能比较优良，能够满足汽车底盘的用钢要求。     

表面压应力对10Ni5CrMoV钢疲劳性能的影响

分别采用精磨和冲击加工在IONi5CrMoV钢试样表面形成不同的残余压应力,对具有不同表面压应力的试样进行高周和低周疲劳试验,采用扫描电子显微镜对疲劳断口进行分析,并测试经不同周次高应变幅循环加载后的试样表面应力。结果表明,较高的表面压应力能有效抑制小应力幅下疲劳裂纹在表面的起裂,从而有效的提高了高周疲劳性能;在高应变幅作用下,初始的表面压应力迅速发生松弛而失去对疲劳裂纹在表面起裂的抑制作用,因而对低周疲劳性能无明显影响。     

载荷频率对金属及其合金高周疲劳特性的影响

采用超声高频加载方法进行高周疲劳试验时,应考察载荷频率对材料疲劳特性的影响。本文从微观组织结构和外部环境两方面论述了疲劳特性的频率效应,从裂纹扩展率、断口分析等方面回顾和介绍了频率对合金钢、钛合金、铝合金三类常用金属疲劳特性的影响,比较了三者异同。最后展望了高周和超高周疲劳研究的方向和方法及其在工程中的应用。     

铜-钢电子束焊接材料的疲劳特性EI北大核心

异种金属焊接构件的疲劳性能对于航天器的服役可靠性具有重要影响。探索了Cr0.8铜合金和1Cr21Ni5Ti不锈钢异种金属焊接接头的疲劳寿命和疲劳断裂机制,采用合理的电子束焊接工艺制备得到铜-钢复合板。利用金相显微镜表征和分析焊缝处的组织与成分,使用电子拉伸试验机和疲劳试验机对焊接接头进行力学性能测试,利用扫描电镜观察不同周次断裂下的疲劳断口。结果显示:两种金属整体冶金结合情况良好,但是钢侧局部熔合区面积较大且由钢基体伸入到焊缝中;铜-钢电子束焊接接头的拉伸试样均断裂于焊缝最小截面处,疲劳试样的平均疲劳极限值为48.04 MPa,且均起裂于焊缝最小截面处;高周疲劳试样在焊缝上表面端点处观察到单一裂纹源,低周疲劳试样观察到较多裂纹源分布于焊缝上下表面及内部,两者的最终断裂区均位于铜合金基体。可见在疲劳断裂过程中,焊接试样在高周和低周断裂下的裂纹源数量存在差异,但是裂纹均易萌生于焊缝最小截面处,且向铜合金基体进行扩展。     

18Ni马氏体时效钢低周疲劳性能的影响因素分析

本文主要对具有优异综合性能和加工特性的18Ni马氏体时效超高强度钢的低周疲劳性能影响因素进行了分析研究,系统分析了18Ni马氏体时效钢合金元素对其力学性能的影响机理,并从晶粒度、材料微观组织、低周疲劳试验条件、疲劳试样加工状态以及非金属夹杂物等方面综述了18Ni马氏体时效钢低周疲劳性能的影响机制。     

拉-拉疲劳载荷下钛合金湿喷丸的残余应力松弛及再次喷丸工艺EI北大核心CSCD

采用湿法喷丸强化工艺(wet shot-peening)对TC4钛合金表面进行处理,研究高、低周的拉-拉疲劳过程中合金残余应力松弛规律,探讨再次喷丸工艺(re-shot-peening,RSP)对疲劳寿命的影响。结果表明:在拉应力载荷状态下,残余压应力依然发生松弛现象。疲劳载荷水平对喷丸TC4钛合金残余压应力场(CRSF)的松弛速率、松弛程度和松弛范围具有重要影响。高周疲劳(HCF)过程中残余应力松弛主要发生在近表层0~30μm,松弛速率较慢。低周疲劳(LCF)过程中残余应力松弛发生在0~80μm,范围更大,速率更快。RSP周期对于TC4钛合金的疲劳寿命也具有较大影响。在25%和50%初始喷丸疲劳寿命进行RSP处理会显著提高疲劳寿命,而在75%初始喷丸疲劳寿命处进行RSP处理对于疲劳寿命基本没有影响。此外,RSP的强化效果与疲劳载荷水平相关,对于高周疲劳寿命提高明显。     

钢箱梁正交异性桥面板疲劳评估全空间S-N曲线研究

全空间S-N曲线是利用时序准则进行钢箱梁正交异性桥面板疲劳评估的基础。首先基于钢桥设计规范给出的有限疲劳寿命区S-N曲线,从理论上推导了覆盖低周疲劳寿命区、有限疲劳寿命区和高周疲劳寿命区的一般全空间S-N曲线模型。进一步针对小型汽车和日常风等荷载引起的低水平应力幅以及地震和强风等荷载引起的高水平应力幅,引入高周疲劳损伤累积因子和低周疲劳强度调整因子分别对低水平应力幅和高水平应力幅造成的疲劳损伤进行计算,提出一种适用于钢箱梁正交异性桥面板疲劳评估的全空间S-N曲线模型。在此基础上对模型参数的几何意义进行了解释。最后采用正交异性桥面板顶板-U肋疲劳试验数据对模型参数进行了估计,得到了具有最佳拟合度的全空间S-N曲线和具有99%保证率的疲劳评估全空间S-N曲线。研究结果表明,该文提出的全空间S-N曲线模型能准确描述钢箱梁正交异性桥面板在各种应力幅下的疲劳损伤累积特性。研究结果可为钢箱梁正交异性桥面板的疲劳评估奠定基础。     

汽轮机叶片断裂分析

实际服役寿命为5年的汽轮机叶片发生了断裂.对叶片断口、材料的化学成分、显微组织和力学性能进行了分析.结果表明,叶片的断裂属于高周低应力疲劳断裂.针对叶片失效情况提出了一些相应的预防措施.     

热处理对真空熔覆Co基合金涂层疲劳性能的影响

采用真空熔覆法制得钴基合金-碳化钨复合涂层材料,按照45钢热处理工艺对合金涂层进行正火和调质处理,并借助扫描电子显微镜、X射线衍射仪等先进的测试手段对涂层的组织结构和表面形貌进行观察分析。应用疲劳试验机对不同热处理后钴基合金涂层进行弯曲疲劳试验,结果表明:Co基合金涂层在正火处理后的弯曲疲劳强度大大提高,比熔覆状态合金涂层高150～200MPa左右,在高周疲劳时比正火45钢的疲劳强度高80MPa左右;Co基合金涂层在调质处理后,其S-N曲线与调质45钢的S-N曲线相交,低周疲劳时,合金涂层的疲劳强度大于调质45钢试样,在高周疲劳时,合金涂层的疲劳强度小于45钢试样;调质处理涂层的疲劳强度比熔覆状态涂层高160～220MPa左右。     

TiAl合金高周疲劳行为的基本特征

综述了新型高温结构材料TiAl合金的高周疲劳行为基本特征,包括疲劳极限、疲劳强度和应力-寿命行为。分析TiAl合金高周疲劳S-N曲线特点发现,TiAl合金不具有疲劳极限,合金成分和组织形态是影响TiAl合金疲劳强度的关键因素。总结不同温度下的TiAl合金高周疲劳性能发现,当温度由韧-脆转变温度以下提高至该温度以上时,合金的高周疲劳寿命对循环应力变化的敏感性得到了明显改善。此外,还着重讨论了TiAl合金层片组织的疲劳寿命波动性问题,认为层片组织的随机取向是影响疲劳裂纹形核和小裂纹扩展过程的关键因素,从而导致合金高周疲劳寿命产生明显波动。根据该波动机理,探讨了增加TiAl合金高周疲劳寿命、降低其波动性的组织优化途径。     

SiCw/Al复合材料的低周疲劳性能

一、前言 SiCw/Al复合材料具有优异的力学性能和物理性能,是一种正在得到实际应用的新型结构材料。疲劳是零构件最常见的失效形式之一。对于SiCw/Al复合材料的高周疲劳性能和疲劳裂纹的萌生与扩展已有较多研究,结果表明,该材料具有比基体Al合金更高的高周疲劳强度和更高的疲劳裂纹扩展门槛值。然而,对SiCw/Al的低周疲劳性能报道得有限。因此,本文研究了挤压铸造法制造的16％Vf-SiCw/Al复合材料在控制总应变条件下的低周疲劳性能,并和6O61Al合金进行了比较。 二、实验过程 所用材料为挤压铸造法制造的SiCw体积分数为16％的SiCw/6061Al复合材料和工业用6061Al合金。SiCw选用日本东海碳素公司生产的β-SiC。 SiCw/6061Al制备后对其进行了热挤压,挤压比为1:22。热处理状态选用自然时效和人工时效。固溶温度为520℃。自然时效为室温时效5O天。人工时效选用两种条件:一为150℃×10h,一为170℃×15h。热处理后,用电火花切割机将SiCw/6061Al及6061Al切割成板状试样。试样工作部分长12mm,截面积为2.5mm×5mm。所有试样的两个表面都进行了仔细的机械抛光,侧面也用     

γ辐照对GFRP拉-拉疲劳性能的影响

玻璃纤维增强树脂基复合材料(Glass Fiber Reinforced Plastic,GFRP)由于其良好的电绝缘性和力学性能,被作为北京正负电子对撞机束流管支撑法兰的制作材料。北京电子对撞机运行时,将对束流管及其支撑法兰产生大量γ和中子辐射。研究发现,玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料长期处于γ辐射环境中,其力学性能会发生变迁。本文对由20kGy、100kGy、200kGy剂量γ辐照前后的GFRP试件进行拉-拉疲劳实验研究,发现γ辐照对低周疲劳阶段的疲劳寿命影响较为明显,而对于高周疲劳阶段疲劳寿命影响不大。基于Hwang和Han提出的假设,建立了拉-拉疲劳双参数疲劳寿命模型,并验证该疲劳寿命模型的准确性。利用扫描电镜对试件进行观察,发现辐照后环氧树脂基体出现碎片,环氧树脂与增强玻璃纤维的黏结界面受到破坏,但辐照对玻璃纤维影响程度较小。红外光谱图显示环氧树脂在辐照过程中降解反应较交联反应占优势。     

2205双相不锈钢高周疲劳诱发的相变行为

目前,对2205双相不锈钢(2205DSS)在疲劳载荷下的相结构演变还缺乏报道。对2205DSS双相不锈钢进行了高周疲劳试验,采用面积统计法测定了铁素体、奥氏体及其两相比,研究了应力幅值和循环周次对铁素体高周疲劳的影响,分析了疲劳诱发的相变机理,探讨了高周疲劳对2205DSS相变行为的影响。结果表明:随着应力幅值和循环周次的增加,2205DSS双相不锈钢中奥氏体逐渐减少,铁素体及其与奥氏体的比逐渐增加;两相具有不协调变形能力,循环载荷在相界处产生局部应力集中以及累积应变能增加,是促进碳原子发生上坡扩散并诱发界面向奥氏体方向移动的原因。     

杨木刨花模压托盘疲劳振动性能的研究

采用扫频试验得出振动台对托盘关键部位最大传递率所对应的频率.在承受集中载荷下,观察托盘关键部位在经过低周振动和高周振动后的强度变化,并对不同部位的强度进行了比较.最终得出高周振动对托盘边板有较大影响但对加强筋无明显影响,而预置缺口对边板的强度也无明显的影响.     

高速离心式压缩机叶片断裂失效分析

某高速离心式压缩机叶片在运行过程中发生断裂。通过对叶片断口及冲蚀表面进行宏观观察、材料化学成分分析、力学性能测试、断口扫描电镜观察、能谱分析和显微组织分析,找出了叶片的断裂失效原因。结果表明:压缩机叶片断裂主要是由于级间冷却器流体布局设计不合理,致使叶片在运行时不断受到冷却器管束铝翅片微粒高频脉动的冲刷磨损作用,在局部叶片迎风表面形成垢层,产生了高周疲劳载荷,使位于其对称位置的叶片在相对薄弱的顶部萌生裂纹并逐渐扩展,最终导致叶片高周疲劳断裂失效;另叶片材料冲击韧度低加速了疲劳裂纹的扩展。     

不同耗能特征的黏弹性阻尼器性能对比试验研究

该文通过不同应变幅值、不同加载频率以及疲劳荷载下的低周往复试验,对A、B两种具有不同耗能特征的黏弹性阻尼器的基本力学性能进行了研究,并对其储能剪切模量、耗能剪切模量、损耗因子等力学性能进行比较分析。试验结果表明:在相同变形幅值下,A、B两种黏弹性阻尼器的损耗因子和等效阻尼比的值比较接近,其中A种黏弹性阻尼器的单位体积材料的耗能量较大,提供的刚度也更大,但是加载过程中材料内部的升温效应比较明显,疲劳荷载下的各力学性能指标的衰减量也较大;B种黏弹性阻尼器的单位体积材料的耗能量和刚度较小,但是其力学性能受材料内部升温效应以及累积疲劳损伤的影响较小,疲劳荷载下各力学性能指标的衰减量较小。因此,在实际工程应用中,A种黏弹性阻尼器适合应用于有较高的刚度需求和耗能需求的结构,而B种黏弹性阻尼器适用于对力学性能稳定性以及抗震疲劳性能要求较高的结构。另外,采用Bouc-Wen模型得到的模拟结果与试验数据吻合良好。     

锻造火次对TB6钛合金断裂韧性和高周疲劳性能的影响

研究了在相同开坯锻造工艺,相同改锻温度下,不同锻造火次对TB6合金Ф220 mm规格锻棒的断裂韧性和高周疲劳性能的影响。通过SEM电镜观察了不同锻造火次锻棒高周疲劳试样的宏观、微观断口,分析了不同火次疲劳试样断口的不同区域的形貌。结果表明,在相同锻造温度下,20火次锻棒的组织均匀,断裂韧性、高周疲劳性能有较佳的匹配。     

基于单轴缺口试样的一种低周疲劳测试方法与应用

对于漏斗式小曲率半径的缺口圆棒与缺口薄片试样提出了一种采用轴向测量应变的低周疲劳测试方法.通过有限元分析建立小曲率半径的漏斗式缺口圆棒或薄片试样的轴向测试应变到缺口根部Tresca等效应变的应变转换模型,并由疲劳损伤等效假设建立基于缺口试样疲劳实验数据的材料低周疲劳寿命估算模型;完成了大曲率半径漏斗光滑试样和小曲率半径缺口试样的Ti-4Al-2V合金低周疲劳试验,基于缺口试样的疲劳试验所建立的材料低周疲劳寿命估算模型与基于大曲率半径漏斗试样的低周疲劳寿命估算模型有良好的符合度.新方法也方便应用于N18锫合金缺口薄片试样的材料高温单轴低周疲劳行为试验研究,可推荐于材料低周疲劳测试规范修订采用.文中获得的Ti-4Al-2V合金和N18锆合金的不同温度下单轴低周疲劳行为试验数据与寿命估算模型有宜于工程应用.     

温度对GH34钢低周疲劳性能的影响

本文用应变控制的低周疲劳试验方法,研究了室温、350、450和550℃下,燃气轮机叶轮用钢GH34的低周疲劳性能。试验表明,各温度下的循环应力——应变特性均为循环软化。试验温度提高,低周疲劳性能下降。由于蓝脆性的发展,450℃的低周疲劳性能迅速下降,接近550℃的低周疲劳性能。COFFIN—MANSON方程中的指数α随试验温度提高而增大。高温低周疲劳裂纹的扩展,主要为Ⅱ阶段扩展,在所采用的试验条件下,没有发现蠕变引起的治晶疲劳断裂。