金属材料疲劳行为的应力场强法描述

基于近年来发展的应力场地对金属材料的多种疲劳行为作了系统的描述，给出了缺口疲劳系Ｋｆ，疲劳尺寸系数ε，疲劳加载方式因子ＣＬ，多轴疲劳极限方程，缺口件Ｓ－Ｎ曲线的预测等多方面的定量描述，并引用了大量的实验数据加以验证，由此表明应场强法是一种很好的抗疲劳设计方法。     

大发小轿车发动机连杆的疲劳性能研究

本文对大发小轿车发动机连杆进行了疲劳性能测试，发现绝大部分连杆都在压痕根部处断裂，为此对压痕所造成的残余应力进行了测试和研究，提出了提高连杆疲劳性能的措施。本文在循环应力比Ｒ从２．５到—３之间进行了广泛的疲劳试验，并找到包括平均压应力范围等寿命曲线规律，对平均压应力在疲劳中的作用有了进一步认识。     

滚压强化的残余应力的数值仿真及工艺分析

表面滚压强化,由于在表层引起加工硬化和残余压应力,可以十分有效地提高构件、零件疲劳强度,而滚压强化的有限元数值仿真,将成为分析优化滚压强化工艺的重要手段.本文建立了连续多、圈滚压工艺的有限元数值仿真模型,获得了比较合理的滚压变形与残余应力结果.在此基础上对滚压工艺做了进一步分析.结果表明,滚压变形的进给量太大.滚压的转速太快都容易造成工件表层残余应力分布的不均匀甚至形成残余拉应力;在滚压与未滚压的过度区域,从表面到心部的近1mm范围内,均未出现人们通常所担心的残余拉应力.这将在工程生产实践中,为滚压工艺制订提供重要的依据.     

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。     

双相钛合金材料疲劳问题研究进展

双相钛合金材料多样的微观组织结构特征,以及不可避免的内在缺陷,对材料疲劳裂纹萌生、扩展以及失效等多个阶段有着重要的影响．本文针对双相钛合金材料的疲劳问题,聚焦微观组织与几何缺陷效应,从试验和数值模拟两个角度,系统综述了双相钛合金材料在裂纹萌生以及扩展阶段的疲劳性能评估与寿命预测方面的最新研究成果．同时,针对微观细节丰富的片层组织,重点总结了片层组织与微观缺陷协同效应下的双态合金疲劳裂纹萌生问题,并对后续研究中的机遇与挑战进行了展望．     

超声疲劳试验方法及其应用

超声疲劳是一种加速的疲劳试验方法,它的测试频率(20kHz)远远超过了常规疲劳测试频率(小于200Hz)．超声疲劳试验研究表明50^#车轴钢和40Cr钢直到10^10个应力循环后仍会发生疲劳断裂,并不存在常规疲劳试验曲线所示的“疲劳极限”,因此用10^7周次的疲劳试验数据进行疲劳强度设计并不安全．50^#车轴钢和40Cr钢超声疲劳性能优于常规疲劳性能．扫描电镜分析表明,超长寿命阶段50^#车轴钢裂纹萌生于次表面夹杂．介绍了超声疲劳试验系统、工作原理及超声疲劳试样的设计．     

金属材料疲劳裂纹扩展机制及模型的研究进展

裂纹的萌生、扩展和断裂行为及其与材料本身和外部因素的关联一直是工程与科学领域的重要研究课题.论文总结了影响金属材料疲劳裂纹扩展的多种因素,综述了高周疲劳裂纹扩展的唯象模型和理论模型,以及低周和超高周疲劳裂纹扩展模型的最新进展(包括基于能量的和考虑概率的).综合前述模型优缺点,提出了一种基于单轴拉伸性能的新型疲劳裂纹扩展模型(iLAPS).分析表明,新模型iLAPS与多种常用材料的疲劳裂纹扩展试验数据吻合较好,并且能够准确地给出不同应力比下的裂纹扩展速率曲线.最后,对先进材料抗疲劳开裂性能的高通量表征及运维技术进行了展望.     

金属材料力学性能的辐照氦效应研究进展

金属材料在辐照过程中会发生嬗变反应,从而在材料内部形成氦泡,进而影响金属材料的宏观力学行为.因此,开展氦影响下金属材料力学性能的研究对抗辐照材料的设计及工程应用具有重要意义.氦对材料力学行为的影响是一个典型的多尺度问题,故论文从从原子尺度到宏观尺度针对含氦金属材料力学行为的研究方面进行了总结,主要包括氦原子的产生、氦团簇/氦泡的形成、氦泡在材料中的微观行为以及氦对材料宏观力学性能的影响.在此基础上,展望了该领域中存在的主要科学问题.     

铰孔和疲劳对冷挤压孔周残余应力的影响

应用干涉云纹测量了冷胀孔周残余应力分布，并用实验方法研究了铰孔和疲劳对残余应力的影响。介绍了测试技术和原理，提供了典型的实验结果，并讨论了误差原因     

闪光对焊连接HRB400级钢筋疲劳试验与试验影响因素研究

基于闪光对焊连接的HRB400级高强钢筋,开展一系列疲劳性能试验,得到多组双对数双折线S-N曲线和疲劳应力幅;基于此对影响疲劳试验结果的试验频率、试验应力比、试验钢筋种类、焊接残余应力四个因素进行研究。研究结果表明:高、低频试验得到的疲劳应力幅有一定的差距,低频试验得到的疲劳应力幅比高频试验低约20MPa;应力比0.4时的疲劳应力幅比应力比0.2时的疲劳应力幅低,大直径的钢筋试件的疲劳应力幅较低,32mm直径的钢筋试件在应力比0.4时的疲劳应力幅与应力比0.2时的疲劳应力幅相差不大;闪光对焊连接HRB400高强钢筋试件的疲劳应力幅比HRBF400高强钢筋试件的疲劳应力幅高约10MPa~20MPa,且大直径钢筋试件的应力幅值差异较小。     

金属材料疲劳损伤的宏细观理论

工程结构的疲劳损伤发展过程经历了由初始缺陷的形成、裂纹的稳态扩展直到最后失效的不同发展阶段,通常疲劳损伤的演化可以概括为以下几个阶段:(1) 亚结构和微观结构的变化引起永久损伤的形成,产生微观裂纹;(2) 微观缺陷的长大会合形成主裂纹;(3) 主裂纹稳态扩展;(4) 结构失稳或完全失效.首先论述了疲劳裂纹扩展的物理机制,并从细观和宏观两个方面总结了处理疲劳裂纹问题的最新研究成果,对位错力学在处理短裂纹扩展问题中的应用,以及无位错区(DFZ)在疲劳裂纹扩展中的作用进行了较详细讨论.      

基于断裂力学理论的表面淬火齿轮疲劳寿命的数值计算

基于二维线性断裂力学理论，提出了一种表面淬火齿轮的弯曲疲劳寿命预测方法，并开发了相应的计算程序。在程序中，用权函数法估计应力强度因子，运算速度快，节省了计算时间。在估计应力强度因子时，考虑了热处理后产生的残余应力的影响。用开发的软件对表面淬火齿轮的弯曲疲劳寿命作了预测，并与试验数据进行了比较。预测值与试验结果基本相符，特别是高应力时，二者符合的更好。     

橡胶沥青应力吸收层力学与疲劳性能研究

防治反射裂缝是半刚性基层沥青路面新建或改建工程中的难题之一.橡胶沥青应力吸收层是一种较好的反射裂缝防治结构.本文设计了包含应力吸收层复合试件的剪切与疲劳试验,通过室内和现场取芯试件,研究了橡胶沥青应力吸收层及其他封层的力学和疲劳性能.聚酯玻纤布应力吸收层疲劳性能最好,但在较高橡胶沥青洒布量下,橡胶沥青与聚酯玻纤布应力吸收层疲劳性能接近;橡胶沥青应力吸收层的抗剪切变形能力最大,且其抗剪强度也比较高;橡胶沥青洒布量对橡胶沥青应力吸收层的抗剪强度、疲劳能力影响较大.当橡胶沥青洒布量在1.8～3.0kg/m2间增加时,橡胶沥青应力吸收层的抗剪强度、疲劳能力均增加,但不是线性关系增加.     

疲劳特性的红外热像定量分析方法研究进展

定量红外热像法, 作为一种无损、全场、实时、非接触的测试手段, 不仅能够用于对材料内部缺陷的无损检测, 而且能够对在役结构的疲劳损伤演化状态进行识别. 定量红外热像法还能够快速预测材料的疲劳极限和S-N (stress-number of cycles) 曲线, 实验周期短, 成本低. 文中较为系统地综述了定量红外热像法的发展现状及应用, 讨论了定量红外热像法应用过程中的几个重点问题. 最后总结展望了定量红外热像法的未来发展方向及应用前景.     

综述：微纳米尺度材料与结构的原位疲劳实验及性能研究进展

随着集成电路芯片、传感器、柔性电路系统、微/纳机电系统等微机械装置向集成化和小型化不断发展,如何预测其内部微纳米尺度结构和材料的机械性能及其可靠性成为了制约上述微机械装置进一步发展和应用的关键问题之一。在这些装置的长期使役过程中,微纳米尺度材料的疲劳性能又成为了近年来人们关注的热点问题。针对上述问题,首先,调研了与微纳米尺度材料原位疲劳实验方法和疲劳性能研究有关的文献。然后,总结了微纳米尺度原位疲劳实验方法和疲劳性能的研究现状,包括含有孪晶组织金属、梯度组织或粗细晶金属以及在单轴、多轴应力状态下的金属疲劳性能研究,并归纳了微纳米尺度界面疲劳损伤行为的研究现状。最后,对微纳米尺度材料的疲劳性能研究进行了展望,提出了对未来发展方向的思考。     

一个修正的金属材料低周疲劳损伤模型

疲劳破坏是金属最常见的失效形式之一.基于连续损伤力学理论和能量原理,论文提出了一个修正的金属材料低周疲劳损伤演化方程,该方程综合考虑了材料的塑性强化、微裂纹闭合效应等因素对损伤累积的影响.将修正后的损伤演化方程以UMAT子程序的形式导入有限元计算软件ABAQUS之中,建立了疲劳损伤的计算模型,并以铝合金7050-T7451为例对该模型的有效性和适用性进行了验证.     

金属结构材料腐蚀疲劳寿命预测模型的研究进展

腐蚀疲劳是工业装备的主要失效模式之一.随着新技术的不断发展,航空航天、轨道交通、海洋设施等重大装备向着高可靠性、长寿命及智能化方向发展,亟需准确、高效的腐蚀疲劳寿命预测方法.论文对金属材料的腐蚀疲劳损伤机理进行了简要总结并对寿命预测模型进行了系统归纳与评述,提出未来的研究趋势与方向.具体地,首先介绍了腐蚀坑的萌生和生长、裂纹萌生及扩展的机理;其次总结了预腐蚀疲劳的断裂力学及损伤力学寿命预测模型,再次归纳了腐蚀疲劳的断裂力学、损伤力学及数据驱动寿命预测模型;进一步地,综合概括了现有寿命预测模型的优点和不足;最后,基于当前的研究指出未来可能的发展方向,一方面可以借助三维成像技术实现蚀坑向裂纹转变阶段和短裂纹扩展阶段的可视化研究,以改进现有的断裂力学模型;另一方面可以建立新型的多尺度多阶段寿命预测模型或利用新兴的数据驱动-物理融合方法实现腐蚀疲劳寿命预测.     

航空发动机钛合金材料的高周和超高周疲劳性能研究

通过对航空发动机空心风扇叶片用Ti-6Al-4V 随炉试样的高周和超高周疲劳试验研究,揭示了Ti-6Al-4V 材料在107 循环周次以上同样会发生疲劳破坏. 采用三参数幂函数寿命曲线拟合了高周和超高周的疲劳性能数据,发现可以较好地将两种试验下的数据衔接起来,结果显示在此试验条件下基于超声的超高周疲劳试验的频率效应可以忽略. 通过断口分析表明,超高周试样在试样表面没有缺陷的情况下,裂纹大多数是从材料内部或次表面萌生,而高周疲劳试样的裂纹是从材料表面开始萌生.     

金属材料辐照缺陷演化的分子动力学研究进展

辐照条件下,高能粒子在金属材料内部引人稠密的辐照缺陷,导致材料力学性能严重退化,缩短材料服役寿命,是辐照材料研究的关键问题.辐照缺陷多处在纳米尺度,故分子动力学方法是模拟辐照缺陷的有力工具,近年来被广泛用于研究辐照缺陷演化.论文总结了金属材料中辐照缺陷演化的分子动力学研究进展,介绍了级联碰撞、点缺陷、空洞、氦泡、Frank位错环、层错四面体等辐照缺陷,及其与位错、晶界等微结构的相互作用.分子动力学方法揭示的机制与模型,深化了学界对辐照效应的认识,有助于提高辐照材料力学性能和设计耐辐照材料.     

金属玻璃的微结构、增韧与疲劳问题研究进展

金属玻璃具有许多不同于传统金属的独特性质,比如,强度高达6.0 GPa、断裂韧性高达200 MPa·m1/2、超高弹性极限2%、耐腐蚀、耐磨损等,从而受到了科学界和工业界的热捧.但是以下三个核心问题长期困扰着金属玻璃的研究与应用:一是建立非晶无序的微观结构与其宏观性质间的关联关系,二是改善其室温脆性,三是揭示其疲劳机制并提高疲劳极限.论文拟详细介绍上述三个问题的研究进展,首先简要介绍了金属玻璃的发展历史、形成机制、特性及应用、基本问题和难点,其次介绍金属玻璃的微结构表征方法、以及微结构的几种典型模型,第三介绍了金属玻璃的断裂和增韧研究进展,第四介绍金属玻璃疲劳研究进展,最后,展望了金属玻璃的未来研究.