谱载下裂纹扩展的计算及实验分析

本文针对裂纹扩展的Willenborg-Chang模型,提出了如何合理地选择参数,怎样对残余塑性区尺寸进行修正及随机加载谱的处理。通过实验和计算结果的对比,说明上述想法的正确性,并提出Willenborg-Chang模型更适用于较长裂纹的寿命估算。     

三维钝裂纹的边界元模拟和剩余腐蚀疲劳寿命估算方法

提出了一个三维钝裂纹的计算模型,并建立了适用于这类模型的边界元法程序。还利用现有的疲劳裂纹扩展模型,对含三维钝裂纹构件的剩余疲劳寿命估算方法进行了讨论,并对三维钝裂纹在空气和海水中的扩展进行了计算。研究表明,本方法和边界元程序,既适用于三维尖裂纹的剩余寿命估算,也适用于三维钝裂纹的剩余疲劳寿命估算。     

GH33A镍基高温合金蠕变裂纹扩展行为

 <正> 蠕变裂纹扩展的研究,首要的是确定表征蠕变裂纹扩展性能的合理判据,本文报导了对燃气涡轮盘常用材料GH33A合金蠕变裂纹扩展4种判据的研究结朱,求得最佳关联该合金蠕变裂纹扩展的参量,为进一步估算寿命打下基础     

裂纹塑性疲劳扩展分析

 本文分析了裂纹塑性疲劳扩展的力学机理,提出了裂纹塑性疲劳扩展的判据。结合实验对数值计算结果进行了分析讨论,并推导出裂纹塑性疲劳扩展速率的近似解析公式。     

机身加筋壁板环向裂纹损伤容限试验与分析

机身壁板是飞机结构中的主要承力构件,也是损伤的主要产生部位,研究机身加筋壁板的裂纹扩展规律和剩余强度特性具有重要意义。在轴向拉伸载荷作用下,对含环向裂纹的机身加筋壁板进行损伤容限试验;利用ANSYS有限元软件对试验件进行应力强度因子分析,估算裂纹扩展寿命;基于线弹性断裂力学准则和线弹性断裂力学加塑性修正准则,计算剩余强度特征曲线,并对比分析计算结果和试验结果。结果表明:计算得到的裂纹扩展寿命与试验结果的相对误差为6.3%,满足工程要求;线弹性断裂力学加塑性修正准则估算的剩余强度更为合理,误差仅为2.6%,且偏安全。     

裂纹扩展的低周疲劳特性

本文在Liu和Iino等人所采用的裂纹扩展模型假设的基础上,运用Coffin和Manson所得出的塑性应变与破坏寿命之间的经验关系式,并采用陈篪同志提出的考虑硬化的塑性区的计算方法,直接导出在循环载荷下Ⅰ型（张开型）拉伸问题的裂纹扩展规律。得出裂纹尖端前的循环应力和应变范围和Rice等对Ⅲ型（撕开型）面外剪切问题得到的结果完全一致。所导得的裂纹扩展规律公式与Paris公式具有相同的形式:da/dN=B（ΔK）^P,在本文处理方法下,得到指数P=2,B是反映材质特性的常数,作为近似计算,它只需利用单调载荷下材料的应力-应变特性,就可容易地算出B。这样,利用本文所建立的裂纹扩展速率的解析表达式来进行设计估算或作为选材的初步依据是简捷而方便的。一些算例表明该公式与实验结果有颇好吻合。     

三阶段疲劳全寿命估算模型

 本文给出了小裂纹范围的完整定义,并根据此定义提出了“三阶段疲劳全寿命估算模型”,即全寿命由裂纹形成寿命、小裂纹扩展寿命和大裂纹扩展寿命所组成。用此模型估算得到的寿命与实验结果符合很好。     

周期过载对LY12CZ铝合金腐蚀疲劳裂纹扩展的影响

对ＬＹ１２ＣＺ铝合金在周期过载条件下腐蚀疲劳裂纹扩展特性进行了试验研究。结果表明,周期过载迟滞效应取决于过载比和过载周期。当每一过载周期内裂纹扩展量小于由过载引起的塑性区尺寸时,可用等幅腐蚀疲劳裂纹扩展公式很好地拟合周期过载腐蚀疲劳裂纹扩展速率实验结果,从而周期过载迟滞裂纹扩展速率可通过在等幅腐蚀疲劳裂纹扩展公式中引入迟滞系数而获得。高－低加载顺序对腐蚀疲劳裂纹扩展的影响主要出现在近门槛区。     

基于晶体塑性的涡轮盘短裂纹扩展模拟方法

针对低周疲劳载荷下发动机涡轮盘早期短裂纹扩展行为,提出适用于工程结构的耦合晶体塑性（CP）理论和扩展有限元方法（XFEM）的多晶短裂纹模拟方法。该方法采用晶体内总累积分解切应变作为裂纹扩展判据并使裂纹沿最活跃滑移系对应的滑移平面传播。框架采用子模型技术/分区域网格细化以及宏-介观本构结合的方法解决真实工程结构和微观模型尺度不匹配的问题,在可接受的计算代价下预测了涡轮盘危险截面处的短裂纹扩展路径及速率。结果表明该结构内早期裂纹生长路径及速率受到晶体取向的影响而出现较大分散性,同时验证了基于CP-XFEM的框架在预测工程结构短裂纹扩展寿命及分散性上的可行性。      

腐蚀疲劳裂纹扩展与寿命估算

将有效的疲劳裂纹扩展速率表达式应用于腐蚀疲劳,对腐蚀疲劳裂纹扩展寿命估算进行了初步探讨。结果表明:腐蚀疲劳裂纹扩展速率(da/dN)_(CF)与(△K-△K_(thCF))在双对数坐标上呈线性关系。首次提出临界加载频率概念,频率高于临界加载频率,频率对裂纹扩展没有影响;频率低于临界加载频率,提出了表示频率对裂纹扩展速率影响的频率效应函数。经客观的验证,用文中提出的公式估算的腐蚀疲劳裂纹扩展寿命和实验寿命吻合良好。     

基于形状改变比能和材料属性离散的焊接残余应力估算

为了提高焊接残余应力测量精度,在2219-T87铝合金TIG焊接接头残余应力测定试验基础上,通过离散接头材料属性并利用形状改变比能对焊接残余应力进行塑性修正,分别研究孔边塑性变形和接头强度不匹配对焊接残余应力估算的影响。结果表明：同时考虑孔边塑性变形和接头强度不匹配因素的焊接残余应力估算方法,比线弹性残余应力计算方法能最大减小39.8%的误差;当测量点距焊缝距离小于8mm时,在考虑孔边塑性变形的情况下,同时考虑接头不匹配的影响相比不考虑其影响可最大减小40.6%的误差;当测量点距焊缝距离大于8mm时,可忽略接头强度不匹配对焊接残余应力估算的影响。     

TC11钛合金盘不同显微组织的疲劳-蠕变特性

3种显微组织的TC11合金盘疲劳-蠕变交互作用试验的结果表明,循环应力σ_(max)在560～660MPa范围内,双态组织具有最好的疲劳-蠕变性能,网篮组织次之,等轴组织最差;其它应力范围,网篮组织寿命远高于等轴组织,也高于双态组织。SEM观察发现,3种组织裂纹源区和扩展早期均具有明显的解理特征,且解理平面的形成与裂尖塑性应变累积和高温氧化效应有关。随着裂纹扩展,解理迹象逐减,疲劳条纹和蠕变空洞骤增,交互作用明显增强。     

FGH97粉末高温合金缺口试样小裂纹闭合特性数值模拟

采用有限元方法研究了FGH97粉末高温合金缺口试样小裂纹的塑性诱导裂纹闭合效应,分析了网格单元尺寸、缺口形式及外载大小、应力比和本构模型对裂纹闭合的影响,同时采用Walker公式计算裂纹扩展速率,并和试验结果进行对比以考察有限元方法的准确性。结果表明:当前塑性区尺寸大于10倍裂纹尖端网格单元尺寸时,裂纹闭合程度会趋于收敛;缺口形式在裂纹闭合未稳定前会产生影响,外载荷将决定闭合程度的稳定值;应力比的增大会降低裂纹闭合程度直至消失;相对于理想弹塑性本构模型,多线性弹塑性本构模型对网格的依赖性较低。缺口试样小裂纹扩展试验结果表明:考虑裂纹闭合效应之后,裂纹扩展速率计算结果与试验符合良好。      

Nonlinear Fracture Resistance Parameters for Elements of Aviation Structures under Biaxial Loading

This study is concerned with practical application of nonlinear deformation and fracture resistance parameters for residual durability estimation of the fuselage elements with operation damage. By means of numerical calculations for the fragment of fuselage skin with central crack the governing parameters of the elastic-plastic crack-tip stress field are determined as a function of biaxial loading. Two variants of modeling of the crack-tip stress field were performed for the panel of homogeneous isotropic material and a set of the special cohesive elements. As a result the assessment of the biaxial loading influence of fracture damage zone state on crack tip stress field in fuselage panel is given.     

具有应变硬化行为的弹塑性材料多道次等通道转角挤压有限元模拟

用有限元模拟方法研究了具有应变硬化行为的弹塑性材料的多道次(至多4道次)等通道转角挤压变形行为.结果表明,随着挤压道次增加,塑性变形区尺寸和对称性增加,拐角缝隙越来越小;按A路径挤压时,应变均匀性越来越差,最大塑性应变区随挤压道次增加向试样前上端移动;按C路径挤压时,应变均匀性越来越好,最大塑性应变区位于试样中心部位;挤压道次相同时,C路径累积最大塑性应变值比A路径要小.     

辅助加热温度对铝合金厚板FSW焊缝成形的影响

对铝合金厚板搅拌摩擦焊（FSW）而言,焊缝底部金属温度低、流动能力差是导致焊缝成形困难的主要原因。为此,本研究采用辅助加热的方式对待焊母材底部进行预热,分析辅助加热温度对厚板搅拌摩擦焊焊缝成形的影响。结果表明,随着辅助加热温度从20℃升高至80℃时,焊缝成形质量先变好后变差,宏观表现为焊缝内部焊核区宽度、高度及面积呈现先增大后减小的趋势,而疏松区面积呈现先减小后增大的趋势。其中,当辅助加热温度为40℃时,焊缝成形质量最好,焊核区尺寸最大,疏松区消失;而当辅助加热温度升高至80℃时,焊缝成形质量最差,疏松区面积最大。研究认为,其主要原因是添加合适的辅助加热温度可显著提高焊核区塑性金属的峰值温度及高温停留时间,塑性金属流动能力明显提高,焊缝成形质量得到极大改善。焊核区塑性金属的迁移方式由沿搅拌针表面向焊缝上部高温区迁移向挤压焊核区周边冷金属横向迁移转变。但是,当辅助加热温度太高时,焊核区塑性金属迁移方式开始转变为原始的沿搅拌针表面向焊缝上部高温区迁移,且此迁移程度有明显增大的趋势,导致焊缝内部疏松区缺陷再次出现。     

基于红外热成像的TC4钛合金光纤激光焊接接头拉伸力学性能研究

对光纤激光焊接2.5mm厚TC4对接接头的拉伸力学性能进行研究,其研究方法为在常规的拉伸试验中,附加同步的红外热像测量,实时记录拉伸全过程中试样在力作用下温度场的变化。常规测试结果表明:接头与母材的强度相当,延伸率只达到母材的59.53%。试样温度场测试结果表明:当接头和母材受到的轴向载荷低于屈服强度对应载荷时,接头在热影响区部位会产生较大的应力集中,但接头和母材均未产生明显的塑性变形;当载荷等于屈服强度对应载荷时,均在宏观屈服点之前发生了微观的塑性变形;当载荷等于抗拉强度对应载荷时,接头发生剧烈塑性变形区域的长度只达到母材的35%,且接头与母材发生剧烈塑性变形区域的长度随拉伸过程的进行逐渐增加。     

用拉格朗日等参数单元计算应力强度因子

 本文证明了在二次或三次拉格朗日等参数单元中,假使边上点和内节点移动适当的位置即可产生奇异性。在标准的拉格朗日等参单元中,使一边缩并成一点,成为三角形单元,再适当的选择边上点和内节点的位置,可以在单元的角点产生奇异性,因而,可以计算应力强度因子。在奇异元外面,适当移动边上点和内节点可以形成过渡元,可得到较精确的结果。通过几个例子表明,用这种奇异元,只要较少的单元数和节点数就能得到较精确的结果。     

一种基于约束因子的超载迟滞模型

在常幅载荷中加入一个超载会明显影响后续一段时间裂纹扩展的速率.要准确预测结构在变幅载荷谱下的疲劳裂纹扩展寿命,必须研究超载对裂纹扩展的影响.现有的变幅疲劳裂纹扩展模型大致可分为屈服区模型、经验的裂纹闭合模型和条带屈服模型.条带屈服模型预测较准确但需要数值迭代求解,计算量大,且程序复杂,不利于工程应用;屈服区模型比较简单...