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。     

平行于裂纹方向的载荷对于疲劳裂纹扩展速率的影响

1. 引言断裂力学在疲劳裂纹扩展的研究中得到了成功的应用。但是,现有的疲劳裂纹扩展数据大都是从单向加载的试件上得到的。而实际构件通常处于双向载荷或多向载荷的状态下。在对构件作寿命估计时,双向载荷对于疲劳裂纹扩展速率的影响是一个必须要考虑的因素。在1966年Christensen等曾指出,实验表明在双向载荷下疲劳裂纹扩展速率为单向载荷时的三倍,但它只给出了实验结果的示意图。后来有限的一些实验数据得出各不相同的结论。大部分试验结果表明,平行于裂纹方向的载荷对于裂纹扩展的影响很小。也有数据表明它会加快或减慢裂纹扩展。     

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。     

预冷变形对Cu-Ni-Si铜合金疲劳性能和破坏行为影响研究

为了研究预冷变形处理对Cu-Ni-Si铜合金的疲劳性能和破坏行为的影响,对含有预冷变形处理和不含预冷变形处理的Cu-Ni-Si铜合金进行拉伸实验、疲劳实验、裂纹扩展实验等相关实验,并通过扫描电镜对试样疲劳断口进行观察。结果表明,预冷变形处理大幅提高了材料机械强度、降低了材料韧性,同时使疲劳强度降低,其中,107寿命对应疲劳强度下降4.7%。试样的疲劳破坏均萌生自表面的晶体滑移,预冷变形处理的试样在裂纹扩展阶段表现为穿晶破坏,而不含预冷变形处理的试样在裂纹扩展阶段表现为沿晶和穿晶的混合破坏模式。预冷变形处理试样在裂纹稳定扩展阶段,表现为剪切型破坏,而不含预冷变形处理的试样在裂纹萌生后,裂纹转向在最大拉应力面内扩展直到最终的破坏。由上述结果可知,预冷变形改变了Cu-Ni-Si铜合金的疲劳破坏行为,从而影响了其疲劳性能。     

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．     

利用间隙元的方法计算和分析疲劳寿命

提出了一个利用结构有限元方法中间隙元的原理来计算和分析疲劳寿命的新的累积损伤模型和方法。该方法利用间隙来模拟裂纹的形成和扩展 ,并提出新的累积损伤理论。不仅可以得到构件的疲劳总寿命 ,而且还可以用于计算裂纹的生成寿命、扩展寿命。同时又描述了裂纹的开裂过程 ,即裂纹的开裂尺寸和开裂方向。这为进行各种疲劳强度设计提供了一个新的思路和方法     

疲劳裂纹扩展门槛值的研究进展

Ⅰ.引言 大量的研究和疲劳裂纹扩展的试验表明,对于存在一定尺寸裂纹及缺陷的材料或构件,只有当裂纹尖端的应力强度因子达到或超过某一值时,裂纹才会在交变应力的作用下扩展。当裂纹尖端的应力强度因子小于这一值时,裂纹在交变应力作用下不发生扩展。这个应力强度因子值,就是界限应力强度因予幅值△K_(th),在疲劳研究中称为裂纹扩展的门槛值。 门槛值△K_(th)和疲劳裂纹扩展速率da/dN一样,是反映带裂纹或缺陷构件抗疲劳性能的     

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。     

疲劳文献的初步分析

疲劳是力学上的一个分支.主要是研究材料和构件在承受交变循环载荷作用下的强度、应力状态与寿命关系问题.材料在循环加载下,某部可发生损伤递增过程.经一定的应力或应变循环后,损伤累积可使材料产生裂纹,进一步扩展后可完全断裂.这种情况叫作疲劳破坏.疲劳问题是一个涉面很广的学术课题.据统计, ...     

地磁场环境下烧结钕铁硼疲劳破坏在线监测方法研究

作为一种典型的硬磁材料,烧结钕铁硼在疲劳断裂时具有突发性、不确定性和紧迫性等特性,难以对其疲劳裂纹扩展过程进行在线监测。为了实现对烧结钕铁硼零构件在长期服役期间疲劳破坏全过程的在线监测,本文根据力磁耦合效应构建了地磁场环境下烧结钕铁硼的疲劳状态演变方程,将磁感应强度值作为描述疲劳破坏的状态参数。利用高精度测磁传感器采集微磁信号,通过获取的磁感应强度值对烧结钕铁硼疲劳破坏过程进行在线监测。疲劳试验结果表明：磁感应强度值与多项式拟合曲线残差值变化趋势能够准确地预测烧结钕铁硼疲劳裂纹扩展过程中脆性疲劳断裂的时刻。同时,磁感应信号曲线的变化可以无失真地反映钕铁硼材料在应力作用下产生疲劳破坏的全过程。     

负超载对Al-2024疲劳裂纹扩展的影响

本文讨论了负超载对Al-2024铝合金材料疲劳裂纹扩展的影响,试验发现在大量负超载循环周次之后也有裂纹停滞现象发生。这种停滞现象的产生与剪切唇的形成有关。本文发现负超载期间的剪切唇(简称剪切唇Ⅰ)和负超载之后的剪切唇(简称剪切唇Ⅱ)对疲劳裂纹扩展速率影响的程度不同。从裂纹闭合的观点建立了负超载对疲劳裂纹扩展影响的计算模型。     

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.     

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。     

疲劳裂纹亚临界扩展路径的预估和实验研究

本文根据线弹性断裂力学复合型裂纹扩展的原理,应用数值计算方法预估了船体仓口甲板模型疲劳裂纹亚临界扩展的路径,并进行了实验验证。结果表明:疲劳裂纹亚临界扩展的路径可以用线弹性断裂力学复合型裂纹扩展方向来预估,当构件承受的最大名义应力小于0.6δ_(v2)时,预估得到的裂纹扩展路径与实验结果符合得相当好。     

狭长缺口根部萌生的小裂纹扩展分析

根据伴随着小裂纹延展过程中不同力学参数相互作用的分析研究基础之上,我们就疲劳小裂纹的扩展特性进行了分析,根据不扩展裂纹性质对小裂纹的长度范围进行了讨论,探讨了狭长缺口根部萌生的小裂纹扩展速率, 并研究了不扩展裂纹形成机理,推演出不扩展裂纹长度计算方法,发展出一种预测小裂纹扩展行为的方法,借助这种方法可以实现裂纹萌生寿命的预测,与疲劳设计相结合可以进一步提高构件安全性与可靠性．不扩展小裂纹的长度可以通过计算定量得到,它与材料的疲劳极限、裂纹门槛值及缺口尺寸等参数紧密相关．以理论数据为依据,可以设计出针对一定材料及尺寸的试样,使其在一定荷载条件下不扩展裂纹长度达到宏观可观测的范围,进而降低小裂纹测量方面的技术难度,进一步验证不扩张裂纹形成机理．     

疲劳裂纹扩展的自动控制

本文研究的疲劳裂纹的自动控制系统，不但可以对构件的疲劳裂纹扩展进行监控，而且还可对材料的断裂参量进行监测与显示．     

疲劳裂纹随机扩展模型进展

本文分析了疲劳裂纹扩展具有分散性的主要来源，对疲劳裂纹随机扩展模型从唯象学的角度作了较为详细的分析和回顾．尽管疲劳裂纹随机扩展问题已有了很多的研究结果，但还有许多问题有待进一步的深入研究．     

测定薄板疲劳裂纹扩展门槛值的升降法

测定疲劳裂纹扩展门槛值传统方法的整个过程只测出裂纹扩展门槛值的一个观测值,而由于材料不均匀等客观因素的限制,传统试验法的结果具有一定的随机性.本文利用升降法的原理,提出一种测定疲劳裂纹扩展门槛值的升降法:预制裂纹并逐级降载使裂纹扩展速率接近门槛值速率,设定应力强度因子的级差,按照设定级差逐级降载,直至裂纹扩展速率低于门槛值速率,然后开始升载,直至裂纹扩展速率高于门槛值速率,再开始降载,如此重复进行即可以在疲劳裂纹扩展门槛值附近测得多对相反的数据点.运用小子样升降法数据处理方法,就可得到疲劳裂纹扩展门槛值的均值和方差.最后通过某型铝合金薄板疲劳裂纹扩展门槛值的测定试验验证了此方法的可行性.     

基于小裂纹理论的疲劳设计方法研究

根据ETS理论,引入小裂纹的特征尺寸0a,对从缺口根部萌生的小裂纹扩展机理进行研究,并将小裂纹理论与疲劳设计理念相结合,进一步提高了构件的安全性.结果表明:基于小裂纹理论分析缺口构件的疲劳性能时,可通过缺口几何尺寸、外荷载、材料疲劳极限、裂纹扩展门槛值等参数来确定缺口敏感系数q的值,这种方法与目前常用的利用经验公式计算q的方法相比具有明显优势;设计中恰当地考虑小裂纹行为,能够计算出构件对无法检测的小裂纹的容许应力,这对结构的安全性分析是十分有利的;将环境影响下的裂纹问题等效为疲劳小裂纹问题,有利于从力学角度对其进行分析.     

随机应力过程下半椭圆型表面裂纹的扩展

本文应用随机平均原理研究了在随机载荷作用下具有随机抗裂特性的构件所含半椭圆型表面裂纹的疲劳扩展。导出了支配半椭圆型表面裂纹尺寸的转移概率密度的ＦＰＫ方程，给出了裂纹扩展方程在表面和深度两个方向互不耦合情形下的解析解。通过数例详细考察了具有确定性抗裂特性的构件所含半椭圆型表面疲劳裂纹在平稳窄带高斯应力作用下的扩展行为，并有和数字模拟验证方法的有效性。