TC4钛合金超高周次轴向振动疲劳试验

应用基于压电超声疲劳试验技术开发的20kHz轴向振动疲劳试验系统,完成了室温下TC4钛合金超高周疲劳试验,获得了TC4合金在107～109周次范围内的轴向振动疲劳寿命曲线(S-N曲线);运用C.Paris推导公式预测了TC4合金材料的寿命,得到各应力水平下破坏率为50％、95％、99％的安全寿命.结果表明:在疲劳循环大于107周次时,试件仍会发生疲劳断裂,疲劳强度随循环次数的增加而下降,并不存在明显的疲劳极限.TC4合金的S-N曲线在107～109周次的范围内呈连续下降型.在轴向振动超高周疲劳试验中,试件的裂纹扩展寿命只占其在50％破坏率下疲劳安全寿命的一小部分,其疲劳寿命主要由试件的裂纹萌生寿命决定.     

停歇对疲劳裂纹扩展超载迟滞效应影响的研究

本文用 16 Mn和 A 537 两种普通低合金钢试件,较系统地研究了停歇对疲劳超载迟滞效应的影响。研究表明,疲劳载荷中的停歇对超载迟滞效应有明显影响,其影响的程度大小与停歇时的载荷 P_H,停歇时间 t_H 等因素密切相关;不但可能使试件的疲劳寿命减少,也可能使试件的疲劳寿命增加。在工程结构疲劳设计、分析及应用超载迟滞效应时应予以注意。     

停歇对疲劳裂纹扩展超载迟滞效应影响的研究

本文用 16 Mn和 A 537 两种普通低合金钢试件,较系统地研究了停歇对疲劳超载迟滞效应的影响。研究表明,疲劳载荷中的停歇对超载迟滞效应有明显影响,其影响的程度大小与停歇时的载荷 P_H,停歇时间 t_H 等因素密切相关;不但可能使试件的疲劳寿命减少,也可能使试件的疲劳寿命增加。在工程结构疲劳设计、分析及应用超载迟滞效应时应予以注意。     

超长寿命热—超声疲劳行为

工作频率在15－30kHz的超声疲劳技术是一种可以获取十亿周级以上超长寿命疲劳数据的可行而有效的方法。试件在高频超声载荷作用下会不可避免地产生摩擦生热。本文在研究球墨铸铁材料的超高周疲劳性能的同时，利用一种非接触红外线自动测温系统对整个实验过程中的试件进行了温度测试，实验表明超长寿命试件的温度变化可由两段组成：①10^7周前的温度徙升及随后的短暂下降；②10^7周后的相对温度平衡稳定。研究还进一步探讨了超长寿命疲劳的温度和频率效应。     

CrMoV合金钢的微动疲劳实验研究

本文利用一种自行设计的微动疲劳实验装置研究CrMoV合金钢的微动疲劳特性。作者研究了接触压力对材料微动疲劳寿命的影响规律,得到了研究条件下CrMoV合金钢的接触压力阈值。当接触压力较小时,微动桥压块与试件表面间有相对滑动,微动疲劳寿命随接触压力的增加快速下降;当接触压力达到或超过阈值62.5MPa时,微动疲劳寿命达到最低值并不再随接触压力的增加而下降。本文给出了CrMoV合金钢在接触压力为225MPa的微动疲劳曲线和零接触压力(纯)疲劳曲线,并给出微动疲劳强度与常规疲劳强度的关系,分析了微动疲劳破坏的微观机理。     

GCr15钢超声微动疲劳性能研究

由微动产生的裂纹萌生对钢组件的疲劳强度具有重要影响。本文选择GCr15轴承钢,在20kHz超声疲劳试验机提供的循环载荷作用下,测试其超长寿命微动疲劳性能。试验结果显示,在109循环周次下微动疲劳强度影响因子达到0.37。通过电子扫描电镜观察试件磨损面和微动疲劳断口,并分析了高频超长寿命微动疲劳断裂机理。高周疲劳裂纹通常会在磨损面的粘着区与滑移区交界处萌生,超高周疲劳裂纹在粘着区内萌生。微动磨损面的面积以及磨损面的粘着区都随着试件疲劳寿命的增加而增加。     

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。     

超高周疲劳试件尺寸优化设计研究

针对超高周疲劳试件疲劳区长度设计的随意性大、要求不明确等问题,本文通过建立超高周疲劳试件的理论模型,定义了应力放大系数、疲劳区尺寸等关键设计指标参数,探索了各指标参数随试件尺寸的变化规律。结果表明,随着试件疲劳区长度的增加,试件应力放大系数反而减小,应力均匀度降低。这成为制约试件尺寸设计的主要矛盾。为了确定超高周疲劳试件的合理疲劳区长度,本文提出了超高周疲劳试件设计的约束条件和优化指标,实现了超高周疲劳试件的尺寸优化设计,得到疲劳区的合适范围为5mm~10mm。通过本文提出的尺寸优化指标求解出6063铝合金超高周试件疲劳区半长度应取6mm。     

微动对LY12CZ铝合金材料疲劳寿命的影响

选用航空铝合金材料LY12CZ为研究对象,以试验为基础,研究了微动对其疲劳寿命的影响.结果表明:在相同的循环应力下,LY12CZ铝合金的微动疲劳寿命比常规疲劳寿命大大降低,最大降幅达到了55%;对于受微动影响的结构,疲劳裂纹形成阶段时间非常短,其寿命只占整个疲劳寿命的15%～20%;微动疲劳裂纹扩展寿命随接触压力、参数Q/fP的增加而降低,随压头曲率半径的增加而增加,而扩展寿命与总寿命的比值Np/Nt随接触压力、参数Q/fP的增加而增加,随压头曲率半径的增加而降低,且参数Q/fP对Np/Nt的影响最大,压头曲率半径最小,接触压力介于二者之间.     

飞机谱载下铝合金锪窝孔结构腐蚀疲劳研究

通过战斗机谱载下7475—T761铝合金紧固孔试件空气与3．5％NaCl环境中的疲劳试验和断口分析，得到了相应结构疲劳全寿命和孔边角裂纹的裂纹长度-寿命数据．通过三维有限元分析得到了孔边角裂纹的应力强度因子．采用我们新近发展的三维疲劳寿命分析软件，基于材料裂纹扩展基准曲线和一组直通孔实验数据，对锪窝孔结构角裂纹的疲劳和腐蚀疲劳扩展寿命进行了预测．结果表明，提出的基于三维断裂力学的寿命预测方法和软件对复杂结构的全寿命有精确的预测能力，比传统的局部应变法优越，可适用于复杂环境下三维结构的疲劳寿命分析．     

应力场强(SFI)法下的疲劳缺口系数K_f的计算

着重研究场强法理论下疲劳缺口系数Kf的计算．结果表明应力场强法理论下的疲劳缺口系数Kf与试验结果符合得较好,用应力场强法理论计算得到的等幅和变辐载荷的寿命与试验寿命也符合得较好．     

估算变幅疲劳寿命的等效折算法

介绍了估算变幅疲劳寿命的等效折算法。该法的主要思想是通过特定的等效寿命函数,依次将变幅疲劳中的各级循环次数均等效折算为某一循环下的已耗寿命,即将变幅疲劳转化为等幅疲劳,来估算其寿命。给出了两种形式的等效寿命函数,一种考虑了变幅疲劳的加载次序效应,另一种则适用于加载次序效应不强的随机性谱载。四种材料的实际评估结果显示,无论对于分级加载还是随机性谱载,该法的寿命预测精度均明显高于同类型的其它五种方法。该法仅依赖于等幅试验数据,不含任何待定参数,计算简单,适合于工程运用。     

随机超载对疲劳裂纹扩展迟滞效应的模拟

考虑超载的迟滞效应,对随机超载作用下的疲劳裂纹扩展进行了模拟计算．载荷谱为在基本恒幅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．采用裂纹闭合模型考虑超载的迟滞效应,认为裂纹张开应力在超载引起的塑性区内按线性规律衰减．循环续循环模拟计算出裂纹从初始长度一直到疲劳破坏的扩展曲线．据此,计算了各种超载发生强度和大小下的疲劳裂纹扩展寿命的平均值与标准差。     

Rapid Determination of Fretting Fatigue Limit by Infrared Thermography

This paper demonstrates the feasibility of infrared thermography to determine the so-called fretting fatigue limit. Fretting fatigue tests are performed on aluminum and steel specimens. The coupled fatigue and tangential loads are sequentially increased (block loading) whilst the normal load is kept constant for all blocks. The temperature data is processed and analyzed using a Fast Fourier Transform (FFT) algorithm implemented in the commercial software Matlab. It is demonstrated that the second harmonic of the temperature signal can be linked to the specific loading block below which no or negligible damage is generated in the specimen. The stress amplitude of this block is considered to be a best estimate of the fretting fatigue limit. A constant amplitude fretting fatigue test with this stress amplitude confirmed that the specimen remains intact at 10⁷ cycles.     

高强度钢的超高周疲劳裂纹扩展模型研究

当疲劳寿命在106或107周时,Wöhler S-N 曲线被看作渐近于水平轴,107的疲劳强度被看成是疲劳极限。现代应用要求延长零件的工作寿命,实际齿轮部件应用超过107循环的疲劳失效。本文应用压电超声疲劳试验机对经过热处理和渗碳处理后的低铬合金钢材料进行研究,采用红外摄像仪观测试件表面的温度场随疲劳裂纹萌生和扩展的过程。试验条件是室温,应力比为0.1（R=0.1）,频率为20KHz。通过对表面渗碳处理后试件的断口分析,探讨表面渗碳处理、微观结构和与杂质有关的断裂机理,根据Paris公式建立超高周疲劳裂纹扩展模型。对裂纹扩展过程中裂纹尖端的塑性区的分析结果,结合传热学原理,建立热耗散模型,有限元方法的数值解结果较好地符合红外摄像仪的观测的试验结果。     

冻融和疲劳对预应力受弯构件损伤的影响

通过15根预应力及普通混凝土试验梁在经历不同冻融循环次数后的疲劳试验, 探索试验梁 相对动弹模衰减规律, 以相对动弹模为损伤变量, 通过方差分析方法定量分析冻融和疲劳两 种因素对构件损伤的影响. 研究表明试验梁在冻融和疲劳荷载双因素作用下, 初期以冻融损 伤为主, 之后很快发展为以疲劳损伤为主, 疲劳损伤是构件的主要损伤因素. 施加预应力或 提高预应力度对试验梁疲劳损伤有较明显的抑制作用, 将缩短试验梁全寿命中以疲劳损伤为 主的时间.     

谱载荷下疲劳寿命的累积破坏率法研究

提出一种新的估算谱载荷下疲劳寿命的方法,即累积破坏率法,该方法根据等幅试验结果,推导出母体的特性,从而利用累积破坏率法估算谱载荷下的疲劳寿命,该方法简便实用,其预测能力明显优于其它方法。     

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.