Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹疲劳扩展规律研究

本文以含倾斜裂纹的拉伸板为试验模型,进行了Ⅰ—Ⅱ复合型裂纹疲劳扩展实验证实了文献[1]提出的复合型裂纹疲劳扩展寿命预计方法是一种较高精度的工程计算方法。本文提出了估算拉伸板中斜裂纹疲劳扩展寿命的另一种方法——投影法。与实验数据相比,投影法在较大范围内与实验结果相吻合;同文献[1]具有同等精度,但计算简便。本文根据实验结果,对Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的疲劳扩展角与在单调载荷作用下的断裂角之间的差别作了初步的探讨。发现实际的疲劳扩展角普遍大于单词载荷下的断裂角。     

燃气涡轮发动机关键部件疲劳小裂纹研究进展

疲劳小裂纹扩展作为疲劳开裂过程中的关键阶段之一,显著影响着材料和结构的疲劳断裂过程.因具有速率波动和扩展路径偏转等特点,小裂纹效应给材料和结构疲劳寿命预测结果带来了不确定性,从而影响燃气涡轮发动机等机械结构的服役安全.本文围绕燃气涡轮发动机关键部件材料的疲劳小裂纹扩展问题,首先总结了当前疲劳小裂纹的扩展规律及其对疲劳寿命的影响规律;其次,针对先进燃气涡轮发动机关键部件常用的多晶合金和单晶合金,揭示了疲劳小裂纹的萌生和扩展机理;再次,对疲劳小裂纹扩展模型进行了总结,且指出了各模型的优缺点;从次,重点针对先进燃气涡轮发动机热端部件的工作环境,综述了热腐蚀/氧化介质中的疲劳小裂纹扩展行为和模型;最后,对当前疲劳小裂纹相关研究进行了总结,且结合燃气涡轮发动机领域提出了未来的研究趋势与方向.本文以期为先进燃气涡轮发动机关键部件的设计、安全评估和寿命预测提供理论知识和科学方法.     

一种经验型疲劳小裂纹扩展模型

金属材料疲劳寿命由裂纹萌生和裂纹扩展寿命两部分组成,其中对于萌生寿命中的小裂纹分析是精确描述裂纹萌生寿命的关键．而小裂纹在扩展过程中由于尺寸相对较小,导致传统线弹性断裂力学预测方法失效,需要对其进行改进,考虑裂纹尖端塑性区引起的残余压应力对小裂纹扩展速度的影响．本文针对此问题进行了初步分析,通过对塑性区引起的残余应力的量化,结合小裂纹门槛值特性,提出了一种经验型修正的小裂纹扩展模型,用于定量预测裂纹的萌生寿命．使用铝合金6082-T6缺口试样进行了疲劳实验,并与理论结果进行了对比,验证了所提模型的有效性．     

随机超载对疲劳裂纹扩展迟滞效应的模拟

考虑超载的迟滞效应,对随机超载作用下的疲劳裂纹扩展进行了模拟计算．载荷谱为在基本恒幅循环载荷基础上加入一以泊松流发生的随机超载序列,超载的大小为均匀分布．采用裂纹闭合模型考虑超载的迟滞效应,认为裂纹张开应力在超载引起的塑性区内按线性规律衰减．循环续循环模拟计算出裂纹从初始长度一直到疲劳破坏的扩展曲线．据此,计算了各种超载发生强度和大小下的疲劳裂纹扩展寿命的平均值与标准差。     

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.     

随机超载下疲劳裂纹扩展寿命的计算

针对在基本循环载荷上加入随机超载序列的疲劳裂纹扩展问题，应用裂纹闭合的概念考虑超载的迟滞效应，将延迟时间描述成纯离散型马尔可夫过程。对相应的柯尔莫哥洛夫－费勒微积分方程进行了分步求解，结合疲劳断裂分别出现在基本循环峰载作用时和超载作用时两种情况，计算出不同可靠度下裂纹的扩展寿命，并研究了超载大小和发生强度对扩展寿命的影响。     

恒扭对汽车薄板Ⅰ型疲劳裂纹扩展的影响

本文针对SAPH440和DP780两种汽车薄钢板,对其在给定循环拉伸疲劳载荷、以及循环拉伸与不同恒定扭矩共同作用下的裂纹扩展行为进行了试验研究.试验结果表明恒定扭矩对汽车薄板Ⅰ型疲劳裂纹扩展有明显的迟滞作用.在一定范围内,恒定扭矩越大,迟滞作用越为明显;但超过使裂纹扩展最慢的临界扭矩值后,迟滞作用反而减弱.恒定扭矩使Ⅰ型疲劳裂纹扩展过程表现为裂纹扩展速率随扩展长度的增加而先保持低速后又加速,进而被划分为起始低速段和后续加速段;基于线弹性断裂力学理论,提出了一种等效应力强度因子变程及修正的Paris公式来描述该后续加速段的裂纹扩展速率.     

基于反向传播神经网络的疲劳裂纹扩展分析

材料发生疲劳断裂时往往会引起重大安全事故,而基于传统数值模拟方法求解疲劳裂纹扩展问题时模型复杂、计算量大.本文基于包含多隐层的反向传播神经网络分析金属材料疲劳裂纹扩展行为,计算了裂纹扩展过程中的von Mises应力场和位移场,并与数值解和实验解进行对比,误差分析结果表明其求解精度高.并基于该神经网络有效预测了裂纹扩展中裂纹长度及裂纹扩展速率的变化过程,预测精度高.该神经网络分析方法可为材料剩余寿命和疲劳强度预测提供研究基础.     

过载作用下聚乙烯疲劳裂纹扩展行为研究

论文针对中密度聚乙烯材料(MDPE)，采用平板试样进行了I型疲劳裂纹扩展和单次过载下裂纹扩展试验．发现与金属材料类似，单次拉伸过载对聚乙烯(PE)的疲劳裂纹扩展有明显的迟滞作用，降低了裂纹扩展速率．试验还通过变载荷刻线法获取疲劳裂纹扩展前缘的实际形貌和变化规律，对常规变载荷刻线方法进行了调整和验证，其修正方法对高分子材料的疲劳裂纹扩展前缘刻线具有较好的效果．通过观察发现含楔形塑性区的裂尖钝化是裂纹迟滞的主要原因．过载引入的塑性区内残余应力对裂纹迟滞也起了重要作用．论文利用Dugdale模型计算了塑性区尺寸，使用基于残余应力的Wheeler模型对过载迟滞进行了很好的拟合．     

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．     

常幅、程序和随机三种不同载荷下的平台用钢的表面裂纹扩展规律及比较

本文使用导管架平台所用的材料 A537研究表面裂纹在常幅、程序和随机三种不同载荷下的疲劳裂纹扩展规律、以及对它们的影响,并把它们的寿命进行比较,找出裂纹形状变化的规律,探索把常幅加载疲劳裂纹扩展数据用于平台疲劳寿命估算的可能性.     

常幅、程序和随机三种不同载荷下的平台用钢的表面裂纹扩展规律及比较

本文使用导管架平台所用的材料 A537研究表面裂纹在常幅、程序和随机三种不同载荷下的疲劳裂纹扩展规律、以及对它们的影响,并把它们的寿命进行比较,找出裂纹形状变化的规律,探索把常幅加载疲劳裂纹扩展数据用于平台疲劳寿命估算的可能性.     

沥青混合料疲劳过程的损伤力学分析

采用损伤力学方法研究沥青混合料的疲劳失效问题。针对悬壁梁弯曲疲劳试件,推导出疲劳过程中应力场、损伤场和疲劳裂纹形成寿命的工程封闭公式。根据沥青混合料特点,提出一种模拟疲劳裂纹扩展的特征单元失效模式,从而将疲劳裂纹形成与扩展两个阶段统一用损伤力学理论进行描述和分析。本文对沥青混合料试件的疲劳裂纹形成寿命与扩展寿命分段进行了预测,还对疲劳过程中刚度衰减及位移幅值的演化过程进行了数值模拟计算。理论预期与实验结果吻合良好。     

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.     

常幅载荷下典型结构件的全寿命预计

本文简述了全寿命的概念,以便把裂纹产生、裂纹扩展和止裂的各个阶段联系起来.本文提出了估算初始裂纹的工程方法;利用全寿命的概念分析和计算了简化了的结构连接件和加筋板,指出了现行加筋板断裂分析中的不足之处,提出了一种加筋板疲劳断裂分析方法,并把计算结果同试验结果作了比较,说明文中所提供的方法是可行的.     

基于随机点过程理论的疲劳裂纹随机扩展模型

本文根据疲劳裂纹扩展特性，运用随机点过程理论导出了求取裂纹扩展随机过程低阶矩的公式。同时根据二阶矩近似法用Ｗｅｉｂｕｌｌ分布近似给定寿命下的疲劳纹长度分布。给出了求取给定寿命下裂纹超值概率分布和给定裂纹长度下疲劳寿命分布公式。最后，用小样本孔边短裂纹扩展数据对模型适用性进行了初步验证。     

任意分布参数疲劳裂纹扩展寿命的可靠性分析

针对工程中疲劳裂纹扩展过程带有很大的随机性,采用Paris-Erdogan公式计算了两端承受均布拉伸载荷的边缘斜裂纹板的疲劳裂纹扩展寿命.裂纹扩展方向采用最大周向应力准则.在此基础上,以材料属性和载荷为随机变量,用随机有限元法结合计算可靠度的四阶矩法,分析了分布参数为任意分布时的疲劳裂纹扩展寿命可靠度对极限寿命的变化规律.通过算例说明本文方法的结果与Monte-Carlo Simulation的结果误差很小,对疲劳设计有一定的指导意义.     

纤维金属层极疲劳寿命预测的研究进展

简要介绍了纤维金属展板的起源、性能特点、应用现状与前景,对其疲劳损伤机理作了简要分析．对影响层板疲劳寿命的两个关键因素──桥接应力与分层扩展从理论分析与测量技术两方面结合自己的研究成果作了系统评析．详细分析了层板在等幅疲劳下寿命预测的研究现状．介绍了层板在变幅载荷下的疲劳行为（包括裂纹扩展与分层扩展）与寿命预测的研究进展,指出了目前预测模型的有待改进的建议．     

纤维金属层极疲劳寿命预测的研究进展

简要介绍了纤维金属展板的起源、性能特点、应用现状与前景,对其疲劳损伤机理作了简要分析．对影响层板疲劳寿命的两个关键因素──桥接应力与分层扩展从理论分析与测量技术两方面结合自己的研究成果作了系统评析．详细分析了层板在等幅疲劳下寿命预测的研究现状．介绍了层板在变幅载荷下的疲劳行为（包括裂纹扩展与分层扩展）与寿命预测的研究进展,指出了目前预测模型的有待改进的建议．      

疲劳裂纹扩展分析的随机方法

本文介绍了近年发展起来的疲劳裂纹扩展分析的随机方法,即疲劳裂纹扩展随机模型建立方法和疲劳裂纹扩展统计分析方法。这一分析方法为金属构件疲劳裂纹扩展寿命及可靠性研究提供了有力的工具。