钛合金高压气瓶表面裂纹疲劳试验的结果分析和使用寿命估计

该文对TC-4钛合金高压气瓶表面裂纹疲劳试验结果进行了分析,给出了气瓶的疲劳裂纹扩展速率(da)/(dN),并与气瓶瓶料试样的测试结果进行了比较。最后选用几种方法对气瓶的疲劳使用寿命作了估计和分析。     

疲劳S-N曲线预测的三维断裂力学方法

根据旋转弯典圆棒疲劳断口分析,给出了裂纹几何参量及应用强度因子随裂纹扩展的变化规律,采用考虑三维应力约束效应的断裂力学理论及常幅载荷下材料的疲劳裂纹扩展da/dN-ΔK曲线,得到了独立于试件几何形状和应力比的材料da/dN-ΔKeff基准数据,结合断口分析所得的应力强度因子以及材料da/dN-Δkeff数据,以三种旋转弯曲圆棒S－N（应力－疲劳寿命）曲线进行了预测,结果表明,本文预测的疲劳S－N曲线和试验的结果较为吻合,本文的S－N曲线断裂力学预测方法对确定结构全寿命具有实际指导意义,同时也揭示了发展疲劳断裂统一理论的可行性。     

铣削工艺参数对镍基粉末高温合金650℃低周疲劳寿命的影响（英文）

研究了不同铣削工艺对疲劳损伤的影响规律。对采用4种工艺加工的试样进行了650℃高温空气环境下的低周疲劳试验。分别采用粗糙度表征方法、背向散射电子衍射技术和纳米压痕测试以获得试样的表面粗糙度、残余应力和加工硬化。测试结果表明,采用电火花线切割方法加工的试样疲劳寿命最高(平均80 360循环),有最低的表面粗糙度(0.226)和残余应力;而钝刀具加工的试样疲劳寿命最低(平均43 978循环),相较于电火花线切割试样的疲劳寿命下降了45%。扫描电镜表征结果表明,疲劳裂纹主要由粗大的非再结晶晶粒和加工缺陷引发。铣削加工方法和参数对疲劳损伤程度和疲劳寿命有重要影响。     

人工切口和疲劳裂纹试样对测定金属薄板材料R曲线的影响

本文根据平面应力试样在测定R曲线试验中是否需要进行疲劳预制裂纹的不同评价,对三种铝合金薄板分别制成的人工切口和疲劳裂纹试样进行了试验,结果表明人工切口试样较疲劳裂纹试样高估了材料的裂纹扩展阻力。     

确定疲劳裂纹扩展理论门槛值的方法

归纳介绍了确定疲劳裂纹扩展理论门槛值△KthT的方法，特别对利用疲劳裂纹扩展速率表达式，根据da/dN-△K试验数据外推确定△KthT的三种方法作了较为详细的介绍，并用四套试验数据进行评估，结果显示，如果所采用的表达式能够正确反映近门槛值区域的疲劳裂纹扩展规律，且参与外推的试验数据中又包含了足够多的近门槛值区域的数据点，这类方法获得的结果是基本一致的。     

腐蚀环境对LC4CS铝合金疲劳裂纹闭合的影响

采用透射电子显微镜观察了３．５％ＮａＣｌ溶液中的ＬＣ４ＣＳ薄膜试样裂纹扩展，并用俄歇能谱仪对ＬＣ４ＣＳ铝合金边缺口试件在３．５％ＮａＣｌ溶液中腐蚀疲劳裂纹面进行了测试。结果表明，腐蚀介质使薄膜试样理解纹扩展，裂纹面有腐蚀产物生成；腐蚀疲劳裂纹面生成的致密的钝化膜抑制了腐蚀产物的进一步发展，分析认为，３．５％ＮａＣｌ溶液中ＬＣ４ＣＳ铝合金裂纹闭合与干燥空气中相同。     

论裂纹扩展J积分阻力曲线变化规律的影响因素

本文对大塑性变形条件下，裂纹稳定扩展过程的J积分阻力曲线变化规律进行了全面的分析。给出了不同约束条件下dJ／da与试样的载荷因子L、裂纹尖端张开角CTOA及裂纹扩展时的瞬时旋转中心的系数r之间的理论表达式。从而论证了不同约束条件下，试样的几何尺寸因素对其J阻力曲线变化趋势的影响规律。     

远场应变法测量应力强度因子

本文给出一种将常规电阻应变片贴在距裂纹尖端较远处测量Ⅰ型裂纹应力强度因子K_1的方法。此法实际上是一种实验法与数值法相结合的方法。用实验法测出应变,应变又可以用含待定系数的Williams级数表示,它们组成一组线性代数方程组。解此方程组,可获得待定系数,由待定系数与应力强度因子的已知关系,可求出K_1。 远场应变测量法,避开了裂纹尖端邻域应变梯度很大的区域和可能的塑性区,因而应变测量比较准确。 测出的应变输入数据处理设备及计算机就可以快速实时地知道含裂纹结构在承载情况的K_1,便于进行破坏控制,使设备安全而可靠的工作。     

拉压、扭转载荷下铸铝合金的亿周疲劳性能研究

应用超声疲劳试验机对铸铝合金2-AS5U3G-Y35在扭转和拉压循环载荷下进行了超高周疲劳性能测试.介绍了超声扭转疲劳试验装置的设计.应用35 Hz常规疲劳试验机和20 kHz的超声疲劳试验机完成应力比R=-1的拉压、扭转疲劳试验,进而研究不同载荷条件、加载频率对铸铝合金超高周疲劳性能的影响.S-N曲线显示,铝合金在105～1010疲劳周次间仍发生疲劳断裂,不存在疲劳极限.断口分析表明,在超高周循环拉压载荷下,疲劳裂纹常萌生于试样次表面材料内部缩孔.与循环拉压载荷下的疲劳断裂机理不同,在循环扭转载荷下疲劳裂纹主要萌生于试样表面,疲劳断裂面为一种典型的沿试样轴向45°的螺旋面,即沿最大主应力平面断裂.扭转疲劳断面清晰的剪切条带表明扭转疲劳断裂实质上是剪切断裂.     

双热流计稳态法材料导热性能测试装置与分析

在分析多层平板一维稳态热传导过程的基础上,确定了双热流计结构一维稳态热传导的物理模型和实现一维稳态热传导的技术条件,设计制作了一套可用于材料导热性能测试的双热流计实验装置。采用C 编制了可运行于Windows环境下的测试和数据处理软件,利用导热系数已知的三组试样:石英玻璃、聚苯乙烯、含碳0.45%钢在所研制的实验装置上进行了导热系数测试分析。实验结果表明,对于导热系数介于1~10 W/mK的材料,测试结果与文献报道数值吻合得很好。测试结果的重复性也比较好。可以满足实际工程导热系数测量的需要。     

大塑性变形时裂纹稳定扩展的有限元模拟计算

采用8结点等参元并在裂纹尖端采用三角形奇异元对三点弯曲试样在单调加载过程中的裂纹扩展进行了有限元模拟计算。并与实验结果进行了对比。     

适用于海洋平台结构的随机疲劳试验数控系统的设计

为了解决海洋平台结构的疲劳载荷模拟问题,根据平稳随机过程的功率谱密度同结构疲劳损伤间的关系,论证了用随机振动模拟疲劳载荷的可行性,设计了双机随机振动控制系统。该系统以IBM-PC为主机,以Z80CPU为从机。两机间用双向8位并行口通讯,采取松耦合方式共享存储器来交换数据。主机承担信号随机化、谱估计、谱修正等数据处理任务及通讯管理,从机负责输出激励信号和数据采集。在计算机和疲劳试验机之间还专门设计了I/O接口电路。该数控系统已用于疲劳试验,可进行200Hz以下的低频随机振动控制,也可推广应用于海洋平台以外的低频随机振动控制。     

涡轮盘热力耦合及中心孔疲劳裂纹扩展研究

基于有限元软件ABAQUS/Franc3D,对某型航空发动机涡轮盘在热-机械载荷作用下的疲劳裂纹扩展规律进行研究。首先,进行涡轮盘网格无关性验证以保证计算精度;其次,针对涡轮盘进行导热分析以确定温度分布;再次开展了热-力载荷联合作用下的应力应变计算、静强度校核;最后,计算了中心孔处疲劳裂纹扩展参量以及疲劳裂纹扩展寿命。研究结果表明:该涡轮盘在最大转速状态下静强度满足要求,中心孔区域为应力集中危险点。裂纹尖端温度变化速率随着裂纹的深入而增加,导致了裂纹尖端应力场的扰动,裂纹由I型模式转为I/II混合模式。疲劳裂纹扩展寿命预测结果偏于危险,但可为涡轮盘损伤容限设计提供依据。     

含边缘裂纹铝合金厚板的复合材料双面修补研究

采用表面打磨,80℃、接触压固化的方法,利用碳纤维/双马复合材料预固化补片对边缘裂纹的铝合金厚板进行双面胶接修补,测试修补前后的静态和疲劳性能,并结合高低温老化和常温油浸试验考核其耐煤油性。结果表明:修补后平均破坏载荷由94.313 kN增加到143.593 kN,提高了52.25%;疲劳寿命由2 019次循环增加到34 698次循环,提高了16.19倍;临界裂纹长度由13.5 mm增加为27.5 mm;裂纹扩展速率由2.72 mm/1 000循环降低为0.59 mm/1 000循环。在300次循环高低温油浸及180 d的常温油浸试验条件下,燃油对试验件疲劳性能无影响,同时修补试验件对煤油品质无明显影响。     

拉伸高速铣削对TC4钛合金疲劳性能的影响

提出采用拉伸高速铣削新方法来提高钛合金等难加工材料的疲劳性能.进行了TC4钛合金的拉伸高速干铣削试验,拉伸装夹应力从0～327 MPa,铣削速度从190～570 m/min,其他加工条件保持不变.对铣削件进行低周疲劳试验,建立疲劳裂纹监测系统对疲劳裂纹进行在位停机拍摄,并用JSM-7001F型场发射扫描电镜对疲劳断口进行观察.结果表明在高速铣削中采用拉伸装夹能使试件疲劳寿命提高8%～16%,这归因于拉伸铣削形成了更为有利的表层残余压应力层,延长了疲劳裂纹萌生寿命.     

一种用于疲劳裂纹扩展数学模型研究的优化方法

在研究反映某类实验结果特性的数学公式或数学模型时，通常采用最小二乘法或其他微分方法对实验点进行曲线拟合。然而上述方法往往受到数学模型函数的可导性、连续性以及微分方程求解之难易程度的限制。本文通过引入工程设计中的优化方法，分别对室内空气环境下铝合金材料疲劳裂纹扩展的数学模型，以及在３．５％ＮａＣｌ水溶液浸泡下该材料腐蚀疲劳裂纹扩展的条件下，采用优化方法可方便地得到与其对应的疲劳裂纹扩展的（ｄａ／ｄＮ     

拉扭加载下疲劳裂纹扩展的试验研究

对航空材料LY12CZ进行了多种比例和非比例拉扭双轴加载下的疲劳试验。采用弹塑性有限元方法对缺口孔边的应力应变进行了分析,探讨疲劳裂纹扩展方向与孔边各应力和应变分量之间的关系。比较分析结果与试验数据得出比例加载下,疲劳裂纹基本上在垂直于最大主应变方向扩展。45°及90°非比例加载下,疲劳裂纹沿着最大剪应变平面扩展。     

激光辐照工艺参数对提高30CrMnSiA钢的门槛值和剩余寿命的影响

对使用的结构材料采用激光辐照表面处理技术以提高其抗疲劳断裂的性能,一直是近年来研究的热点。本文的研究结果表明,在合理的激光辐照工艺参数下,对提高30CrMnSiA钢的疲劳裂纹扩展门槛值△K_(th)、延长其剩余寿命有明显的效果。可望该技术能作为延寿手段在工程构件中得到应用。     

表面疲劳裂纹监测系统研制

首先介绍了直流电位法－裂纹扩展片检测裂纹的方法和原理。根据直流电位法原理，采用裂纹扩展片测试裂纹的方法。研制了表面疲裂纹监测系统。通过监测系统软件设计，实现对采样数据，波形和图形进行实时屏幕显示，对表面疲劳裂纹扩展进行动态监视。对于不同应力水平作用下的循环时间可计时累加并再现，可为疲劳裂纹形成寿命的预测提供依据。     

复合材料断裂的基体开裂模型

运用基体开裂模型对含有穿透裂纹的单向纤维复合材料进行了断裂分析，将理论预测结果和实验数据进行了比较。提出了决定裂纹前缘核心区域半径rc的定量公式以及确定材料临界应变能密度因子Sc的新方法。补充考虑了几个附加能量吸收过程，对应变能密度准则进行了开拓。实验试样的制备采用了预设裂纹的新方法。