C250钢漏斗试样扭转低周疲劳研究

通过轴向循环拉压实验获得漏斗试样载荷-位移(P-V)曲线,并基于该曲线和有限元反演分析方法获得了材料的循环本构关系。利用该循环本构关系对漏斗试样进行三维扭转有限元分析,获得漏斗根部剪切应力与扭矩之间的转换公式,及漏斗根部剪切应变与名义扭角之间的转换公式,实现了漏斗试样扭转低周疲劳的研究。应用该方法,完成了C250钢漏斗试样常温下一条曲线的扭转低周疲劳实验,揭示了C250钢的疲劳行为,并给出了该材料的Manson-Coffin寿命预测模型。     

用于薄片试样弹塑性应力-应变分析的半解析方法

针对圆弧漏斗薄片试样和圆环薄片试样提出了半解析统一模型,并进行了有限元验证,该模型对漏斗薄片试样与圆环薄片试样单调力学行为均有优良的描述性。完成了漏斗薄片试样与圆环薄片试样的单轴拉伸试验及变幅对称循环试验,获得了载荷-位移曲线和循环稳定载荷幅-位移幅曲线。通过该模型并利用试验曲线预测材料单轴应力-应变关系和循环应力-应变关系,发现根据两种薄片试样预测的材料应力-应变关系及循环应力-应变关系与标准圆棒试样结果吻合良好。     

高温对Zr-4合金低循环行为的影响

对Zr-4合金开展了常温与400℃高温下的低周疲劳试验研究,获得了两种温度下材料的单调R-O(Ramberg-Osgood)本构模型和M-C(Manson-Coffin)寿命估算模型。基于这些模型,研究了材料的循环硬化与软化特性,研究了静强度、循环强度、寿命的温度因子对Zr-4合金静强度、循环强度和低周疲劳寿命规律的影响效应;根据温度对寿命的影响因子与总应变幅呈线形规律的重要发现,修正了用于高温低周疲劳寿命估算的模型,进而总结出较现行方法更简便的高温疲劳试验方法。还研究了恒幅应变下幅值应力的温度效应。     

考虑应力松弛的缺口疲劳寿命预测方法

为了能够快速准确获得循环载荷条件下缺口局部应力应变并用于缺口疲劳寿命预测,基于粘塑性本构方程及光滑试样循环应力应变试验结果,发展了一种应力应变简化计算方法,采用该方法计算得到的光滑试样循环应力应变结果与试验结果的误差在5%以内,并将该方法结合寿命预测方程采用迭代的方式用于粉末高温合金FGH97单边圆形缺口试样疲劳寿命预测。结果表明:所发展的方法充分考虑了FGH97合金单边圆形缺口试样缺口根部区域的应力松弛,取得了较好的寿命预测结果,其分散带基本在2倍以内。     

孔边裂纹塑性应变疲劳扩展试验研究

简介了循环J积分ΔJ*path体系,以16MnR钢单边椭圆孔边裂纹试件进行了6种循环应力比的恒幅应变疲劳裂纹扩展试验,采用材料应变疲劳循环加载条件下的应力-应变关系,通过弹塑性有限元素法计算ΔJ*path参量,研究了孔边高应变区裂纹塑性应变疲劳扩展规律。结果表明：ΔJ*path能够作为缺口高应变区裂纹塑性应变疲劳扩展的控制参量,与裂纹扩展速率da/dN之间的指数关系,可通过相同材料的标准试件应力疲劳裂纹扩展由Paris公式与ΔJ*path=ΔK2/E转换得到。     

基于P-ε-N曲线整体推断的涡轮盘寿命可靠性分析

疲劳寿命符合对数正态分布,并且对数寿命的标准差随弹性应变幅和塑性应变幅的减小而增大。采用基于异方差回归分析的整体推断方法在现有低循环疲劳试验数据的基础上,得到了航空发动机涡轮盘材料GH4133在温度250℃下的P-ε-N曲线;利用P--εN曲线对某涡轮盘进行低循环疲劳寿命可靠性分析,得到置信度0.95,可靠度0.998 7的轮盘寿命为1 866次循环,合683飞行小时,与涡轮盘疲劳试验分析得到的技术寿命接近。整体推断得到的P-ε-N曲线精度较高,利用P-ε-N曲线进行轮盘寿命可靠性设计分析具有计算简便、节约试验成本的优点。     

扭转载荷下带环状裂纹圆棒的J积分的评价

研究了扭转载荷下带环状裂纹圆棒试样的J积分的评价.首先得到了一系列带有不同深度环状切口的中碳钢圆棒试样的扭矩-扭转角关系,然后分别利用单试样的简单评价法和多试样的能量法计算J积分值.结果发现,当圆棒试样的切口深度足够深(即裂纹长度足够长)或扭转角足够小时,两种方法计算的J积分值相当一致.     

一种确定低周应变疲劳应变-寿命曲线的方法

基于Manson-Coffin方程处理低周应变疲劳应变-寿命曲线,提出了一种在短寿命区用低周应变疲劳试验数据,长寿命区(5000周～50000周)用高周疲劳试验数据联合确定材料的高温低周应变疲劳应变-寿命曲线的方法.联合处理方法的应用将不再需要进行应变控制的长寿命小应变的疲劳试验,节约了试验经费,缩短了试验周期.用GH141合金760℃的低周应变疲劳和高周疲劳数据对该方法进行了验证,验证结果发现:联合处理方法和单纯的Manson-Coffin方程处理得到的应变-寿命曲线吻合很好.联合处理方法可以用来确定高温低周应变疲劳应变-寿命曲线.     

TMF本构和寿命模型:从光棒到涡轮叶片

针对空心涡轮叶片，发展了考虑瞬态变温效应的热机械疲劳（TMF）本构模型和寿命预测方法。第一，以某涡轮叶片用定向凝固合金DZ125为对象，开展了光棒、缺口TMF试验，结合已有的高温疲劳试验数据，获得了相位、温度范围、应力集中等因素对TMF寿命影响规律；第二，利用材料微观组织分析手段，揭示了导致光棒和缺口TMF失效的疲劳裂纹萌生机理；第三，借助于Chaboche本构模型，进行了各向异性、变温、蠕变损伤修正，建立了考虑变温效应的循环-蠕变本构模型，实现了DZ125合金拉伸、等温循环、蠕变、疲劳-蠕变以及TMF应力应变响应的统一建模和预测；第四，发展了疲劳-蠕变-氧化损伤累积的TMF寿命模型，利用简单纯疲劳和蠕变基础数据获得了寿命模型参数，并进一步发展了名义应力法预测了缺口模拟件的TMF寿命；最后，以某涡轮叶片为对象，进行了模拟飞行载荷谱条件下的瞬态变形响应计算和叶片TMF寿命预测。     

针刺陶瓷基复合材料损伤本构模型及构件应力分析

基于连续介质损伤力学方法提出了适用于针刺陶瓷基复合材料的各向异性损伤本构模型.该模型考虑了拉伸与剪切损伤的影响.通过试验得到了材料的拉伸和剪切的应力-应变曲线,采用曲线拟合获得了本构模型的参数.应用用户子程序技术将本构模型写入商用有限元软件,计算所得拉伸和剪切的应力-应变曲线与试验曲线比较吻合,最大误差分别为5.62%和1.47%.使用该损伤本构模型及弹性模型计算了航空发动机尾喷管调节片在气动和温度载荷下的力学响应,两者计算所得应力分布相似,但损伤本构模型计算值明显小于弹性模型计算值.      

A new approach on necking constitutive relationships of ductile materials at elevated temperatures

A new method is presented to determine the full-range, uniaxial constitutive relationship of materials by tensile tests on funnel specimens with small curvature radius and finite element anal-ysis (FEA). An iteration method using FEA APDL (ANSYS parametric design language) program-ming has been developed to approach the necking constitutive relationship of materials. Test results from SAE 304 stainless steel at room temperature show that simulated load vs displacement curve, diameter at funnel root vs displacement curve, and funnel deformation contours are close to mod-eled results. Due to this new method, full-range constitutive relationships and true stress and effec-tive true strain at failure are found for 316L stainless steel, TA17 titanium alloy and A508-III stainless steel at room temperature, and 316L stainless steel at various elevated temperatures.     

MDYB-3有机玻璃疲劳性能温度效应研究

 对MDYB-3有机玻璃进行了不同温度下等幅载荷拉-拉疲劳试验，对实验结果按照疲劳寿命的幂函数公式进行拟合，得到了几个典型温度下的S-N曲线。结果表明随着温度的升高，疲劳强度有大幅度的降低。在对实验数据线性回归分析结果的基础上进行多项式拟合，建立了考虑温度效应的疲劳寿命估算方程，并用疲劳包络线粗略地表示了不同温度下达到指定疲劳寿命时的应力水平。分析了疲劳总应变与循环次数比之间的关系，给出了不同温度下第二阶段总应变增长率与疲劳寿命之间的关系式。研究结果为飞机风挡和舱盖的设计和寿命评估提供了参考和依据。     

A plastic strain energy method exploration between machined surface integrity evolution and torsion fatigue behaviour of low alloy steel

To explore the evolution mechanism of multistage machining processes and torsional fatigue behaviour based on strain energy for the first time and provide process optimization of axis parts of low alloy steel for service performance, four multistage machining processes were applied to the 45CrNiMoVA steel, including the Rough Turning process (RT), RT+ the Finish Turning process (FRT), FRT+ the Grinding process (GFRT) and RT+ the Finish Turning process on dry cutting condition (FRT0). The result showed that the FRT process’s average low-cycle torsional fatigue life increased by 50% when it evolved from the RT process. The lower surface roughness of R_a 1.3 μm caused the total strain energy to increase by 163.8 Pa mm/mm instead of the unchanged strain energy density, and the crack feature evolved from some specific bulges to flat shear plane characteristics. When the GFRT process evolved from the FRT process, its average fatigue life increased by 1.45 times, compared with the RT process. Plastic strain amplitude decreased by 21%, and the strain energy density decreased by 4% due to more considerable compressive residual stress (?249 MPa). Plastic deformation layer depth had a consistent tendency with surface roughness. In this paper, surface integrity evolutions on cyclic characteristics and fatigue behaviour have also been explained. A fatigue life prediction model based on the energy method for machined surface integrity is proposed.     

0.4C-铬镍钼硅钢多冲疲劳裂纹起始寿命估算

 本文采用局部应力一应变法,结合Coffin公式,忽略弹性应变。考虑应变速率的影响,导出了在给定的试验条件下,根据材料的拉伸性能估算其多冲疲劳裂纹起始寿命的表达式,经试验结果验证表明,对不同冲击能量,不同热处理状态以及不同缺口形状的多冲试样,估算式均具有较高的准确性。     

多轴随机载荷下的疲劳寿命估算方法

提出了一种多轴随机载荷下的疲劳寿命预测方法.通过雨流计数法对各平面上的剪应变进行循环计数,以统计出的剪应变循环作为多轴疲劳损伤的主要控制参数,将各剪应变循环历程内对应的最大正应力和正应变变程作为多轴疲劳损伤的第二控制参数.根据多轴疲劳寿命模型计算出各平面上的损伤,以最大损伤平面作为多轴随机疲劳的临界平面,通过该临界平面上的损伤计算出多轴随机载荷下的疲劳寿命.采用SNCM630钢,304不锈钢和S45C钢3种金属材料的多轴随机疲劳试验数据对提出的寿命预测方法进行评估和验证.结果表明:疲劳寿命预测结果大都分布在试验结果的2倍分散带之内.     

基于疲劳热响应的高强钢疲劳剩余寿命预测

为了在不破坏材料的情况下估算服役结构材料的使用寿命,尤其是估算承受过未知周次循环载荷（已受损）的材料剩余疲劳寿命,提出一种预测高强钢试件剩余疲劳寿命的方法。以300M钢为研究对象,在不同的循环应力水平下进行疲劳试验,所有的试验过程使用红外成像仪对试件进行全程温度监控,记录了试件在不同损伤阶段的受激温升斜率以构造包含金属疲劳热响应和疲劳寿命对应关系的“参考斜率曲面系”,并以此为依据估算剩余疲劳寿命。试验结果表明受激温升斜率与疲劳损伤状况,即试件的累计受载周次存在明显的线性关系。经试验验证,发现剩余寿命预测的误差不超过5%,说明该线性关系可作为估算剩余疲劳寿命的指标。     

一种获得高温声疲劳S──N曲线的新方法

高温声疲劳试验应在行波管上加加温装置来完成,但这种方法费时、耗资大。基于疲劳等效原理,提出在振动台上加加温装置来得到高温声疲劳S-N曲线的一种新方法,其中涉及如下几个方面的问题：试件设计;声学环境模拟;温度场模拟;反射板设计;温度控制及应力、温度测量等等。用上述方法给出了GH140材料的S-N曲线,证明了本方法是简单可行的。     

FGH97缺口试样基于黏塑性本构的弹塑性响应分析

针对缺口试样在高温条件下局部区域应力应变难于测量的问题,基于光滑试样材料力学性能试验,优化得到550℃粉末高温合金FGH97的Chaboche黏塑性统一本构方程参数,并将其应用到FGH97缺口试样单调拉伸及循环加载弹塑性有限元分析中.研究结果表明:①缺口局部区域进入塑性后其应力分布与弹性条件明显不同,随应力增大,最大应力位置向内移动;②在循环载荷条件下,随着循环数的增加,缺口平分线上应力/应变范围变化不大,缺口根部塑性区域出现明显平均应力松弛,并逐渐趋于稳定,导致缺口根部循环载荷比不同于外部施加载荷;③缺口根部塑性区域逐渐增大,但增大的幅度逐渐降低.该研究可为进一步分析缺口构件疲劳寿命影响因素提供支持.      

1Cr18Ni9Ti不锈钢的非比例循环特性实验研究

在高温多轴非比例循环加载下,对１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢进行了在单轴和圆形应变路径下的循环试验、非比例循环加载历史试验以及在圆形应变路径下的应变幅值历史效应的试验。研究了非比例循环附加硬化、应变幅值历史效应、循环加载历史效应及这些效应的温度依赖性,得到了若干有意义的结果。