中低强材料弹塑性高周疲劳裂纹扩展速率的研究

本文通过对LY12R铝合金中心裂纹拉伸(CCT)试件、紧凑拉伸(CT)小试件和30CrMnSi钢CT试件的试验,验证了测试中低强材料高周疲劳裂纹扩展速率时,可用单一参量J积分范围△J来描述疲劳裂纹从线弹性到弹塑性条件下的扩展速率da/dN,即da/dN=c(△J)~v。在计算△J时,采用了解析式计算法,使试验程序和数据处理都得到了一定程度的简化。在测试方法上,采用了ASTM E647—78T中的各项要求和程序,除取消试件满足线弹性条件的几何尺寸限制外,仅增加对计算△J的标定试验。因此,从方法上来说,可以看作是ASTM E647方法的一个补充。     

LY12-CZ板材表面裂纹疲劳扩展特性的实验研究

本文对LY12-CZ板材半圆形表面裂纹在拉-拉疲劳循环下裂纹扩展特性进行了初步研究。试验采用“降载勾线法”,获得了α-N和c-N数据,对在铝合金中勾线的具体问题做了探讨,指出应力比是重要影响因素。提出了用取平均的方法来折算。等效勾线循环次数”。采用了多种方法处理试验数据。经过比较,认为对于表面裂纹扩展数据采用本文的“三点滑动二次曲线拟合法”比较简便合理,其结果与采用切比雪夫多项式拟合很接近。按照Paris公式和Forman公式整理裂纹扩展速率和应力强度因子幅值之间的关系,结果较好。通过试验,考察了过载对于裂纹扩展的影响。同时还对试样断口进行了电镜分析,得到了有益的结果。     

四参数全范围da/dN曲线测定方法研究

机械结构设计的损伤容限分析,需要使用材料疲劳裂纹扩展速率曲线性能。在总结传统疲劳裂纹扩展曲线的基础上,本文讨论了四参数全范围da/dN曲线公式;基于断裂力学原理,分别给出了此公式中材料裂纹扩展门槛值ΔKth,断裂韧性K1C和张开函数f的测定方法;利用多元线性回归法对试验数据进行了曲线拟合,得到了四参数全范围da/dN曲线公式的参数估计式;将此公式运用于不同应力比下的裂纹扩展速率试验数据拟合,通过试验数据的拟合结果可以看出:四参数全范围da/dN曲线公式,能够充分有效合理地表征全范围裂纹扩展速率的物理特性和宏观数据规律,且参数估计简便,拟合精度高;从而验证了四参数全范围da/dN曲线公式的有效性和合理性,并将得到广泛应用。     

带表面裂纹LY12板材弹塑性抗裂特性的研究

本文对不同的热处理状态(CZ、R)、厚度(B=6、8、10和14mm)和裂纹深度与板厚比(α_√B=0.45～0.55和0.20～0.30)的带表面裂纹LY12铝合金有限宽板进行了塑性抗裂特性的试验研究。提出了等效裂纹扩展假设,测得了起裂时表面裂纹咀的张开角口α1,它是常数;导出了裂尖张开角αT的近似计算公式,并测得裂纹扩展时αT的变化规律;测得了稳定扩展和失稳扩展过程中裂纹塑性张开角(dδ_(MP)/da)_S和(dδ_(MP)/da)_U,它们是不同的常数;还测得了不同的热处理状态、厚度和α_0/B带表面裂纹LY12板材从起裂到失稳的裂纹等效扩展量,它约为板厚的4%。     

基于统计学的疲劳裂纹扩展速率试验的最少试样数

提出了对数误差的概念,由此对疲劳裂纹扩展速率 da/dN 试验的最少试样数 n_(min)进行了讨论。     

35CrMo合金钢疲劳短裂纹扩展规律的试验研究

本文通过试验研究了35CrMo 合金钢三点弯曲试样疲劳短裂纹的扩展特性;用电测法得到了裂尖处的载荷—应变标定关系。试验结果表明,短裂纹的扩展速率正比于局部应力幅的幂次和裂纹长度,即 da/dN=A(?),可以较好地描述疲劳短裂纹的扩展规律。     

疲劳裂纹扩展的逻辑框架

人们已经发现应力强度因子变程△K与疲劳裂纹扩展率da/dN之间具有良好的对应关系,并由此建立了反映这些关系的各种理论。根据实验结果建立的疲劳裂纹扩展理论往往是假设性的(conjectory);但同时也可以用严谨的逻辑推理来导出疲劳裂纹扩展理论。演绎推导的理论和假设性的理论互为补充,促进了人们对疲劳裂纹扩展规律认识的不断深化。 本文对30年来疲劳裂纹扩展领域的工作进行了系统的总结,具体回顾考察了四种演绎推导理论:①无限大均匀宽板中的小裂纹扩展理论;②da/dN与△K相关的相似理论;③小范围屈服条件下均匀材料中的裂纹扩展理论;④链开式疲劳裂纹扩展理论,并将上述四种理论囊括在一个逻辑框架之中,用以分析疲劳裂纹扩展问题。本文也简述了如何应用这一逻辑框架来理解总结反映疲劳裂纹扩展行为的各种表达式,解释复杂的小裂纹扩展和复合材料中的裂纹扩展。     

双金属层状板中软界面层对裂纹扩展的影响

采用带软界面层的双金属层状板，分析了裂纹垂直于界面扩展过程中的力学行为。带单边裂纹的钢／铝层板的弯曲疲劳实验表明，裂尖接近软铝界面层时裂纹扩展速率da／dN变化很大；裂纹扩展到达界面层时发生偏折。利用有限元软件分析了裂纹尖端前沿应力和应变的变化规律，计算结果表明：软铝界面层出现较大塑性应变，增加了裂纹扩展阻力，并使裂纹扩展力△K减小，导致了da／dN降低．而软界面层中的T应力增高，造成裂纹偏折现象。     

焊接接头热影响区的海水腐蚀疲劳裂纹扩展速率

本文采用T型板状焊接接头试件承受弯曲循环载荷进行空气中和海水自由腐蚀条件下的疲劳裂纹扩展试验(海水中试验条件为R=0-0.1,加载频率0.2Hz,海水温度20℃±1℃),得到了海上平台钢E36-Z35焊接接头热影响区在空气中和海水中裂纹扩展速率da/dN～AK曲线和Paris公式中相应的C和m值,并进行了讨论. 应用本文得到的试验数据,用断裂力学方法对板状焊接接头在空气中和海水中自由腐蚀条件下的疲劳裂纹扩展寿命进行了估算,结果表明,在适当考虑裂纹起始寿命的情况下,用断裂力学方法估算的疲劳裂纹扩展寿命与试验结果相当符合.文中还讨论了初始裂纹尺寸的选取对估算裂纹扩展寿命的影响.     

服役后API 5L X56钢腐蚀疲劳裂纹扩展速率试验研究

为研究服役后X56双层海底管道钢的疲劳裂纹扩展速率,对外层管上截取的标准紧凑拉伸试样分别在空气和海水环境下进行不同最大疲劳载荷(P_max=9 kN,10 kN,12 kN)的疲劳裂纹扩展试验。与空气环境中CT试样的疲劳裂纹扩展速率相比,裂纹生长至15.38 mm时,9、10、12 kN载荷下海水环境中CT试样的疲劳裂纹扩展速率分别提高了1.82倍、1.54倍、1.43倍;随着裂纹扩展长度增大,外界载荷起主导作用,海水腐蚀的影响越来越小。综合分析最大疲劳载荷对疲劳裂纹扩展的影响,结果发现相同裂纹长度的前提下,疲劳载荷增加,应力强度因子幅值(ΔK)和疲劳裂纹扩展速率(da/dN)增加,海水腐蚀影响逐渐减小。疲劳裂纹扩展试验中所施加的最大疲劳载荷对CT试样的疲劳寿命具有较大影响,对Paris常数的影响较小。扫描电镜下CT试样的疲劳断口均为穿晶型断裂。海水环境中CT试样的疲劳断口表现出更多的二次裂纹和更高的撕裂脊。随着最大疲劳载荷增加,解理断裂形成的解理台阶晶面面积和高度差逐渐增大,疲劳断口越粗糙,解理特征越明显。     

低周疲劳的裂纹扩展速率da/dN研究

本文介绍了近几年国内外关于低周疲劳裂纹扩展的研究情况,给出有关著作和文中中发表的低周疲劳da/dN的一些表达式,以及新发展起来的弹塑性有限元法如何用于疲劳裂纹扩展的分析和计算,最后讨论了低周疲劳裂纹扩展的一些影响因素。     

厚度对近门槛区da/dN与ΔK_(th)影响的研究

本文依据四种厚度(6,9,12,15㎜)下30CrMnSiNi_2A钢CT试件的试验结果,对比了这四种厚度下的疲劳裂纹扩展门槛值△K_(th)与近门槛区da/dN分析了厚度的影响。     

应力比R对疲劳裂纹扩展速率的影响

1. 前言疲劳裂纹扩展速率(da/dN) 不仅是表征材质抗疲劳断裂性能的重要指标,而且是损伤容限设计必不可少的基本参数。本文主要讨论恒幅疲劳裂纹扩展速率在10~(-3)-10~(-5)mm/cycle范围内所受应力比R的影响。目前国内外对这个问题的看法分歧较大,Ritchie在1977年的文章中认为影响较小,而1981年的文章中又改变了这种观点。我们在完成的《航空金属材料疲劳裂纹扩展速率数据汇编》中对七种材料、23种状态各测试了三种不同R的da/dN,得到了一些有意义的结果,为工程设计提供了部分依据;同时证明用有效参数法处理铝合金的R对da/dN的影响是可行的。     

多级载荷下疲劳寿命的可靠性研究

本文利用断裂力学，疲劳及可靠性分析方法，讨论了剩余强度的概率分布。假定裂纹萌生阶段已结束，在裂纹扩展阶段。剩余强度R与裂纹长度α满足R=αK，α^-1/2，裂纹扩展速率可用Paris公式da/dN=c(△K）^n描述，在以上两个公式的基础上，我们推导出了疲劳载荷过程中剩余强度，循环应力，疲劳寿命及失效概率间的关系。选用变速箱齿轮12Cr2Ni4钢制成的试样，我们在Amsier HFP5100高频疲劳试验机上，两级循环应力水平下进行了9组试验，得出了12Cr2Ni4钢的P-R-S-N曲线。利用该曲线估算了12Cr2Ni4钢多级载荷下的疲劳寿命。同Mine准则计算的结晶相比更接近真实值，本文的方法具有较强的工程实用性，对承受疲劳载荷零构件的选材及设计具有重要的参考价值。     

边界润滑状态下轴承钢接触疲劳寿命与其断裂特性参数相关性的试验研究

本文在对两种轴承钢进行接触疲劳寿命试验并测试其断裂特性参数断裂韧性K_(Ic)和裂纹扩展速率(da)/(dN)的基础上,研究了接触疲劳寿命与断裂特性参数之间的关系。为轴承钢的研究和生产提供了基础数据。     

降载勾线法在高强钢疲劳断裂试验中的应用

制作高强钢特征试件,在压、弯应力共同作用下进行疲劳断裂试验;结合疲劳辉纹产生机理,采用降载勾线法在试件断面制造出“海滩状花纹”;利用CAD软件描绘断面形貌并测量裂纹长度,用Newman-Raju理论进一步研究表面裂纹扩展的规律,并与试验值比较.结果表明降载勾线法可以解决高强度钢表面裂纹不易测量及断面难以观测到疲劳辉纹的问题;采用Newman-Raju公式模拟压弯组合应力下表面裂纹扩展形貌是合适的,但由此计算的疲劳寿命偏于保守.另外,当压弯应力比值较小时,计算扩展形貌时压应力可以忽略,而计算疲劳寿命时压应力不可忽略.     

疲劳裂纹长度a与周次N的近似关系式及其计算机仿真

寻求疲劳裂纹长度a与疲劳周次N的关系式是金属疲劳研究的一个重要课题。本文提出了a与N的近似关系式,即指数一多项式样条函数关系式a=β_1e~(γx)+sum from j=2 to k β_j(x-x_2)(j-2))_+~3,其中x=10~(-3)。N,k=[(m+3)/2]。用计算机仿真的方法确定了γ的最佳值。由上式导出了计算da/dN的如下近似公式: (da)/(dN)=10~(-3)[β_1γe~(γx)+3 sum from j=2 to k β_j(x-x_2(j-2))_+~2]与Mc Cartney关系式进行了对比,结果表明,拟合实验数据时前式的适用性优于Mc Cartney关系式;计算da/dN时后式的可靠性优于Mc Cartney关系式。     

微机辅助直流电位法腐蚀疲劳裂纹扩展速率测试研究

本文所给微机辅助直流电位法腐蚀疲劳裂纹扩展速率测试系统,采用峰值采样技术,消除了裂纹闭合影响。系统可同时给出 da/dN～△K 的波动曲线、光滑曲线及分段拟合后的曲线,有利于腐蚀疲劳裂纹扩展机制分析与寿命估算。系统用于GC-4钢研究表明,GC-4钢腐蚀疲劳裂纹扩展属于包含平台阶段的应力腐蚀型,符合过程竞争模型,但要对 Austen 模型进行修正。     

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     

腐蚀环境下复合材料修补件力学特性研究

采用复合材料补片胶接修补含裂纹LY12CZ铝合金板,开展了试验室大气环境和加速预腐蚀环境下复合材料修补件静强度拉伸和疲劳裂纹扩展对比试验研究.结果表明,复合材料补片均能显著提高损伤结构的拉伸强度和疲劳寿命,且短周期的预腐蚀环境对修补件两种力学特性的影响可以忽略不计.同时,基于Paris公式和Rose分析模型,建立了常规环境和预腐蚀环境下疲劳裂纹扩展寿命预测模型,通过与试验结果的对比证明了该模型的工程有效性.