红外热像法快速确定45#钢的疲劳性能

红外热像法作为一种无损、实时及非接触的测试技术,在疲劳研究领域得到广泛的应用.该方法克服了传统试验方法周期长、所需试验试件和费用多的困难.本文利用红外热像仪测量了疲劳试验中45#钢试件表面温升变化,根据红外疲劳极限快测法得到疲劳极限,并由累积塑性功和塑性温升之间的相关假设,推导出了试件疲劳寿命的计算公式.试验结果表明,红外热像法可以快速、准确地确定材料的疲劳极限和S-N曲线.     

利用红外热像技术快速确定材料疲劳极限

基于能量理论，阐述了利用红外热像方法确定材料疲劳极限的原理，并利用红外热 像仪对具有矩形截面的钢试件进行了疲劳试验，通过记录疲劳试验过程中试件表面的温度变 化，经处理后得到了该种材料的疲劳极限. 试验表明，利用红外热像技术可以快速、准确地 确定材料的疲劳极限. 同时，该方法还具有可靠、经济、便捷等优点.     

疲劳特性的红外热像定量分析方法研究进展

定量红外热像法, 作为一种无损、全场、实时、非接触的测试手段, 不仅能够用于对材料内部缺陷的无损检测, 而且能够对在役结构的疲劳损伤演化状态进行识别. 定量红外热像法还能够快速预测材料的疲劳极限和S-N (stress-number of cycles) 曲线, 实验周期短, 成本低. 文中较为系统地综述了定量红外热像法的发展现状及应用, 讨论了定量红外热像法应用过程中的几个重点问题. 最后总结展望了定量红外热像法的未来发展方向及应用前景.     

热端部件低温热腐蚀疲劳损伤机理、寿命模型和抗腐蚀设计方法

对于沿海地区或海洋环境中使用的航空发动机来说, 由于高温、机械载荷和盐雾环境的共同作用, 热腐蚀疲劳破坏是影响其热端部件服役寿命的主要因素. 本文对热端部件低温热腐蚀疲劳损伤机理、寿命模型和防腐蚀设计方法进行了总结、归纳及评述, 提出了未来的研究趋势与发展方向. 首先介绍航空发动机热端部件的热腐蚀疲劳故障案例、损伤演化机理; 其次, 重点分析了低温腐蚀疲劳寿命的唯象模型、损伤力学模型、断裂力学模型以及机器学习模型; 再次, 对几种代表性的考虑腐蚀演化不同阶段的分段式腐蚀疲劳全寿命模型进行综述, 还分析指出了腐蚀疲劳全寿命模型的发展趋势; 从次, 对航空发动机材料选择、零件制造、结构强度设计和外场运行维护不同阶段的抗腐蚀方法进行了综述. 最后, 对增材制造零部件的热腐蚀疲劳问题以及无损检测技术、人工智能等与热腐蚀疲劳研究的结合进行了展望.      

封面图片说明

封面图为高分辨率热像仪所拍摄的某结构的红外热像图,从中可以清晰地看到物体经过时因热弹性效应导致的结构表面温度场的变化,进而判断出结构局部的高应力区域。疲劳热像法作为一种无损、实时、全场、非接触的测试手段,不仅可在较     

利用红外热像技术快速预测材料的S-N曲线

研究材料疲劳一般采用试验的方法,但试验周期长, 所需试验试件和费用多,一直以来都是材料疲劳试验难以克服的困难,人们一直在探寻能快速得到材料疲劳性能的方法.本文在前人研究的基础上,采用红外热像技术,确定了材料的疲劳极限,并在"同种试件疲劳破坏消耗的塑性功不变"的假设下,通过建立塑性温升、热耗散、塑性功之间的关系给出了试件疲劳寿命的计算公式.由此经过简单的试验,理论上用一根试件,试验几个小时就可以快速确定材料的疲劳寿命,给出材料的S-N曲线.     

固体的红外热象测试方法和结果

介绍了法国国家科学研究中心(C.N.R.S.)力学与声学实验室研制的整套红外热象测试技术,给出了有关疲劳裂纹顶端应力和能量耗散的重要分析结果。本方法有两个特点:一是通过数据的统计分析改善了信噪比;另一是所谓同步解调技术。借助于热弹性耦合,本方法使我们能测出应力张量的一阶不变量。     

高铁锻钢制动盘热疲劳裂纹扩展仿真及寿命评价

巨大的制动热能导致高铁制动盘面出现热斑或热点,形成沿径向扩展的热疲劳裂纹,严重危及行车安全.通过仿真获得热疲劳裂纹扩展规律,据此制定出合适、经济的检测周期,具有重要意义.基于断裂力学理论,采用扩展有限单元法和自主研发的裂尖网格加密技术,得到热点形成规律,植入半椭圆形裂纹进行热疲劳断裂仿真,得到制动速度为400 km/h时的裂纹扩展寿命曲线,预测结果与制动盘运用寿命基本一致.仿真结果为制动盘轻量化设计、服役寿命评估及无损检测方案制定提供了重要的理论支撑.     

热光弹性法在残余热应力场分析上的运用

本文用热光弹性法对金属构件因热疲劳裂纹扩展而引起的残余应力场进行分析,并针对具体实验采用实验中途调节参数的方法满足了相似准则,使结果具有良好的精度.     

铝合金的热疲劳特性及断裂力学计算分析

通过试验分析了铝合金的同相和异相热疲劳特性，并应用弹塑性断裂力学方法对其寿命作了解析评价，试验和计算都表明，在相同应变范围下，异相热疲劳寿命高于同相，这与中低碳钢等材料结果相同，另外，计算值和试验吻合，说明J积分用作评价铝合金热疲劳强度的力学参量及所建立的计算方法有效，从能量角度提出了一个用于描述裂纹扩展能力的参量△W，在相同△W值下，同相热疲劳寿命和异相热疲劳相等。     

On the Application of Infrared Thermography and Potential Drop for the Accelerated Determination of an S-N Curve

The endurance approach has been used for fatigue design and assessment since many decades. In recent years, the use of infrared (IR) technology to assess fatigue damage has been gaining more interest. The infrared thermographic method reported in literature allows to define an entire S-N curve with a limited number of specimens. Inspired by that approach, a methodology based on the direct current potential drop (DCPD) technique is developed. It allows to determine an S-N curve in a quick manner and might potentially be used in application areas where IR is not feasible. The developed DCPD methodology and the established IR methodology have been applied to two high strength offshore steels. The so-obtained S-N curves show a very good correlation.     

比例超载对铝合金圆孔薄板试件低周拉-拉疲劳寿命的影响

对铝合金圆孔薄板试件进行了超载和常辐的对比实验,取六种超载比,对每一超载比各进行了不同超载周次的实验,从这些实验结果看出,对每一超载比,超载试件的疲劳寿命和常辐疲劳试件的寿命比值先是随超载周数的增加而较快的增加,之后在一个相当大的超载周数范围内,超载寿命比的变化不大。当超载周数超过一定值时,超载寿命比随超载周数的增加而略有减少。本文的实验中,在超载60％的情况下,超载周数从20周到90周的范围内,超载试件的平均寿命比常辐疲劳试件的寿命约高3.5倍。     

薄壁圆管空间结构的热疲劳可靠性分析

针对薄壁圆管的空间结构,分析其在交变热载荷下的疲劳可靠性问题。为同时考虑由截面平均温度和截面温差造成的疲劳损伤,提出了综合利用剩余强度和疲劳累积损伤模型的分析方法。首先根据疲劳累积损伤相等原理,将截面温差造成的多级扰动应力载荷作用频次等效为平均温度下的常幅应力载荷作用次数,从而将两者产生的热应力载荷统一为一常幅载荷,再利用剩余强度模型基于动态应力-强度干涉理论对疲劳可靠度进行分析,得到了结构在综合考虑两种热疲劳状态下的动态可靠度。本方法可避免直接利用疲劳累积损伤理论临界损伤值难以确定的问题,且能体现金属疲劳损伤的真实情况。最后以哈勃望远镜为例,分析了其主梁随疲劳热载荷循环作用下的动态可靠度,得出了一些有意义的结论。     

Current understanding of ultra-high cycle fatigue

The fatigue life of numerous aerospace, locomotive, automotive and biomedical structures may go beyond 10⁸ cycles. Determination of long life fatigue behavior becomes extremely important for better understanding and design of the components and structures. Initially, before the invention of ultrasonic fatigue testing, most of the engineering materials were supposed to exhibit fatigue life up to 10⁷ cycles or less. This paper reviews current understanding of some fundamental aspects on the development of accelerated fatigue testing method and its application in ultra-high cycle fatigue, crack initiation and growth mechanisms of internal fracture, S-N diagram, fatigue limit and life prediction, etc.     

一种基于耗散能计算的高周疲劳参数预测方法

在热力学框架下,基于薄板假设,建立金属材料薄板试样在高周疲劳载荷作用下的热传导方程,将试样温度场数据和实时载荷信号导入,准确计算与高周疲劳损伤相关的单个循环内耗散能. 基于该方法,以316L不锈钢材料为例,通过实时监测试样不同应力水平下高周疲劳破坏全过程中耗散能的变化,拟合出耗散能-疲劳寿命曲线,呈现与传统的应力-疲劳寿命曲线相同的规律;提出一种新的预测高周疲劳极限的能量法,确定的疲劳极限与实验值相近.     

中碳结构钢微动疲劳性能的研究

考察了ＪＺ钢微动疲劳性能以及微动频率和接触压力等因素对微动疲劳寿命的影响,采用宏观力学试验与微观分析结合的方法探讨了ＪＺ钢微动疲劳裂纹的萌生和扩展机制．     

基于疲劳传感器的大型桥梁载荷谱检测研究

提出基于同一倍增器上双疲劳计的桥梁载荷谱检测方法,将疲劳传感器上两个疲劳计以不同方向粘贴得到不同放大系数,由恒幅标定数据和等效原理用插值方法得到复杂加载下疲劳响应计算方法,并根据桥梁载荷谱的瑞利分布特点,得到该分布下的疲劳响应计算方法.采用倍增器的双疲劳计结构设计,利用疲劳计响应的非线性特性,得到疲劳传感器电阻变化与桥梁瑞利载荷谱的对应关系.本文疲劳试验表明,试验载荷谱与预测载荷谱相当吻合,所设计的疲劳传感器性能良好,能够满足桥梁疲劳载荷检测要求.该传感器的检测原理提供了一种新的工程疲劳检测方法,它较目前采用的其它方法效率高、精度好,适用于长期疲劳监测.     

腐蚀环境下结构系统疲劳主要失效模式识别

疲劳主要失效模式识别是结构系统疲劳可靠性理论研究的主要内容之一。本文研究了腐蚀环境下结构系统疲劳主要失效模式识别方法:(1)建立了腐蚀环境下结构元部件损伤随机模型,对该模型的适用性作了讨论;(2)研究了识别结构系统疲劳主要失效模式的全局分枝约界法,与结构元部件损伤随机模型结合,实现腐蚀环境下结构系统疲劳主要失效模式识别,并对算法执行过程作了调整;(3)引入了一种安全裕量方程确定方法。理论分析和数值算例表明,本文所提算法可实现腐蚀环境下结构系统疲劳主要失效模式识别。