随机载荷作用下结构疲劳损伤的累积

本文提出了一种计算在随机载荷作用下具有随机疲劳强度的结构的累积疲劳损伤与疲劳寿命的概率密度函数及可靠性函数的方法.对在平稳窄带高斯随机应力作用下的金属与钢筋混凝土构件,给出了上述函数的解析表达式.数例计算表明,理论结果与数字模拟结果颇为吻合.     

接触载荷对钢丝微动磨损行为影响的研究

以6×19点接触式提升钢丝绳为研究对象,在自制的微动摩擦磨损试验机上开展钢丝微动磨损的实验研究,考察在不同接触载荷下钢丝的微动磨损行为,采用S-3000N型扫描电镜观察钢丝的磨损形貌并分析其微动损伤机理.结果表明:在接触载荷为9～29 N范围内,微动摩擦力(Ft)-位移幅值(D)曲线随循环周次的变化表明钢丝运行于混合区,并随着接触载荷的增加,钢丝间接触应力增加;在微动磨损初期钢丝间的摩擦系数均较低,之后逐渐增加并趋于稳定;其稳定摩擦系数随着钢丝间接触载荷的增加而降低,接触载荷为9 N时的摩擦系数最大,约为1.25,而29 N的摩擦系数约为0.57;钢丝间的接触载荷增加,钢丝表面接触疲劳的几率增大,出现磨屑疲劳脱落的痕迹和疲劳微裂纹,其损伤机制主要表现为磨粒磨损、疲劳磨损和摩擦氧化.     

贝氏体钢在多次冲击接触载荷下的反常磨损行为研究

采用JD-125型冲击试验机对贝氏体钢表面进行40 h的往复冲击磨损试验,观察表层组织演变和磨损率的变化过程.结果表明:在6.0 J冲击下磨损率始终稳定不变,呈现出通常的冲击磨损规律;而在8.2 J冲击下,冲击10 h后磨损率急剧下降,甚至低于6.0 J冲击下的磨损率,材料显示出反常的磨损规律;8.2 J冲击下材料磨损表面出现大量非晶相,且出现少量纳米晶嵌于非晶基底中,使得普通的冲击磨损过程被强烈抑制,因此磨损率下降,其磨损表面形貌也较低能冲击下的表面更为平整和均匀.同时还证明只有冲击能量超过某个阈值,材料表面才能够形成非晶层.     

钢丝的微动磨损及其对疲劳断裂行为的影响研究

采用自制的钢丝微动磨损试验机考察了钢丝的微动摩擦磨损性能,随后将经过一定时间微动磨损试验后的钢丝试样在液压伺服疲劳试验机上进行拉一拉疲劳试验,进而探讨了微动摩擦系数和微动磨损深度随微动磨损试验时间和接触载荷的变化关系;并利用扫描电子显微镜分析了试样磨痕和磨屑的表面形貌．结果表明,在较大的微动振幅下,钢丝的微动摩擦系数变化幅度不大,微动磨损深度随微动磨损试验时间和接触载荷的增加而增大;微动磨损试验后钢丝试样的疲劳寿命同磨损深度成反比关系;可以将疲劳断口划分为4个区域,其同钢丝试样的疲劳断裂过程相对应．     

不同载荷下3Cr13不锈钢涂层磨损寿命研究

在T-11摩擦磨损试验机上研究了不同载荷下高速电弧喷涂3Cr13不锈钢涂层的磨损寿命.提出载荷-涂层磨损寿命耦合的关系函数方程.通过对涂层磨损形貌观察,分析了不同载荷对磨损失效机制的影响.结果表明:当载荷较低时,涂层磨损寿命分散程度大,磨损主要失效机制为点蚀和剥落;当载荷较高时,涂层磨损寿命分散程度小,分层是引发涂层磨损失效的关键机制.     

随机载荷下疲劳裂纹的闭合和扩展估算模型

本文分析了裂尖前,后方塑性区对闭合性能的影响,提出从裂尖塑性钝化量和尾迹区残余塑性变形两个方面来确定裂纹面的残余变形,并讨论了压缩载荷对闭合应力的影响,由此建立了一个疲劳裂纹闭合模型,然后通过模型“有限记忆”性质的假定将它应用到随机加载情况。用此模型对铝合金2219——T851受飞机谱载荷的CCT平面应力试件进行了疲劳寿命估算,估算值与实验结果接近。     

谱载荷下疲劳寿命的累积破坏率法研究

提出一种新的估算谱载荷下疲劳寿命的方法,即累积破坏率法,该方法根据等幅试验结果,推导出母体的特性,从而利用累积破坏率法估算谱载荷下的疲劳寿命,该方法简便实用,其预测能力明显优于其它方法。     

谱载荷下疲劳裂纹扩展随机规律的实验研究

简要介绍了谱载荷下疲劳裂纹扩展试验的理论基础、方法和过程。讨论了各种数据处理方法对参数估计的影响,研究了疲劳裂纹扩展的随机规律。由试验得到的疲劳裂纹扩展试验数据估计了裂纹扩展方程的参数,计算出结构可靠度曲线,通过对试验结果的分析难证了以下结论：以时间为参量的裂纹扩展随机过程模型和以裂纹长度为参量的模型在一定条件下是统一的;数据处理方法的选择与可靠性分析的结果有密切的联系;裂纹扩展寿命受裂纹扩展队机     

原始载荷谱下拖拉机半轴的疲劳寿命预测

采用SN-25拖拉机半轴的疲劳寿命表达式和Miner定则,预测了半轴在其原始载荷谱下的疲劳寿命,预测结果与用户使用调查结果相符合.     

等离子喷涂铁基涂层的疲劳磨损裂纹行为

采用等离子喷涂制备了铁基涂层,使用球盘式疲劳磨损试验机进行涂层的疲劳磨损试验,利用声发射技术在线判断涂层开裂,并通用透射电子显微镜（TEM）分析了试验前后涂层内部微观结构,研究了喷涂层疲劳磨损裂纹的扩展行为。结果表明：制备的涂层致密,结合状态良好,主要相为铁素体,同时存在大量的非晶-纳米晶相,利用声发射技术能够表征涂层的临界失效状态,其内部疲劳磨损裂纹主要以韧性穿晶断裂的形式扩展。     

车轮材料特性对轮轨磨损与疲劳性能影响的研究

在MMS-2A滚动摩擦磨损试验机上进行不同材料车轮与U75V热轧钢轨的匹配试验,研究材料特性对轮轨试样磨损与疲劳性能的影响.结果表明:随着车轮碳含量增加,组织中珠光体比例增加,珠光体中渗碳体片层间距减小,硬度增大;随着轮/轨硬度比增大,车轮表层的塑性变形层厚度逐渐减小,对摩副钢轨塑性变形层厚度呈现先增大后减小的趋势;车轮试样磨损形式由小剥离掉块向大剥离掉块转变,钢轨磨损机制由材料表层的轻微剥落向深层剥落磨损转变;提升车轮的硬度,轮轨表面的疲劳裂纹长度减小;且随着车轮硬度的增大,钢轨表面萌生的疲劳裂纹的末端扩展角度有增大的趋势,使钢轨的疲劳裂纹更容易向材料心部扩展.     

二硅化钼自配副在干摩擦条件下的摩擦学性能研究

在 MM- 2 0 0型摩擦磨损试验机上考察了不同载荷下金属间化合物二硅化钼自配副的干摩擦磨损性能 ,采用扫描电子显微镜和微探针观察与分析了其磨损表面形貌 ,并对材料的摩擦磨损机制进行了探讨 .结果表明 :干摩擦条件下 Mo Si2 自配副在载荷为 5 0～ 10 0 N时具有较好的综合摩擦磨损性能 ,摩擦系数和磨损率分别维持在 0 .11和 6 .0×10 - 5g/ min;随着载荷的增大 ,Mo Si2 自配副的主要磨损机理从塑性变形和疲劳磨损转变为氧化磨损     

铜表面纳米Cu—Zn复合层的摩擦磨损特性

采用复合粉末高压成形技术在粗晶铜基体表面成功制备了纳米晶Cu—Zn合金表面层；在MG-2000型高速高温摩擦磨损试验机上考察了纳米复合层的摩擦磨损特性；采用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪观察分析了纳米合金层磨损表面形貌及主要元素的化学状态．结果表明：纳米晶Cu—Zn合金经300℃退火后β相中析出超细α相，使其表现出最佳力学性能和耐磨性能；在载荷60～160N范围内，经300℃退火处理的纳米晶表面层在摩擦过程中形成薄而连续的主要由纳米Cu—Zn、ZnO和Fe2O3等组成的致密复合薄膜，从而使耐磨性能和承载能力大幅度提高；ZnO可以有效地填充摩擦表面膜中的空隙和抑制裂纹的扩展，从而使纳米Cu—Zn合金层保持良好的减摩抗磨性能．     

基于声发射原理监测涂层疲劳磨损的研究

采用超音速等离子喷涂设备在45^#钢基体上制备了铁基自熔剂合金涂层,通过球盘式接触疲劳试验机考察了喷涂层的疲劳磨损行为,利用声发射技术实时监测涂层的疲劳磨损过程,使用扫描电子显微镜对涂层不同疲劳磨损阶段的损伤形貌进行表征,并分析了涂层损伤机理.结果表明:转速2 000 r/min和应力水平1.848 9 GPa条件下,剥落是涂层失效的主要形式.声发射幅值和绝对能量可以反映涂层的疲劳磨损过程.涂层的疲劳磨损过程主要包括弹塑性变形、裂纹萌生、裂纹稳定存在、裂纹稳定扩展、裂纹失稳扩展5个阶段,其中裂纹稳定存在时间是影响疲劳寿命长短的关键.     

碳钢的高应力冲击磨损行为研究

在高应力冲击磨损条件下，金属材料的磨损表面很容易形成硬度很高（ＨＶ≥１０００）的白层．采用新的试验方法，研究了碳钢在高应力冲击条件下的磨损特征，并且从分析白层的结构出发，讨论了白层的形成机制和失效模式．结果表明，材料的高应力冲击磨损质量损失与冲击次数之间具有线性关系，韧性较好的低碳钢的耐磨性比高碳钢的好，原因是硬度越高，白层在磨损过程中越容易发生剥层与剥落．白层是一种高度塑性变形层，其内部精细结构的变形特征证实了白层的塑性变形机制     

铝硅酸盐微晶玻璃摩擦磨损性能研究

在MRH-5A型环-块摩擦磨损试验机上考察了不同载荷下耐磨微晶玻璃与45#钢对摩时的摩擦磨损性能,用扫描电子显微镜和定点探针观察和分析磨损表面形貌和成分,并探讨了材料的磨损机理。结果表明：磨损率随着载荷的增加出现波动,当载荷低于40N时,磨损率随载荷增加而明显增大;而当载荷超过40N时,磨损率随载荷增加而明显降低;在较低载荷下,耐磨微晶玻璃的磨损失效主要源于轻微点蚀和疲劳剥落;在较高载荷下,其磨损失效主要源于表层晶粒塑性变形及疲劳脆性断裂。     

微动磨损对过盈配合结构微动疲劳性能的影响

在考虑微动磨损的前提下,基于SWT临界平面法和线性累计损伤模型建立了过盈配合结构微动疲劳的寿命预测模型,并详细研究了微动磨损对过盈配合结构微动疲劳性能的影响.结果表明:考虑微动磨损的作用时,微动疲劳的预测结果更加准确;微动磨损显著降低了配合边缘处的应力集中现象,提高了过盈配合结构的微动疲劳寿命;由于微动磨损的作用,配合边缘处的SWT参数逐渐降低,且其最大值出现的位置由配合最边缘逐渐向着配合内部移动,与此同时,临界平面上的法向应力平均值逐渐增大,两者的变化共同导致微动疲劳裂纹萌生位置向着配合内部移动.     

高速与重载铁路的疲劳磨损对比研究

滚动接触疲劳和磨损是铁路钢轨损伤的主要问题.研究根据赫兹接触理论在JD-1型轮轨模拟试验机上通过改变车速和轴重来模拟高速和重载铁路的滚动接触,并用光镜和扫描电镜研究磨损表面,分析高速和重载条件下钢轨的磨损与疲劳机理.结果表明:随车速增加,钢轨磨损量减小,但出现大量斜裂纹,接触疲劳加剧.而随着轴重增加,塑性变形明显,磨损量迅速增加,但由于部分刚萌生的微裂纹被磨去,疲劳损伤较为轻微.