非对称循环载荷下材料低周疲劳寿命分析与计算

提出了一个用于计算非对称循环载荷下材料低周疲劳寿命的累积损伤模型和方法,该方法利用全应变幅及损伤积累来控制和计算疲劳寿命,并给出了裂纹的开裂尺寸和开裂方向,这为我们进行各种疲劳寿命计算以及结构优化设计提供了一个新的思路和方法。     

复杂应力状态镍基单晶合金低周疲劳损伤模型

根据连续介质损伤力学理论,采用应变能释放率作为热力学广义力描述正交异性材料的疲劳损伤过程,引入取向函数考虑镍基单晶合金晶体取向对疲劳损伤的非线性影响,提出了一个各向异性疲劳损伤模型。应用多元线性回归分析方法,拟合疲劳试验数据可确定模型参数。从应变能释放率的应变空间表达式出发,导出了含有3个弹性常数的单晶合金应变三轴性因子,它既反映了材料性能的晶体取向相关性,又反映了正应力和剪应力的相互作用,并可退化为各向同性材料的应变三轴性因子。利用该模型对CMSX-2镍基单晶合金在应力控制对称循环拉-扭载荷作用下的低周疲劳寿命进行预测,预测值与试验值吻合的相当好,试验所得数据均落在2.2倍偏差的分布带内。     

考虑应力集中的镍基单晶合金低周疲劳公式

对不同取向、带应力集中状态下镍基单晶合金构件的低周疲劳寿命进行了研究.在理论应力集中系数和载荷比确定的前提下,只要确定了缺口根部的剪应力范围,在不考虑分散性的情况下,缺口试棒的寿命是确定的.而此时,光滑试棒也一定存在某一个应力水平,在该应力水平下光滑试棒与缺口试棒的寿命相等;这时等寿命的光滑试棒与缺口试棒的最大剪应力范围之间存在一定的关系.根据这种关系,本文建立了剪应力范围的修正系数法,其与试验所得到的不同取向缺口试棒的低周疲劳寿命之间的最大偏差倍数为3.45,而直接采用光滑试棒剪应力范围寿命公式与实验寿命之间的最大偏差倍数为1681倍.结果表明,采用剪应力范围修正系数法预测不同取向的缺口试棒低周疲劳寿命具有较高的精度.     

镍基单晶合金多轴非比例加载低周疲劳研究

基于正交设计, 分别在680℃和850℃下进行DD3镍基单晶合金薄壁圆管试样([001]取向)拉/扭非比例加载低周疲劳试验, 研究等效应变范围、应变路径角、拉/扭载荷相位角、循环特性和温度诸因素对镍基单晶合金多轴低周疲劳寿命的影响作用. 疲劳试验数据的极差分析表明, 应变路径角、拉/扭载荷相位角和等效应变范围是影响疲劳寿命的主要因素. 将菱形应变加载路径区分为比例加载段和非比例加载段, 提出了表征非比例加载效应的等效应变参量, 并通过引入单晶应变三轴性因子反映拉/扭应变路径角对多轴疲劳寿命的影响. 用考虑非比例加载效应的等效应变范围和单晶应变三轴性因子构造循环塑性应变能损伤参量, 进行多元线性回归分析, 疲劳寿命回归模型与试验寿命具有很好的相关性, 所有试验数据都落在2.0倍的偏差分布带之内.      

低周-超高周复合循环疲劳实验及寿命模型研究

复合循环疲劳是燃气轮机叶片和压力容器构件广泛存在的一种疲劳破坏形式.本文以不锈钢S310为研究材料,分别进行了低周疲劳实验、超高周疲劳实验、低周-超高周复合循环疲劳实验,并基于疲劳实验结果和损伤累积理论提出了低周-超高周复合循环疲劳寿命预测方法.通过多组数据与多个复合循环疲劳寿命预测模型的对比,发现本文所提模型在复合循...     

基于应变能的复杂应力场低周疲劳分析

塑性应变能使材料微观组织结构发生不可逆变化,从而引起等效宏观应力,该应力随循环加载而增大．假定材料疲劳源处破坏是由最大拉应力引起的,最大等效宏观应力与外加应力叠加达到材料本征断裂应力时形成微裂纹．微裂纹引起上述两部分应力变化,继续加载直至宏观裂纹出现,从而得到材料的疲劳寿命．本文所建立的多轴疲劳寿命公式包含材料参数、拉应力以及塑性应变能等,以上数据可通过单轴疲劳数据和有限元方法获得．通过对SM45C材料的计算验证,表明该模型对多轴随机应变加载低周疲劳寿命,具有良好的预测结果．     

Q345低周疲劳性能与疲劳寿命预测分析

本文对结构用钢Q345的低周疲劳性能进行了试验研究。试验在常温下岛津电液伺服疲劳试验机上进行,采用轴向应变控制方法,恒定应变速率为0.005s-1,应变比为-1。试验结果表明,初始阶段,Q345在高应变幅值(0.6%)循环作用下出现循环硬化效应,而在低应变幅值(0.6%)作用下出现循环软化效应;随着加载应变幅的增加,硬化和软化率呈直线上升趋势。Q345疲劳裂纹萌生阶段占其整个寿命的60%以上,其裂纹萌生寿命与应变幅存在幂函数关系。根据Coffin-Manson公式得到了Q345的应变-寿命关系公式;采用能量预测法得到了材料的塑性应变能与疲劳寿命的关系表达式。上述结果对钢结构的设计、评估具有重要的工程应用参考价值。     

薄钢板低周疲劳测试技术研究

汽车钢板材料由于厚度较薄,在低周应变疲劳性能测试中,试样容易发生屈曲,并且受限于试验段的标距,无法使用传统机械式引伸计进行应变的测量,在工程中,其低周疲劳性能的测试是一项技术难点.论文基于数字图像相关技术,提出了一种非接触式的光学引伸计,结合光学显微镜头和防屈曲装置,实现材料表面应变的实时监测.该动态应变测量系统使用普通的CCD相机,采用了优化的计算方法,应变测量的频率可以高达60 Hz.该动态应变测试技术可以广泛地应用于各个工程领域的动态变形测量.     

钢构件应力集中区低周疲劳分析及实验研究

针对两个具有应力集中区的特定钢构件的低周疲劳问题进行理论分析和实验研究。文中提出了一套低周疲劳分析的相关近似方法 :由材料静力参数估算其疲劳参数 ,并利用实验数据加以修正 ,获得了循环应力 -应变曲线和应变 -疲劳寿命曲线 ;进而把非线性有限元法和局部应力应变分析结合在一起计算疲劳寿命。理论结果和实验结果作了比较 ,从而证明本文提出的分析方法是行之有效的。     

非比例载荷下多轴低周疲劳研究最新进展

近年来对多轴低周疲劳的研究已引起广泛重视，其疲劳损伤积累、裂纹萌生、寿命预测方法等都与单轴情形有很大的不同．本文对近年来多轴低周疲劳的研究现状进行了评述，讨论了各种多轴疲劳寿命估算方法，并着重讨论了非比例加载下的低周疲劳     

TEMPERATURE EFFECT ON LOW-CYCLE FATIGUE BEHAVIOR OF NICKEL-BASED SINGLE CRYSTALLINE SUPERALLOY

The low-cycle fatigue （LCF） behavior of a nickel-based single crystal superalloy with [001] orientation was studied at an intermediate temperature of T0℃ and a higher temperature of To ＋ 250℃ under a constant low strain rate of 10^-3 s^-1 in ambient atmosphere. The superalloy exhibited cyclic tension-compression asymmetry which is dependent on the temperature and applied strain amplitude. Analysis on the fracture surfaces showed that the surface and subsurface casting micropores were the major crack initiation sites. Interior Ta-rich carbides were frequently observed in all specimens. Two distinct types of fracture were suggested by fractogaphy. One type was characterized by Mode-I cracking with a microscopically rough surface at To ＋ 250℃. Whereas the other type at lower temperature T0℃ favored either one or several of the octahedral {111} planes, in contrast to the normal Mode-I growth mode typically observed at low loading frequencies （several Hz）. The failure mechanisms for two cracking modes are shearing of γ＇ precipitates together with the matrix at T0℃ and cracking confined in the matrix and the γ/γ＇interface at To - 250℃.     

高温合金材料循环相关热机械疲劳寿命预测

在变温非线性运动强化规律所描述的高温合金材料热机械寿命应力－应变循环特性的基础上，讨论了应变控制的循环相关热机械疲劳寿命预测技术，所建模型采用了由应变以密度表示的损伤参数，并且引入了温度损伤系数，考虑了温度变化范围以及温度循环和应变循环相位关系对疲劳寿命的影响，在确定模型的一些参数，采用等温力学试验和疲劳试验的数据，为了把等温疲劳研究成果推广到变温疲劳分析领域，开辟了新的途径。     

立方晶体单晶材料屈服面的研究

将Hill屈服准则用于DD3镍基单晶合金屈服应力的预测，通过与试验结果比较发现，在760℃时的误差较大，根据立方单晶材料的屈服特点，用正应力偏张量平方与剪应力偏张量平方乘积项构成的应力不变量考虑单晶合金偏轴受载时存在的拉、剪应力耦合效应，提出了一个在工程上实用的新屈服准则．在新屈服准则中出现的参数可以通过单向拉伸试验确定，给出了确定这些参数的方法，并重新定义了适合新屈服准则的等效应力和等效应变，对各向同性材料，新屈服准则退化为Von Mises屈服准则，新定义的等效应力和等效应变退化为Von，Mises等效应力和等效应变，用新屈服准则对国产DD3单晶合金的屈服应力进行预测，能很好地符合试验结果；与Hill屈服准则比较，在760℃时的预测精度显提高。     

FATIGUE LIFE PREDICTION OF RC BEAMS STRENGTHENED WITH PRESTRESSED CFRP UNDER CYCLIC BENDING LOADS

The application of prestressed carbon reinforced polymer(prestressed CFRP)in reinforced concrete(RC)members can improve the mechanical properties of strengthened structures and strengthening efficiency.This paper proposed a semi-empirical prediction formula of fatigue lives of the RC beams strengthened with prestressed CFRP under bending loads.The formula is established based on the fatigue life prediction method of RC beams and fatigue experimental data of non-prestressed CFRP reinforced beams done before.Fatigue effect coefficient of the formula was confirmed by the fatigue experiments of the RC beams strengthened with prestressed carbon fiber laminate(prestressed CFL)under cyclic bending loads.Fatigue lives of the strengthened beams predicted using the formula agreed well with the experimental data.     

基于总循环应变能的疲劳寿命计算模型

从总循环应变能的角度出发, 提出了一个新的疲劳寿命计算模型, 通过对30CrMnSiA 钢和AISI 4340钢两种材料的的疲劳寿命计算, 并与相关实验数据对比, 证明了该模型计算疲劳寿命较为准确.     

谱荷载下剩余强度衰减的混凝土疲劳寿命可靠性分析

在Ｓ－Ｎ曲线的基础上，建立了一个描述混凝土剩余强度衰减的模型，并利用该模型对在谱荷载作用下混凝土试件的疲劳寿命及其可靠性进行了分析，得到疲劳寿命基于三参数Ｗｅｉｂｕｌｌ分布的分布函数．通过试验验证了该方法得出的结果是可靠的，且计算简便，便于在工程中应用．     

基于临界平面法的拉扭双轴疲劳寿命估算模型

基于临界平面法,分析了WB模型的缺陷.研究发现:WB模型中的法向应变变程不能很好地反映材料非比例循环加载下的附加强化现象,且模型中的经验常数是一个与寿命相关的参数,该参数不能简单的利用拉伸和扭转疲劳极限来确定.为克服WB模型的缺陷,提出了一个新的有效循环变量,引入了一个新的应力相关因子,建立了新的寿命估算模型.新的有效循环变量不含经验常数,应力相关因子能够反映材料非比例循环加载下的附加强化现象,所建模型能够精确估算材料的多轴疲劳寿命,便于工程应用.     

高温合金材料循环相关和时间相关热机械疲劳循环性能模拟

从平衡热力学不可逆系统出发，用非线性粘弹塑性运动强化莱模拟高温合金材料的应变控制热机械疲劳循环特性。讨论了温度变化和应变循环的相位关系，循环相关和时间相关热机械疲劳损伤机制，蠕变和疲劳间的相互作用。在建立本构关系和状态方程时，均考虑了温度变化所产生的影响。