INVESTIGATION OF FRACTURE DESIGN FOR MEDIUM CARBON STEEL UNDER EXTRA-LOW CYCLIC FATIGUE IN AXIAL LOADING

The extra-low cyclic fracture problem of medium carbon steel under axial fatigue loading was investigated. Several problems, such as the relations of the cycle times to the depth and tip radius of the notch, loading frequency, loading range and the parameters of fracture design for medium carbon steel on condition of extra-low axial fatigue loading were discussed based on the experiments. Experimental results indicated that the tension-pressure fatigue loading mode was suitable for extra-low cyclic fatigue fracture design of medium carbon steel and it resulted in low energy consumption, fracture surface with high quality, low cycle times, and high efficiency. The appropriate parameters were as follows： loading frequency 3-5 Hz, notch tip radius r = （0.2-0.3） mm, opening angle α = 60°, and notch depth t = （0.14-0.17）D.     

DYNAMIC PROPERTIES OF AL-ALLOY FOAM BEAM DAMAGED BY COMPRESSIVE FATIGUE

The permanent residual strain in aluminum （Al） alloy foams induced by compressive fatigue gradually increases with the increasing number of loading cycles. Consequently, the progressive shortening of Al-alloy foam degrades the dynamic material performance by the failure and ratcheting of multi-cells in the foam. In this paper, the dynamic properties of Al-alloy foams damaged by compressive fatigue were studied. The beam specimens with various residual strains were made by cyclic compression-compression stress. The dynamic bending modulus and loss factor were evaluated by using a beam transfer function method. As a result, the dynamic bending stiffness of Al-alloy foam turned out to be decreased due to damage while the loss factor was improved because of the increasing energy dissipation of such factors as cracked cell walls formed during the shortening process of the foam. The loss factor shows a manifest dependence on the fatigue residual strain.     

高速列车轮轴缩比关系及微动参量仿真分析

车轴与车轮通过过盈配合组成轮对，承受着车辆的全部重量，是保证高速动车组运行安全的最重要部件.高速列车轮轴的疲劳周次长达10⁹，实物轮轴试验的过程复杂、周期长且试验费用高.因此，通过缩比模型反映和预示实物轮轴试验结果具有极大的理论价值和工程意义.本文中结合相似定理和量纲分析原理，分析并推导了轮轴过盈配合微动参量随在不同缩比系数下的相似关系，采用ABAQUS有限元软件对微动参量分布进行仿真分析，结果表明，微动参量在不同缩比系数模型中的分布规律和理论推导的相似关系一致；轮轴接触压应力以及轴向摩擦剪切应力的最大值，位于车轴轮座区域靠近齿轮箱座的内侧，高速列车车轴轮座内侧接触边缘最容易发生微动疲劳失效.     

基于数字图像相关的激光修复镍基合金疲劳损伤表征方法研究

开展激光修复镍基合金的疲劳试验，对研究修复材料疲劳性能及分析其失效行为具有重要意义。疲劳过程中，试件产生局部损伤，会导致材料力学性能恶化。如何建立光学变形场与疲劳损伤参数的定量关系实现对疲劳损伤的有效表征，是实验力学领域备受关注的问题。从激光修复镍基合金疲劳失效行为研究的需求出发，本文建立了基于单相机三维数字图像相关的疲劳光力学测试系统，并设计了包含“修复基体-修复边界-修复区”的组合型拉伸疲劳试件，在建立的测试系统下可同时测量和表征试件三种区域的全场变形。利用所建立的测试系统，实现了激光修复材料在拉-拉疲劳过程中的全场变形在线测量，得到了不同疲劳周次下的试件基体、修复边界和修复区的位移场与应变场；根据测量得到的应变场提出了疲劳中以试件历经不同循环周次后的残余应变为损伤参量的表征方法，并获得了修复镍基合金试件疲劳过程中残余应变场的演化规律。试验结果表明，在疲劳过程中，试件残余应变场内存在应变集中现象，应变集中幅值随疲劳周次的提高而增加，试件残余应变集中区域内的应变集中值远高于非应变集中区域，因此根据该结果可有效地预测疲劳裂纹萌生的时机与位置。     

大气预腐蚀下ER8C车轮钢的疲劳寿命评估

随着高速列车车轮服役里程的增加，车轮辐板持续遭受潮湿大气甚至海洋大气环境的考验，点蚀成为车轮失效的主要原因之一.论文首先在大气自然环境下对ER8C车轮钢高周疲劳试样开展为期180天的曝晒(预腐蚀)试验，随后进行表面形貌和疲劳性能表征.结果表明，预腐蚀后车轮钢的疲劳极限为387 MPa,相比光滑试样下降12%;这主要是由于预腐蚀造成的腐蚀坑使试样表面局部应力集中，加速了疲劳裂纹萌生.采用激光共聚焦显微镜统计预腐蚀试样表面蚀坑尺寸，使用由均值蚀坑尺寸计算得到等效初始缺陷尺寸(EIFS),对预腐蚀车轮钢试样的疲劳寿命进行预测，避免腐蚀疲劳裂纹萌生以及短裂纹扩展对疲劳寿命预测的影响；预测结果与实验结果较为符合，证明了该方法的可行性.论文的主要结论是，通过统计试样表面蚀坑尺寸的均值来获得EIFS的方法，可以计算得到大气预腐蚀后车轮钢的剩余寿命，这验证了EIFS方法在大气预腐蚀下材料疲劳寿命研究中的适用性.     

考虑焊接残余应力的波形钢腹板PC梁关键细节疲劳可靠度研究

焊接残余应力对波形钢腹板细节疲劳寿命的影响不可忽略,本文以头道河大桥为工程背景,基于ABAQUS有限元软件,建立波形钢腹板焊接构件数值模型,提出不同波折角度的波形钢腹板残余应力模型。采用瞬态分析方法,分析6种典型车辆作用下波折角区域焊缝细节的应力时程。在此基础上,构建考虑焊接残余应力和车辆荷载共同作用下的波形钢腹板细节疲劳极限状态方程,讨论不同波折角度和交通增长率对疲劳可靠度指标的影响规律。研究表明,翼缘板-波形钢腹板焊接构件斜边两侧的纵向残余应力呈对称分布,焊接细节转角区域圆弧外侧的纵向残余应力整体高于圆弧内侧,随着波折角度的增加,两侧焊缝附近的纵向残余应力变大;在桥梁设计基准期取100年时,30°波折角度焊缝细节疲劳可靠度是60°波折角度的1.05倍;交通量的线性增长对头道河大桥焊缝细节的疲劳可靠度影响较大,不考虑交通增长率的焊缝细节疲劳可靠度是α=5%的1.84倍。