电流作用对铜镁合金弯曲微动疲劳损伤特性的影响

采用自主研制的试验装置,研究了铜镁合金在不同电流强度条件下的弯曲微动疲劳损伤演变规律.运用红外线热成像仪测试电流条件下微动接触区温度分布情况;利用白光干涉仪、扫描电镜、电子探针、X射线光电子能谱仪对试样接触损伤区的微观形貌和化学行为进行分析.试验结果表明:在相同循环次数下,随着电流强度的增加,铜镁合金弯曲微动疲劳寿命逐渐降低,接触区温度逐渐上升,接触损伤区尺寸增大,剥落层逐渐细化,接触损伤区氧化程度越来越严重,氧化磨屑的主要成分为CuO和Cu₂O;主要损伤机制为氧化磨损、黏着磨损和剥落.     

考虑微动磨损的钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命预测研究

微动疲劳是矿井提升钢丝绳主要失效形式之一,在钢丝微动疲劳过程中,微动磨损严重影响钢丝微动疲劳裂纹扩展特性,进而制约钢丝微动疲劳断裂机制,故开展考虑微动磨损的钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命预测研究至关重要. 运用自制钢丝微动疲劳试验机开展钢丝微动疲劳试验和拉伸断裂试验,通过高速度数码显微系统揭示微动疲劳过程中钢丝微动磨损演化、裂纹萌生和扩展及断裂特性,基于摩擦学和断裂力学理论,运用有限元法、循环迭代法和虚拟裂纹闭合技术建立了考虑微动磨损的钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命预测模型,并进行试验验证. 结果表明:采用微动疲劳过程稳定阶段磨损系数预测钢丝微动磨损演化可保证预测正确性,微动疲劳过程中钢丝主要为I型裂纹扩展模式,考虑微动磨损的钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命预测值和试验值吻合较好,验证了预测模型正确性.      

核电690合金传热管微动疲劳试验及损伤机理分析

核电蒸汽发生器传热管在微幅磨损与交变载荷的作用下形成微动疲劳,导致其表面裂纹萌生和扩展乃至破裂,从而影响反应堆的安全. 为研究径向载荷以及轴向交变应力对690合金管微动疲劳寿命的影响规律,开展690合金管管材的微动疲劳试验,获得690合金管管材的微动疲劳寿命曲线,并与相关研究数据进行对比分析,以便探讨材料在微动疲劳下的寿命模型. 对不同载荷下的690合金管试样的磨痕表面进行三维形貌和扫描电镜观测,分析磨损表面的损伤机理;对不同载荷下的690合金管试样断口的宏观与微观形貌进行表征,分析裂纹萌生、起裂过程及其失效机理. 结果表明690合金管与403不锈钢(SS)抗振条间的磨损机理为剥层及磨粒磨损;690合金管在径向载荷作用下于微动磨损处产生裂纹源,裂纹在轴向交变应力的作用下不断向内部扩展,最终导致断裂;其断裂形式为解理疲劳断裂.      

螺栓连接件微动疲劳特性分析

工程中钢结构构件经常采用螺栓连接,被连接部位多处于复杂受力状态,单轴疲劳理论已无法满足该形式下构件的寿命评估需求.针对现有理论不足,本文建立了螺栓连接件有限元模型,研究了不同工况下被连接件微动疲劳裂纹萌生位置,并基于临界平面的多轴疲劳理论,比较了四种常用模型的适用性以及预测了连接件的疲劳寿命.结果表明:(1)裂纹萌生位置位于受拉端螺栓孔附近的滑移粘着区,在相同螺栓预紧力下,该位置与施加的疲劳载荷大小无关;(2)基于临界平面方法的四种模型均可以较好判断裂纹萌生位置,其中SWT(Smith-Watson-Topper)模型对不同载荷水平下的螺栓连接件微动疲劳寿命预测效果较好,大部分预测结果位于±2倍分散带之内,预测结果优于其他三种模型;(3)在规范规定的螺栓预紧力范围内,被连接件裂纹萌生区域距孔边的距离与预紧力大小无关,可能是由于预紧力变化范围内的粘着滑移区未发生明显变化所致,并且随着预紧力减小,被连接件的寿命预测值反而增大.     

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.      

微动频率对钢丝拉扭复合微动腐蚀疲劳行为影响研究

拉扭复合微动腐蚀疲劳是深井提升钢丝绳主要失效形式之一,深井提升钢丝绳振动频率决定钢丝间微动频率,直接影响钢丝拉扭复合微动腐蚀疲劳机理和损伤程度,进而制约深井提升钢丝绳服役安全性. 本文作者通过自制钢丝拉扭复合微动腐蚀疲劳试验机开展了酸性电解质溶液中钢丝拉扭复合微动腐蚀疲劳试验,通过钢丝切向力-位移幅值和扭矩-扭转角滞后回线分析了拉扭复合微动腐蚀疲劳过程中钢丝间接触状态及轴向和扭转方向钢丝耗散能,运用扫描电子显微镜和三维白光干涉表面形貌仪考察了拉扭复合微动腐蚀疲劳过程中钢丝磨痕形貌和磨损深度轮廓特性,采用X射线三维成像系统揭示了钢丝拉扭复合微动腐蚀疲劳裂纹扩展演化规律,通过电化学分析仪分析试验后钢丝Tafel极化曲线和阻抗谱以探究钢丝电化学腐蚀倾向和耐腐蚀性,揭示了微动频率对拉扭复合微动腐蚀疲劳过程中钢丝间接触状态、钢丝耗散能、微动磨损机理、疲劳裂纹扩展演化和疲劳寿命、电化学腐蚀倾向和耐腐蚀性的影响规律. 结果表明:在拉扭复合微动腐蚀疲劳过程中,随着微动频率的增加,钢丝间由完全滑移和部分滑移混合状态变为完全滑移状态,钢丝扭矩-扭转角滞后现象削弱,钢丝切向力-位移幅值和扭矩-扭转角滞后回线对应的耗散能均总体降低,钢丝间摩擦系数和钢丝磨损深度均降低,钢丝磨损机理均为磨粒磨损、黏着磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损,钢丝最大裂纹深度和裂纹扩展速率均降低,疲劳寿命增加,钢丝电化学腐蚀倾向下降和耐腐蚀性增强.      

7075铝合金扭转微动疲劳行为研究

在基于多轴疲劳试验机上自主设计的扭转微动疲劳装置上,对7075铝合金材料进行了扭转微动疲劳试验,讨论了相同法向载荷下不同扭转切应力对扭转微动疲劳寿命的影响,建立了7075铝合金扭转微动疲劳S-N曲线,并采用SEM,EDS,EPMA等分析方法对扭转微动疲劳的损伤区域进行了分析,建立了扭转微动疲劳混合区接触表面损伤和裂纹萌生及扩展的物理模型,揭示了7075铝合金扭转微动疲劳的损伤机理.试验结果表明:微动作用导致疲劳寿命大大降低;扭转微动疲劳S-N曲线呈"ε"型曲线特征;损伤区靠加载端位置氧化严重,氧化程度随着循环次数增加而增加;微动疲劳的裂纹萌生于次表面,接触区中心两侧主裂纹扩展交叉后垂直于接触表面扩展至试样断裂.     

微动对LY12CZ铝合金材料疲劳寿命的影响

选用航空铝合金材料LY12CZ为研究对象,以试验为基础,研究了微动对其疲劳寿命的影响.结果表明:在相同的循环应力下,LY12CZ铝合金的微动疲劳寿命比常规疲劳寿命大大降低,最大降幅达到了55%;对于受微动影响的结构,疲劳裂纹形成阶段时间非常短,其寿命只占整个疲劳寿命的15%～20%;微动疲劳裂纹扩展寿命随接触压力、参数Q/fP的增加而降低,随压头曲率半径的增加而增加,而扩展寿命与总寿命的比值Np/Nt随接触压力、参数Q/fP的增加而增加,随压头曲率半径的增加而降低,且参数Q/fP对Np/Nt的影响最大,压头曲率半径最小,接触压力介于二者之间.     

中碳结构钢微动疲劳性能的研究

考察了ＪＺ钢微动疲劳性能以及微动频率和接触压力等因素对微动疲劳寿命的影响,采用宏观力学试验与微观分析结合的方法探讨了ＪＺ钢微动疲劳裂纹的萌生和扩展机制．     

热喷涂层抗车轴微动疲劳的研究

采用含０．４４％Ｃ的车轴钢,按实物车轴与试样尺寸４：１制成模拟试验轴,将Ｆ３、Ｎｉ、Ｃｒ及Ａ洽金粉末喷涂于试验轴表面,采用模化对试验轴进行模拟车轴工史的微动损伤试验,采用扫描电镜和Ｘ射线光电子能谱仪分析涂层磨损表面的氧化物和磨屑表面形貌,Ｘ射线和衍射仪分析磨屑的组织结构,结果表明：涂层磨损表面平滑致密的氧化层中发生龟裂,磨损较为严重;涂层磨损以化和表面录音离为主,轴表面无裂纹,其原因在于涂层的层状     

Inconel 690合金高温微动磨损特性研究

采用SRVⅣ高精度微动磨损试验机研究核电材料Inconel 690合金的高温微动磨损行为和机制.结果表明:温度升高使摩擦系数和磨损量逐渐减小;温度升高至270℃,微动区域特性由完全滑移区转变为部分滑移区;室温下,由剥层造成的表面磨损占主导地位,随着温度的升高,疲劳裂纹的萌生和扩展为微动的主要破坏机制.摩擦氧化主要发生在滑移区,中心黏着区相对很少.在部分滑移区,疲劳裂纹萌生在黏着区与微滑区交界处.室温下亚表层更易出现剥层,高温下更易形成压实的氧化层.     

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。     

数值方法在微动疲劳研究中的应用进展

对近年来数值方法在微动疲劳机理研究中的应用进展进行了评述,概述了微动疲劳裂纹萌生和扩展的机理,指出接触区域的应力分布对微动疲劳性能起决定作用,详细介绍了目前接触问题的各种数值计算方法,分析了当前微动疲劳区域应力场计算的问题和难点。     

弯曲疲劳短裂纹扩展规律研究

本文对３５ＣｒＭｏ钢和４２ＣｒＭｏ钢带穿透短裂纹（初始裂纹长度ａ＝０．１～０．５ｍｍ）的试件进行了弯曲疲劳试验研究，得到了在弯曲疲劳加载下短裂纹扩展速率的计算表达式以及应力比，试件厚度对短裂纹扩展的影响。     

短裂纹随机行为与金属疲劳损伤的理论分析

近似求解了微裂纹演化系统随机偏微分方程。结果表明：当裂纹扩展速率的随机偏差正比于其平均速率时，材料损伤不随裂纹随机行为而变化。同时，还讨论了金属疲功损伤随机波动程度的变化趋势。     

疲劳裂纹扩展随机模型研究近期进展

自1979年Virkler等人发表揭示疲劳裂纹扩展的统计性质的实验结果以来,各国学者相继提出了多个疲劳裂纹扩展的随机模型．本文从数学与物理角度对这些模型作了概括与评述,指出了各个模型之间的关系,并对今后应作的进一步研究提出了我们的看法．      

疲劳裂纹形成,扩展统计特性的大子样试验研究

针对疲劳损伤过程的随机性，该文开展了等幅谱大子样疲劳裂纹形成，扩展至破坏全寿命过程的试验研究。在计算确立了裂纹形成，扩发界工程小裂纹长度的基础上，事理得到了裂纹形成，扩展寿命的统计分布数据，根据断口金相ＳＥＭ观察，进一步定性分析了疲劳条纹分布的相关性特征。     

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。     

含缺口构件高周疲劳寿命的损伤力学封闭解法

本文根据损伤力学建立含缺口板守恒积分、应力与应变集中系数公式以及疲劳裂纹形成寿命的封闭解法。对铝合金含缺口板寿命预估结果与实验结果基本一致。本方法节省机时并可代替大量实验,具有一定的工程实用性。     

Ni-P和TiN涂层的微动疲劳特性

本文研究了化学沉积Ni-P涂层和电弧蒸发沉积TiN涂层在微动疲劳条件下与不同基材相配合时的微动疲劳特性。结果表明,Ni-P涂层可以提高中、低强度钢2Cr13和35CrMo的微动疲劳寿命,但却降低了高强度钢60Si2Mn的微动疲劳寿命,而400C返晶处理的Ni-P涂层不能提高材料的微动疲劳强度;TiN涂层降低了35CrMo和60Si2Mn的微动疲劳强度,认为这是它们的硬度相差太大的结果。