疲劳裂纹扩展中停留机制的考察

采用高精度局部柔度测量技术,对结构钢SM400进行两种阶梯式变载条件下的疲劳试验,考察疲劳裂纹扩展中迟滞回线的形态变化与裂纹停留的关系.基于循环载荷中柔度变化与裂纹开闭口以及裂纹尖端附近应力分布的关系,讨论不同载荷方式下裂纹停留的形成机制.结果表明,裂纹停留意味着循环加载过程中裂纹尖端既不形成拉伸塑性区,也不形成压缩塑性区.疲劳裂纹停留在最大载荷时的裂纹形态有"裂尖锐型"和"裂尖钝型".基于最大载荷和最小载荷后残留在裂纹表面的拉伸变形层确定载荷FRCPG和FRPG,能够获悉在最大和最小载荷时出现塑性区引起裂纹扩展的等价波形,可用于随机载荷波形的计数,为发展工程结构的剩余寿命预测提供一种理论依据.     

随机超载下疲劳裂纹扩展的模拟计算

采用蒙特卡罗法对随机超载作用下的疲劳裂纹扩展进行模拟计算。载荷谱为在基本循环载荷基础上加入一以泊松流发生的随机超载序列．超载的大小为均匀分布。相邻两次超载发生的时间间隔通过一系列相互独立、服从指数分布的随机数进行模拟。采用Wheeler模型考虑超载的迟滞效应，计算出每一载荷循环的裂纹扩展量。由此模拟出裂纹从初始长度一直到疲劳破坏的扩展曲线。通过大量样本的模拟计算，获得随机超载作用下疲劳裂纹扩展寿命的平均值与标准差。最后研究超载发生强度和大小对疲劳裂纹扩展寿命的影响。     

对拉压超载后裂纹扩展迟滞模型的改进

对已有的裂纹扩展迟滞模型进行改进,合理地考虑压缩载荷对裂纹扩展的影响,特别是拉伸超载后紧随的压缩载荷对有效塑性区的影响,以及拉伸超载后紧随多个压缩载荷的处理方法.此外,改进门槛值随应力比R变化的计算公式,使计算结果与实际情况更接近,提高模型参数—门槛值的精度.最后,将改进后模型的预测寿命与试验结果进行比较.从对比结果可...     

主起落架疲劳断口定量分析

对某型主起落架全尺寸疲劳试验的裂纹断口进行了分析,利用疲劳扩展理论和迟滞模型导出了谱载荷下裂纹扩展寿命的两个估算公式。利用它们对断口的宏观弧线和微观条纹进行最佳拟合,两者结果相当吻合,并由此给出了主起落架的首翻期。     

双频复合疲劳的裂纹萌生及扩展

针对典型承受高、低周双频复合载荷的水轮机叶片、电机转子用钢进行了低周疲劳、高低周双频复合疲劳的裂纹萌生及扩展规律的探讨。在频率比确定的条件下,载荷比是影响双频疲劳裂纹萌生及扩展的一个重要因素。随着载荷比的升高,疲劳裂纹萌生寿命大大缩短,裂纹扩展速率加快,疲劳断口呈现明显的周期特征。高、低周双频复合疲劳载荷各自的独特作用以及高、低周载荷在裂纹尖端引起的塑性区的交互作用是造成疲劳断口独特形貌的主要原因。     

基于流固耦合的风力机叶片裂纹扩展机理研究

针对风力机工作环境的恶劣性以及风力机叶片裂纹扩展的复杂性,本文利用计算流体力学(CFD)和断裂力学仿真分析,以风力载荷作为裂纹扩展的主要载荷,利用流固耦合界面的数据传递对风力机叶片裂纹扩展机理进行仿真分析。在叶根表面嵌制一不同初始尺寸的半椭圆型三维裂纹,并在不同风速的条件下计算三维裂纹应力强度因子,分析不同初始尺寸裂纹在不同风速下的动态裂纹扩展机理。结果表明,裂纹的初始尺寸与风力载荷的大小均对叶片的裂纹扩展速率与方向产生影响,且在高风速下裂纹发生失稳扩展的几率增大。     

2.25CrMoV钢于夹杂物和晶界处开裂低周疲劳裂纹扩展的原位观测

对汽轮机转子用2.25CrMoV钢在真空常温条件下进行高应力低周疲劳试验,对试样中起源于夹杂物和晶界等典型缺陷处的裂纹扩展进行了原位连续观测,研究了典型缺陷对疲劳裂纹萌生和初期扩展的影响。结果表明:在高应力循环载荷作用下,夹杂物的形状和尺寸对疲劳裂纹的扩展无明显影响,夹杂物处萌生裂纹的扩展速率小于晶界处萌生裂纹的扩展速率;短裂纹群体效应和滑移线快速增殖的共同作用是导致试样疲劳破坏的主要原因。     

波动载荷下X70管线钢裂纹扩展特性研究

用预裂纹试样研究了应力比为0.9的波动载荷下X70管线钢在不同环境中的裂纹扩展特性,并进行了定量分析。结果表明:不同环境中管线钢的裂纹扩展具有真腐蚀疲劳的特征,裂纹扩展速率主要受波动载荷产生的应力强度因子幅ΔK控制,给定载荷波动频率的裂纹扩展速率可表示为:da/dN=B(ΔK-ΔKth)2。在模拟管线局部环境的中性碳酸盐和NS4中,裂纹扩展具有较高的B值,且随载荷波动频率的降低B值升高。碱性碳酸盐环境中裂纹扩展的B值较低,载荷波动频率对裂纹扩展无影响。各种环境中ΔKth变化不大,在2.3～2.6MPa·m1/2范围。     

2024-T62铝合金疲劳裂纹扩展试验数据的统计分析

进行了3种应力水平下2024-T62铝合金的疲劳裂纹扩展试验,利用试验数据对疲劳裂纹扩展的分散性进行了统计分析。分析结果表明:2024-T62铝合金的疲劳裂纹扩展试验数据服从对数正态分布;随着载荷循环数的增加,疲劳裂纹尺寸的标准差和变异系数都增大;试验应力水平对疲劳裂纹尺寸的分散性有一定的影响,随着载荷循环数的增加,高应力水平下疲劳裂纹尺寸的标准差大于低应力水平下疲劳裂纹尺寸的标准差,且高应力水平下疲劳裂纹尺寸标准差与变异系数的增加速度比低应力水平下疲劳裂纹尺寸标准差与变异系数的增加速度快;利用疲劳裂纹扩展试验数据使随机疲劳裂纹扩展模型得到了验证。     

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。     

涡轮盘合金氧化-疲劳裂纹扩展机理和寿命预测研究进展

航空发动机涡轮盘在其服役过程中往往在高温燃气环境下承受热载荷和机械载荷共同作用,最终因疲劳、蠕变以及氧化的交互作用而失效.随着高推重比航空发动机的发展和涡轮前温度的提高,氧化损伤对涡轮盘表面疲劳裂纹扩展的影响愈加显著,往往可使疲劳裂纹扩散速率提高1～2个数量级.综述氧化损伤对涡轮盘用高温合金疲劳裂纹扩展的影响以及疲劳裂纹尖端氧化损伤机理,分析裂纹尖端疲劳损伤、氧化损伤和动态脆化影响裂纹扩展的竞争机制,梳理考虑氧化损伤效应的疲劳裂纹扩展模型和数值模拟方法,对实现氧化-疲劳载荷作用下裂纹扩展速率的准确预测所还需开展的工作进行展望,以期有助于促进航空发动机涡轮盘损伤容限设计方法和工具的发展.     

加筋板多处损伤疲劳裂纹扩展研究

给出加筋板多处损伤裂纹扩展的预测计算和试验,其目的是研究飞机真实结构--加筋板多裂纹扩展的预测计算方法.用Walker裂纹扩展方程和Willenborg-Chang裂纹扩展模型为根据,并在每个载荷循环都考虑裂纹之间的相互影响.用循环接循环进行裂纹累积,用虚拟施加剩余强度载荷和裂尖韧带塑性区连通判据确定临界裂纹尺寸.文中给出典型随机谱下加筋板多裂纹扩展计算预测,并给出初始裂纹和剩余强度载荷的改变对临界裂纹尺寸和扩展寿命的影响,也给出在恒幅谱及程序块谱载荷下加筋板多裂纹的扩展试验以及试验与计算的比较.     

37CrNi3MoVE钢不同加载速率下应力腐蚀行为的试验研究

利用紧凑拉伸(CT)试样对水下高压气瓶用钢37CrNi3MoVE材料在模拟海水环境中进行了应力腐蚀试验研究,采用恒位移速率控制,试样为平面应力试样,获得了不同位移速率下载荷一位移曲线和裂纹扩展速率与应力强度因子关系曲线.结果表明,载荷与裂纹扩展速率增长趋势与加载速率密切相关,位移速率为5.0×10-5 mm/s比1.0×10-5 mm/s时裂纹扩展前期的最大载荷高12.73％,裂纹扩展约2 mm后,相同裂纹长度下能承受的载荷基本一致;该材料在海水环境中,平面应力状态下,裂纹起始扩展应力强度因子约110 MPa√m.位移速率为1.0×10-5 mm/s和3.0×10-5mm/s时测得的裂纹扩展速率da/ dt分别出现2.9×10-5 mm/s和8.2×10-5 mm/s的稳定扩展阶段,但位移速率为5.0×10-5 mm/s时,da/dt与KI的关系曲线没有明显稳定扩展阶段.位移速率低者比位移速率高的应力腐蚀明显.     

高速列车齿轮副裂纹扩展寿命研究

为研究高速列车齿轮的齿根裂纹扩展特性,在有限元软件ABAQUS中建立齿轮副模型并通过静力学分析,以确定裂纹萌生位置。基于线弹性断裂力学理论,在软件ABAQUS中建立含齿根初始裂纹的斜齿轮模型,计算裂纹前缘不同节点处的应力强度因子;研究齿根裂纹自动扩展的方式及轨迹,通过计算得到齿根裂纹的扩展寿命。在此研究的基础上,探讨了载荷大小等因素对裂纹扩展寿命及轨迹的影响规律。研究表明,裂纹扩展速率先慢后快,载荷对裂纹扩展寿命的影响十分明显。     

T型钎焊接头蠕变裂纹扩展的有限元分析

钎焊接头蠕变断裂是高温紧凑式回热器的主要失效形式之一。为研究钎焊接头的蠕变失效过程,运用有限元分析软件Abaqus建立了T型钎焊接头的有限元模型,对T型接头在600℃下蠕变裂纹扩展过程进行了数值模拟,得到了此类接头的蠕变裂纹扩展规律。其结果表明:T型接头的蠕变裂纹扩展可分为起裂、稳定扩展、快速扩展三个阶段;起裂过程中,随着蠕变时间的增加,钎焊焊缝边缘处的高应力区会发生应力松弛;起裂时间与载荷呈幂律关系;随着施加载荷的增加,蠕变裂纹扩展速率上升越快。     

循环压缩应力作用下的疲劳裂纹扩展机制研究

裂纹在循环压缩载荷作用下的扩展已经被实验证实，但是由于难以进行观测因而无法准确描述，另外裂纹面在压缩载荷的作用下会出现闭合现象也增加了问题的复杂性。文中通过有限元方法，建立三种几何条件的裂纹模型，考虑裂纹面接触问题，进而对循环压缩载荷作用下的裂纹萌生扩展进行分析。结果表明，裂尖区域在循环压缩载荷作用下的残余拉伸应力是导致裂纹扩展的重要因素。同时，还对不同裂尖几何在裂纹描述的合理性方面提出一些看法。研究表明，裂纹在循环压缩载荷作用下的扩展能力是有限的、稳定的。     

含双裂纹齿轮副轮齿裂纹扩展寿命分析

裂纹扩展是齿轮传动的主要故障,而且裂纹所处位置对裂纹扩展行为作用明显。为探讨齿轮副轮齿裂纹位置与裂纹扩展寿命的关系,提出几种相邻轮齿含分度圆裂纹和齿根裂纹的双裂纹齿轮副模型,基于ABAQUS建立齿轮副的三齿啮合有限元分析模型,分析不同载荷作用下分度圆裂纹和齿根裂纹尖端的主应力值和应力强度因子值;结合Pairs方程探讨分度圆裂纹扩展和齿根裂纹扩展寿命之间的关系。结果表明:齿轮副单齿啮合时的裂纹尖端应力比齿轮副双齿啮合时的裂纹尖端应力大,而且裂纹尖端的弯曲应力明显大于剪切应力;同一载荷同一裂纹深度时,齿根裂纹尖端的应力强度因子值大于分度圆裂纹尖端的应力强度因子值;相同加载时,含齿根裂纹齿轮的裂纹扩展寿命小于含分度圆裂纹齿轮的裂纹扩展寿命;裂纹扩展过程中,齿根裂纹深度和分度圆裂纹深度之比非定值,而且深度之比与载荷无关。     

金属材料表面裂纹疲劳扩展形状演变规律

基于裂纹扩展过程中的能量释放率理论提出一种表面裂纹疲劳扩展形状的计算方法,研究了在拉伸和弯曲疲劳载荷作用下金属板材中表面裂纹扩展形状演变规律,并进行了试验验证。结果表明:计算得到在拉伸载荷作用下的裂纹扩展初始阶段,表面裂纹呈半圆形,随着裂纹深度的增加,表面裂纹形状逐渐变为扁长型半椭圆形;在弯曲载荷作用下的裂纹扩展初始阶段,表面裂纹呈半圆形,随着裂纹深度的增加,表面裂纹形状逐渐变为细长型半椭圆形;试验得到表面裂纹在疲劳扩展过程中的形状逐渐靠近计算得到的形状;在表面裂纹长度相等的条件下,试验与计算得到的裂纹深度的相对误差小于4.5%,说明采用基于能量释放率理论的表面裂纹扩展形状计算方法来预测表面裂纹疲劳扩展的形状演变是可行的。     

冲击和非冲击疲劳载荷下过载对随后裂纹扩展的影响

对12CrNi3A钢在冲击和非冲击疲劳载荷下的过载裂纹扩展延迟效应的研究表明:过载对随后裂纹扩展的影响不仅取决于过载力作用下的裂尖塑变,还取决于随后基载力作用下的裂尖塑变。过载对随后裂纹扩展的影响存在两个互为矛盾的方面:一是裂尖塑变损伤促进裂纹扩展:另一则是产生的裂尖残余压应力场和闭合效应延缓裂纹扩展,两方面共同作用结果才能最终决定对随后裂纹扩展的影响。相同条件下,冲击疲劳载荷下的延迟期M_d高于非冲击疲劳载荷下的延迟期。     

压缩循环载荷下疲劳裂纹扩展的实验研究

通过对零－压载荷下的疲劳裂纹扩展试验。研究ＬＹ１３ＣＺ试件在压缩循环载荷下的裂纹扩展规律。发现在压缩循环载荷下疲劳裂纹可以扩展，但不铳即发生休眠。其休眠长度与反复塑性区的尺寸相当。