基于电能耗散的金属材料疲劳损伤测量

根据电磁学原理，提出了基于电能耗散的疲劳损伤定义，指出其较能反映金属材料疲劳损伤的特征。获得了用电阻变化测量疲劳损伤的公式，应用计及疲劳极限和循环应力幅影响的非线性累积疲劳损伤模型，给出了金属材料疲劳损伤的剩余寿命预测公式。通过正火45^#碳钢的旋转弯曲疲劳试验，验证了本文提出的剩余寿命预测公式的可靠性，和韧性耗散测量疲劳损伤相比较；说明了用电阻测量疲劳损伤的合理性。     

海洋平台K型管节点的疲劳裂纹扩展分析Ⅰ:试验测试

对承受疲劳载荷的海洋平台K型管节点首先进行了静力测试,确定了沿着焊缝的热应力区的应力分布及热应力区最大应力点的位置,从而判断裂纹产生的位置;然后通过专用测试设备提供循环疲劳载荷,用ACPD(Alternating Current Potential Drop,即交流电流势能落差法)技术检测裂纹的产生和增长过程,得到裂纹最深点,用S-N曲线估算其疲劳寿命。对已有裂纹的K型管节点,用应力强度因子估计其剩余寿命。同时用测试的结果验证了S-N的准确性和可靠性。     

基于矩法的应力疲劳寿命可靠性曲线分析方法

通过对Weibull分布、正态分布、指数分布等常用概率模型函数的中值疲劳寿命和高可靠度疲劳寿命关系的分析,建立了应力疲劳寿命可靠性通用表达式.指出疲劳寿命服从各常用分布的可靠性公式都可看作应力疲劳寿命通用公式的特例.基于概率模型分布函数的矩法理论,提出了适用于5种常用概率模型分布的应力疲劳寿命可靠性曲线分析方法.应用基于矩法的应力疲劳寿命可靠性曲线分析方法,获得了42CrMo硬齿面齿轮轮齿弯曲疲劳试验寿命数据的中值疲劳寿命和高可靠度疲劳寿命曲线方程.     

海洋平台K型管节点的疲劳裂纹扩展分析I:试验测试

对承受疲劳载荷的海洋平台K型管节点首先进行了静力测试,确定了沿着焊缝的热应力区的应力分布及热应力区最大应力点的位置,从而判断裂纹产生的位置;然后通过专用测试设备提供循环疲劳载荷,用ACPD(Alternating Current Potential Drop,即交流电流势能落差法)技术检测裂纹的产生和增长过程,得到裂纹最深点,用S-N曲线估算其疲劳寿命.对已有裂纹的K型管节点,用应力强度因子估计其剩余寿命.同时用测试的结果验证了S-N的准确性和可靠性.     

自紧身管疲劳寿命的可靠性分析

基于概率断裂力学理论和Monte Carlo模拟方法，给出了自紧身管疲劳寿命的可靠性分析方法．自紧残余应力采用了符合身管材料具有强化和包辛格效应性能推导的公式计算，身管工作的应力强度因子通过权函数方法得到．实例分析结果表明，对数正态分布为身管疲劳寿命的最佳分布，同时给出了各种置信度和可靠度下的身管疲劳寿命．另外，还分析了初始裂纹尺寸和材料的断裂韧性对身管疲劳寿命的影响．该研究对保证身管的安全，避免灾难性事故的发生具有重要意义．     

一种考虑非比例附加损伤的多轴低周疲劳模型

在实际工作环境中,机械结构往往承受着多轴非比例循环载荷.相比多轴比例循环加载,多轴非比例循环加载由于产生了附加强化现象,造成机械结构疲劳寿命下降.通过分析薄壁圆筒管件在非比例加载工况下应力应变变化规律和发生破坏位置,本文基于临界面法提出一种考虑多轴非比例附加损伤的疲劳模型.该模型将最大剪切应变幅平面作为临界面,提出一个新的附加强化因子,结合临界面上切应变幅和正应变幅组成新的多轴疲劳损伤参量.此参量不仅考虑了非比例加载下临界面上正应变幅和切应变幅对材料造成的疲劳损伤,还考虑到应变路径的变化和材料非比例加载敏感特性对材料疲劳寿命的影响.考虑到实际情况下模型所需材料附加强化系数有时难以获得的情况,给出了材料附加强化系数的有关近似计算公式.只需要材料基本力学参数便可得到材料附加强化系数,方便工程实际应用.采用8种材料的多轴疲劳寿命数据对提出的新模型进行检验,结果表明所提出的新模型与传统多轴疲劳模型相比预测寿命精度更高.      

一种考虑非比例附加损伤的多轴低周疲劳模型

在实际工作环境中,机械结构往往承受着多轴非比例循环载荷.相比多轴比例循环加载,多轴非比例循环加载由于产生了附加强化现象,造成机械结构疲劳寿命下降.通过分析薄壁圆筒管件在非比例加载工况下应力应变变化规律和发生破坏位置,本文基于临界面法提出一种考虑多轴非比例附加损伤的疲劳模型.该模型将最大剪切应变幅平面作为临界面,提出一个新的附加强化因子,结合临界面上切应变幅和正应变幅组成新的多轴疲劳损伤参量.此参量不仅考虑了非比例加载下临界面上正应变幅和切应变幅对材料造成的疲劳损伤,还考虑到应变路径的变化和材料非比例加载敏感特性对材料疲劳寿命的影响.考虑到实际情况下模型所需材料附加强化系数有时难以获得的情况,给出了材料附加强化系数的有关近似计算公式.只需要材料基本力学参数便可得到材料附加强化系数,方便工程实际应用.采用8种材料的多轴疲劳寿命数据对提出的新模型进行检验,结果表明所提出的新模型与传统多轴疲劳模型相比预测寿命精度更高.     

海洋平台X型管节点应力集中系数计算

本文以海洋平台中X型管节点为例,以ABAQUS为分析工具,计算了管节点在主要加载方式下的应力分布,尤其关注几何学上的最危险地带——撑管和弦管交汇处的应力集中系数.根据有限元计算结果绘出应力集中系数曲线,并与其它学者所得到的结果进行了对比.结果表明,从一定的精度意义和应力分布趋势来看,本文所得结果具有可靠性.从X型接头可以推广至其他型式,为分析各种环境条件分别对平台管架结构应力集中的影响、推导各种载荷作用下的海洋平台导管架应力、弯矩参数方程奠定了基础.     

海洋平台管节点应力分析研究工作展望

本文在我国目前海洋平台管节点研究工作的基础上,提出今后管节点应力分析研究的几点意见,包括对复杂管节点及组合载荷作用下的研究,管节点静强度应从冲剪强度准则转向极限强度准则的研究,弹-塑性分析的研究,以及管节点局部变形的研究等.对上述研究方向的目的、意义及作法等提出了看法.      

焊接管节点的腐蚀疲劳

引言北海的大部分近海结构都是由管状钢构件组成,这些结构的使用期限主要取决于焊接节点的疲劳持久度,为了试图定量确定这些寿命的控制参数,从而给设计者提供必要的数据,在英国进行了一个有关大尺寸管节点的疲劳试验计划,该计划的四个主要部分是: 1.焊接管节点的应力分析;2.在空气中焊接管节点的疲劳试验;3.在空气中和海水      

复杂节点冰激疲劳分析的高效谱分析方法

冰激疲劳是威胁渤海湾导管架平台安全的一个重要因素.由于疲劳分析需要考虑所有可能环境工况下的热点应力计算,因而往往是一个复杂而费时的过程,特别对于具有复杂节点的大型结构.本文提出了处理不规则复杂节点的冰激疲劳分析的高效谱分析方法,采用既可以考虑结构整体又可以模拟局部节点细节的混合有限元模型,并结合虚拟激励法来计算热点应力的功率谱密度,在保证精度的前提下大大提高了疲劳分析效率.最后通过一个实际平台的疲劳分析实例表明了方法的可行性和实用性.本文提出的方法也可以应用于受循环载荷作用的其他结构疲劳分析中.     

海洋平台导管架结构分析中管节点局部柔度的等效单元

本文建立了一种在海洋平台导管架有限元分析中代表管节点局部柔度的等效单元,可有效地反映管节点在轴力和弯矩作用下的局部变形性质,并导出了T型、Y型以及K型管节点的局部柔度等效单元的刚度矩阵。本文建立的等效单元可方便地与通用结构分析有限元程序(如SAP5)配合,对海洋平台导管架进行计及管节点局部柔度的精确静动力分析。作者编制了与SAP5配合使用的前处理程序,可自动生成符合SAP5输入格式的等效单元读入刚度矩阵的数据。文中给出了说明等效单元应用方法的简单算例。与有限元法计算的结果比较表明,用等效单元模拟管节点的局部柔度是必要的和准确可行的。     

欧洲近海结构用钢研究计划的进展

欧洲近海结构用钢研究计划在第一阶段(1975—80年)关于海洋焊接结构在疲劳载荷下工作性能的研究基础上,于1981—87年继续进行了第二阶段的研究工作。参加国家有欧洲经济共同体6国及挪威、加拿大等。本文综合报道第二阶段研究情况与主要成果,内容包括:板厚对疲劳强度的影响,焊后改进技术与腐蚀疲劳,疲劳载荷及变幅疲劳试验,疲劳分析的断裂力学方法,某些管节点的应力分析等;并对研究计划的背景及今后研究工作的方向作了介绍。      

COURSE EXPANSION FOR FATIGUE PROBLEM IN THE COURSE OF MECHANICS OF MATERIALS BASED ON ONLINE COURSE

随着网络化的发展,在线课程平台正起着举足轻重的作用。在课程学时被大量压缩的情况下,基于在线课程平台,以扩展阅读的形式对书本知识 进行拓展正受到广泛重视。本文以工科专业重要学习内容——疲劳问题为例,基于在线课程平台将教材中金属材料在稳定交变载荷下的疲劳问 题,拓展到不稳定载荷下金属材料疲劳及非金属材料的疲劳问题,并通过实例给出疲劳寿命估算公式。利用在线平台整合资源、拓展知识,对培 养学生分析和解决问题能力具有重要作用。     

Very high cycle fatigue behavior of bridge steel welded joint

Very high cycle fatigue (VHCF) behaviors of bridge steel (Q345) welded joints were investigated using an ultrasonic fatigue test system at room temperature with a stress ratio R = ?1. The results show that the fatigue strength of welded joints is dropped by an average of 60% comparing to the base metal and the fatigue failure still occurred beyond 10⁷ cycles. The fatigue fracture of welded joints in the low cycle regime generally occurred at the solder while at the heat-affected zone (HAZ) in the very high cycle regime. The fatigue fracture surface was analyzed with scanning electron microscopy (SEM), showing welding defects such as pore, micro-crack and inclusion were the main factors on decreasing the fatigue properties of welded joints. The effect of welding defects on the fatigue behaviors of welded joints was discussed in terms of experimental results and finite element simulations.     

周期激励下单搭接接头强度与振动特性研究

主要研究汽车轻量化粘接结构在周期性振动载荷激励下强度与振动属性的改变。首先,利用实验手段,研究了振动载荷对单搭接接头疲劳特性的影响,分析了疲劳后接头的强度及模态频率的变化;其次,通过仿真分析方法,建立了基于经典双线性内聚力模型(Cohesive Zone Model)的单搭接接头静态及动态仿真模型,对胶接接头的模态频率、振型及加载开裂过程中胶层单元失效扩展进行模拟,与此同时,探讨了疲劳载荷对胶层内聚力模型的弱化效应。最后,利用SEM电镜分析手段,从微观上分析了粘接接头疲劳损伤及断裂机理。     

Mesoscale fatigue failure of welded joints of low-alloy steel

The fatigue failure kinetics for welded joints of low-alloyed steel is investigated by analyzing the displacement vector field under high-cyclic loading. Failure accumulation in the heat-affected zone at the mesoscale is found to possess a multi-stage character that is associated with the formation and evolution of mesostructure deformation and fragmentation. Identified are the pertinent parameters that described the mechanical state of welded joints under load.     

Integrated numerical–experimental analysis of interfacial fatigue fracture in SnAgCu solder joints

In ball grid array (BGA) packages, solder balls are exposed to cyclic thermo-mechanical strains arising from the thermal mismatch between package components. Thermo-mechanical fatigue crack propagation in solder balls is almost always observed at the chip side of the bump/pad junction. The objective of the experimental part of this study is to characterize the bump/pad interface under fatigue loading. Fatigue specimens are prepared by reflowing Sn3.8Ag0.5Cu lead-free solder alloy on Ni/Au substrates. Obtained results show that fatigue damage evolution strongly depends on the microstructure. Applied strain and solder volume both have an influence on the fatigue damage mechanism. In the numerical part of the study, fatigue experiments are modeled using the finite element technique. A cohesive zone approach is used to predict the fatigue damage evolution in soldered connections. Crack propagation is simulated by an irreversible linear traction–separation cohesive zone law accompanied by a non-linear damage parameter. Cohesive zone elements are placed where failure is experimentally observed. Damage evolution parameters for normal and tangential interaction are scrutinized through dedicated fatigue tests in pure tensile and shear directions. The proposed cohesive zone model is quantitatively capable of describing fatigue failure in soldered joints, which can be further extended to a numerical life-time prediction tool in microelectronic packages.