CrMoW转子钢高温超高周裂纹扩展及疲劳行为研究

本文研究了超超临界汽轮机CrMoW转子钢在常温与600℃条件下的超高周旋转弯曲疲劳行为。实验中利用位移传感器原位监测试件挠度变化,研究裂纹的萌生与扩展特性。研究结果发现,在常温下,疲劳裂纹主要萌生于试样表面,但也发现超高周次疲劳破坏的裂纹萌生于内部的情形。600℃时,S-N曲线呈现直线下降的趋势;大多试样裂纹萌生区和初始扩展区发现非金属夹杂物,其裂纹萌生是表面裂纹起源和亚表面夹杂物相耦合的结果。裂纹萌生寿命占整个疲劳寿命的90%以上,裂纹萌生寿命百分比(Ni/Nf)随疲劳寿命的延长而增大,并且温度对裂纹萌生寿命百分比没有影响。     

疲劳裂纹形成,扩展统计特性的大子样试验研究

针对疲劳损伤过程的随机性，该文开展了等幅谱大子样疲劳裂纹形成，扩展至破坏全寿命过程的试验研究。在计算确立了裂纹形成，扩发界工程小裂纹长度的基础上，事理得到了裂纹形成，扩展寿命的统计分布数据，根据断口金相ＳＥＭ观察，进一步定性分析了疲劳条纹分布的相关性特征。     

沥青混合料疲劳过程的损伤力学分析

采用损伤力学方法研究沥青混合料的疲劳失效问题。针对悬壁梁弯曲疲劳试件,推导出疲劳过程中应力场、损伤场和疲劳裂纹形成寿命的工程封闭公式。根据沥青混合料特点,提出一种模拟疲劳裂纹扩展的特征单元失效模式,从而将疲劳裂纹形成与扩展两个阶段统一用损伤力学理论进行描述和分析。本文对沥青混合料试件的疲劳裂纹形成寿命与扩展寿命分段进行了预测,还对疲劳过程中刚度衰减及位移幅值的演化过程进行了数值模拟计算。理论预期与实验结果吻合良好。     

40Cr钢疲劳裂纹萌生寿命的测量

用系统分析的方法，通过三点弯曲疲劳试验，分别跟踪监测了40Cr钢及它的两种表面处理试样疲劳损伤过程，得出了40Cr钢经过两种表面处理对其疲劳裂纹萌生寿命有显著影响的结果，提出了对疲劳裂纹萌生寿命测量的一种新方法。     

高温疲劳表面短裂纹的分形研究

对2.25Cr-1Mo合金钢进行了高温疲劳实验，采用中断试验与复膜技术相结合的方法观测了试样表面疲劳短裂纹萌生，扩展及合体的演化过程，并用数据格子方法研究了含裂纹表面的分形特征。结果表明：疲劳短裂纹的萌生扩展行为具有分形特征，可以用分形理论加以描述；分形维数随着疲劳过程的继续而稳定地成比例增加；分形维数可以作为把握材料总体损伤状态的参数，可作为寿命评价的依据。     

45CrNiMoVA钢的低周疲劳特性和表面疲劳裂纹的在位观测

利用MTS810材料试验机对带中心圆孔的45CrNiMoVA钢低周疲劳特性进行了研究,并借助长焦显微镜和CCD摄像头对试样表面裂纹的演化规律进行了在位停机观测和在位不停机连续观测尝试,试验发现,裂纹均萌生于与拉伸应力垂直的圆孔边缘;疲劳裂纹的萌生与Lueders形变带密切相关,萌生期超过整个疲劳寿命的70%,主裂纹的发展既可以共面扩展的方式向前连续延伸,也可以裂纹连接的方式向前跳跃传播,应力控制的低周疲劳条件下,疲劳寿命与应力面形貌图像,频闪光源照明可以实现表面疲劳裂纹的在位不停机观测。     

疲劳裂纹形成、扩展统计特性的大子样试验研究

针对疲劳损伤过程的随机性，该文开展了等幅谱大子样疲劳裂纹形成、扩展至破坏全寿命过程的试验研究．在计算确立了裂纹形成、扩展分界工程小裂纹长度的基础上，整理得到了裂纹形成，扩展寿命的统计分布数据．根据断口金相ＳＥＭ观察，进一步定性分析了疲劳条纹分布的相关性特征．     

回火温度对40Cr钢疲劳裂纹萌生寿命的影响

用系统分析的方法，通过三点弯曲疲劳试验，以数值描述的方式，在线跟踪了40Cr钢及其在三种回火温度下疲劳裂纹萌生过程的疲劳损伤，实验结果表明：随着回火处理温度的提高，40Cr钢的疲劳裂纹萌生寿命都有不同程度的提高．但裂纹萌生寿命在低于450℃的温度范围里，随着回火温度的提高，裂纹萌生寿命有明显的提高，在450℃至580℃范围内，随回火温度的上升，裂纹萌生寿命则没有明显的增加．     

缺口试样疲劳短裂纹行为研究

采用复型方法对中碳结构钢单边钝缺口试样的非穿透和穿透疲劳短裂纹的演化过程进行了研究。结果表明：试样的疲劳破坏主要是由形成于缺口根部的表面短裂纹扩展引起的；形成穿透裂纹以前的短裂纹形成和扩展过程占试样疲劳寿命的７０％以上；线弹性断裂力学不适合于描述表面裂纹和穿透裂纹早期阶段的扩展特性；某些条件下，裂纹初始几何形状的影响是导致穿透裂纹早期扩展出现奇异特性的主要原因。     

交变载荷下含两孔洞的铝合金长条的五种疲劳破坏型式

通过试验发现交变载荷下含两孔洞的铝合金长条,由于两孔洞的方位不同,至少有五种疲劳裂纹引起的破坏型式.在五种不同的破坏情况下,疲劳裂纹初始寿命和疲劳裂纹扩展寿命均不同,必须分阶段评估,这也直接影响到整体疲劳寿命的预计;此时常规的、经典的疲劳裂纹扩展理论难以直接应用.     

表面粗糙度对Glidcop和Q345低周疲劳寿命影响的试验研究

为考察表面粗糙度对弥散增强铜合金Glidcop和低合金钢Q345疲劳寿命的影响,对两种材料都加工了不同粗糙度等级的试样,在常温下进行了应力控制的低周疲劳试验,并对断后的试样进行了扫描电镜观察。结果表明,两种材料共有的现象是:粗糙表面削弱了低周疲劳性能,随着表面粗糙度的增大,低周疲劳寿命呈下降趋势;表面粗糙度对主裂纹的形成时间有影响。不同的现象是:低周疲劳寿命与表面粗糙度的关系Glidcop为线性,而Q345则为幂函数;Glidcop的断口有轻微颈缩,疲劳辉纹明显,Q345的主裂纹沿着试样的径向和周向同时扩展,大粗糙度下辉纹支离破碎。因此,表面粗糙度对疲劳寿命的影响既表现出共同的现象,又呈现为材料相关性。本文的结果将为这两种材料制成的承受低周疲劳构件的表面粗糙度选取提供参考。     

考虑微动磨损的钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命预测研究

微动疲劳是矿井提升钢丝绳主要失效形式之一,在钢丝微动疲劳过程中,微动磨损严重影响钢丝微动疲劳裂纹扩展特性,进而制约钢丝微动疲劳断裂机制,故开展考虑微动磨损的钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命预测研究至关重要. 运用自制钢丝微动疲劳试验机开展钢丝微动疲劳试验和拉伸断裂试验,通过高速度数码显微系统揭示微动疲劳过程中钢丝微动磨损演化、裂纹萌生和扩展及断裂特性,基于摩擦学和断裂力学理论,运用有限元法、循环迭代法和虚拟裂纹闭合技术建立了考虑微动磨损的钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命预测模型,并进行试验验证. 结果表明:采用微动疲劳过程稳定阶段磨损系数预测钢丝微动磨损演化可保证预测正确性,微动疲劳过程中钢丝主要为I型裂纹扩展模式,考虑微动磨损的钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命预测值和试验值吻合较好,验证了预测模型正确性.      

核电690合金传热管微动疲劳试验及损伤机理分析

核电蒸汽发生器传热管在微幅磨损与交变载荷的作用下形成微动疲劳,导致其表面裂纹萌生和扩展乃至破裂,从而影响反应堆的安全. 为研究径向载荷以及轴向交变应力对690合金管微动疲劳寿命的影响规律,开展690合金管管材的微动疲劳试验,获得690合金管管材的微动疲劳寿命曲线,并与相关研究数据进行对比分析,以便探讨材料在微动疲劳下的寿命模型. 对不同载荷下的690合金管试样的磨痕表面进行三维形貌和扫描电镜观测,分析磨损表面的损伤机理;对不同载荷下的690合金管试样断口的宏观与微观形貌进行表征,分析裂纹萌生、起裂过程及其失效机理. 结果表明690合金管与403不锈钢(SS)抗振条间的磨损机理为剥层及磨粒磨损;690合金管在径向载荷作用下于微动磨损处产生裂纹源,裂纹在轴向交变应力的作用下不断向内部扩展,最终导致断裂;其断裂形式为解理疲劳断裂.      

An Investigation of Random Fatigue Strength of K-Type Tubular Joints and Crack Propagation Behaviors

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡｓａｓｐｅｃｉａｌｆｏｒｍｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ,ｔｕｂｕｌａｒｊｏｉｎｔｓ (ｍｕｌｔｉ＿ｄｕｃｔｐｉｐｅｓ)ｗｅｌｄｅｄｂｙｃｉｒｃｕｌａｒｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｓｈｅｌｌｓ (ｃｉｒｃｕｌａｒｔｕｂｅｓ)ｈａｖｅｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ .Ｏｎｅｏｆｔｈｅｐｒｉｍａｒｙｆａｃｔｏｒｓｔｈａｔａｒｅｒｅｓｐｏｎｓｉｂｌｅｆｏｒｍａｎｙｓｅｒｉｏｕｓａｃｃｉｄｅｎｔｓｉｓｔｈｅｉｎｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔｆａｔｉｇｕｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｊｏ…     

Fatigue failure of polyethylene methacrylate in adhesive assembly under unsymmetrical bending

In this paper, a special bending fatigue experiment was firstly performed to investigate the fatigue behavior of polyethylene methacrylate in adhesive assembly. Fatigue lifetime property (S–N curve) was obtained. Finite element calculations on the whole structures also gave the same results with the testing. Based on the experimental data and finite element analysis, a local stress law of predicting bending fatigue lifetime was put forward. The predication lifetime for the polyethylene methacrylate agreed well with the experimental results. Following the strain energy density (SED) criterion was applied to predict the crack initiation and growth path of the adhesive assembly. The predicted results were in good agreement with the optical microscopy (OM) failure image of the failure specimen. SEM image of fracture further showed that there were lots of parallel fatigue lines with perpendicularity to the direction of crack, and an obvious boundary from the crack propagation failure to final brittle fracture.     

含缺口试件疲劳全寿命预测一种建议的方法

传统的研究含缺口构件的疲劳的方法是将疲劳启裂和疲劳裂纹扩展两个过程完全独立起来,用不同的方法来模拟,相互间并没有定量的关系。本文是基于最新发展的多轴疲劳损伤理论,建立了一种适用于各种载荷条件下的疲劳启裂和裂纹扩展的普适方法。根据从弹塑性分析中得到的应力应变,确定疲劳损伤模型,建立能够预测疲劳启裂、裂纹扩展速率和扩展方向的新方法。整个模拟可以分为两步:弹-塑性应力分析得到材料的应力应变分布;再运用一个通用的疲劳准则预测疲劳裂纹启裂和裂纹扩展。通过对1070号钢含缺口试件的疲劳全寿命预测,得到了与实验非常吻合的模拟结果。     

降载勾线法在高强钢疲劳断裂试验中的应用

制作高强钢特征试件,在压、弯应力共同作用下进行疲劳断裂试验;结合疲劳辉纹产生机理,采用降载勾线法在试件断面制造出“海滩状花纹”;利用CAD软件描绘断面形貌并测量裂纹长度,用Newman-Raju理论进一步研究表面裂纹扩展的规律,并与试验值比较.结果表明降载勾线法可以解决高强度钢表面裂纹不易测量及断面难以观测到疲劳辉纹的问题;采用Newman-Raju公式模拟压弯组合应力下表面裂纹扩展形貌是合适的,但由此计算的疲劳寿命偏于保守.另外,当压弯应力比值较小时,计算扩展形貌时压应力可以忽略,而计算疲劳寿命时压应力不可忽略.     

考虑T-stress的非正态随机参数疲劳裂纹扩展寿命的可靠性分析

基于断裂力学的疲劳裂纹扩展寿命问题的研究常常将裂纹尖端应力展开项的高次项忽略,引起了裂纹扩展模拟的误差,本文考虑高次项T-stress对裂纹扩展角的影响,对裂纹扩展过程做了数值模拟,结果显示相同裂纹扩展长度下,考虑T-stress会延长裂纹扩展寿命。文章首先采用修正的Paris-Erdogan 公式计算了两端承受均布拉伸载荷的边缘斜裂纹板的疲劳裂纹扩展寿命,裂纹扩展方向采用两参数修正的最大拉应力准则。由于结构尺寸,材料特性和载荷等因素具有不确定性,导致疲劳裂纹扩展过程带有一定的随机性,本文以材料属性和载荷为随机变量,在随机有限元法的基础上,结合计算可靠度的四阶矩法,Edgeworth级数展开方法,提出随机参数服从任意分布时的结构疲劳裂纹扩展寿命可靠度的计算方法。分析了参数为非正态分布时的平板裂纹扩展寿命可靠度随裂纹扩展的变化过程。本文方法可预测工程中板裂纹的扩展行为,以及预测裂纹板的可靠度。     

Fatigue crack initaition and propagation from hole defects

The aim of this study is to investigate the interaction of two hole defects affecting fatigue crack initiation life and propagation behavior. The location of two hole defects was characterized by an angle of alignment and the distance between the centers of two hole defects. The fatigue cracking behavior is studies under bending for AI 5086. When defects are located close to each other, the fatigue crack initiation lives are varied with their relative locations. In the experiments, the area of the local plastic stratin strongly played a role in the fatigue crack initiation lives. Therefore, the authors introduce a parameter which contains the plastic deformation are at stress concentrations and proposed a fatigue crack initiation life prediction curve. In addition, the directions and propagation rates of fatigue cracks initiated at two hole defects were studied experimentally.     

基于裂纹闭合效应的高载迟滞预测模型修正

裂纹闭合效应通常是导致I 型裂纹扩展在高载作用下发生迟滞效应的主要因素之一．本文采用汽车薄板QSTE340TM 材料，针对不同应力比，高载比条件下疲劳裂纹扩展行为进行了实验研究．论文通过断面分析，针对各参数对裂纹闭合效应的具体影响进行了分析讨论，认为裂纹作用区域随裂纹扩展而动态变化，从而提出了一种对有效应力强度因子幅的修正方法．通过在原有模型中引入幂函数形式的动态变量α，表征裂纹闭合效应的作用比例随裂纹长度的动态变化，取得了较好的效果．