用于J阻力曲线测试的载荷分离直接标定法

基于载荷分离原理提出了确定不同裂纹长度钝裂纹紧凑拉伸(CT)试样的载荷-位移(P-V)曲线显式表达式的方法,进而通过与尖裂纹试样的P-V曲线进行对比分析,发展了直接确定尖裂纹试样实时裂纹长度的载荷分离直接标定(LSDC)法。该方法无需在试样断面上进行任何裂纹长度的物理测量。采用Cr2Ni2MoV钢制成的CT试样验证了LSDC法的可行性和有效性。研究结果表明,LSDC法得到的J阻力曲线相比柔度法和规则化法更加合理、精确。由LSDC法还可从相同初始裂纹长度条件下的钝裂纹和尖裂纹CT试样的P-V曲线分离点得到能够真实反映材料启裂的临界断裂韧度,相比根据0.2mm钝化偏置线交点确定的传统条件启裂韧度值更为合理,且具有更小的数据分散性。     

含裂纹金属薄板的断裂韧度与剩余强度研究

为了探究影响含裂纹铝合金薄板材料断裂韧度、剩余强度的几何因素以及韧性材料的断裂机理,对典型航空铝合金2524-T3薄板,采用不同宽度、不同初始裂纹长度的中心裂纹板试样进行试验,测定材料的K-R阻力曲线,确定平面应力断裂韧度Kc和表观断裂韧度Kapp.试验结果表明:对于薄板结构,K-R阻力曲线与板宽相关;试件宽度、初始裂纹长度对断裂韧度和表观断裂韧度的确定都有影响,且板宽度的影响较大.基于上述结论,推荐两种可同时反映韧性材料断裂中的净截面屈服效应和韧性撕裂过程的剩余强度预测方法.     

基于直通型CT试样测试方法的断裂韧度研究

依据ASTM用于CT试样获取断裂韧度载荷分离理论规则化方法提出量纲一载荷分离法,从而完善用于断裂韧度测试的载荷分离理论,且根据弹塑性有限元精细计算结果以及直通型CT变形几何关系,提出裂纹嘴张开位移与加载线位移的转换公式。采用不同初始裂纹长度CT钝裂纹试样对公式的有效性和精确性进行试验验证,进而实现对1Cr12Mo、30Cr2Ni4Mo V以及P91管材10Cr9Mo1VNb N三种合金直通型CT试样的JR阻力曲线测定,结果表明,试验值与公式计算值的最大相对误差均在5%以内。     

非耦合韧性断裂准则及其在航空金属材料中的应用

结构轻量化是航空航天和汽车领域的重要发展趋势,对以铝合金、镁合金和钛合金为代表的轻质高强金属材料的需求与日俱增。预测材料的损伤断裂行为是高性能航空构件成形工艺设计和服役性能评估的关键,而发展先进的韧性断裂准则是其主要途径。本文首先介绍了金属材料损伤断裂的微观机制,包括剪切和压缩应力主导的剪切型断裂、拉应力主导的拉伸型断裂及复合型断裂。回顾了韧性断裂准则的研究现状,传统非耦合韧性断裂准则的发展历程、特点和适用场合,重点论述了近年来几种典型的非耦合韧性断裂准则的特点和优势。传统的非耦合韧性断裂准则通常只考虑最大主应力或平均应力对损伤断裂的影响,忽略了偏应力的作用,不适合于低应力三轴度或复杂应力状态下的断裂行为预测;而新的韧性断裂准则综合考虑应力三轴度和罗德角参数对损伤演化的共同影响,适用于复杂的应变路径和应力状态。最后,评述了非耦合韧性断裂准则在铝合金、镁合金和钛合金等航空金属材料中的发展现状和典型应用,展望了韧性断裂准则的发展趋势和研究方向。非耦合韧性断裂准则需针对先进结构金属材料的变形特点,综合考虑应力状态、应变速率、温度及各向异性等对损伤断裂的作用,使其具有更好的普适性和预测精度。     

耳片接头的断裂失效数值模拟

金属材料断裂研究属于工程计算中的难点问题。目前对于金属构件延性断裂问题的研究,多是基于10种经典塑性材料断裂试样,分析构件延性断裂的表征参数和断裂机理,对延性金属断裂准则在耳片接头类结构中的应用研究较少。本文对4种结构形式的耳片接头进行拉伸断裂试验,采用应力三轴度准则,模拟接头在拉伸试验中的断裂失效,对比接头的结构形式对断裂性能的影响和算法精度。研究表明:在材料的线弹性阶段,4种接头的位移变形基本一致;接头的断面主要集中在耳片开孔中心位置;在耳片开孔处增加凸台,可以提高接头的断裂强度;立筋、R角对接头断裂性能影响较小。     

NiCrAl/Ni3Al微叠层材料的断裂韧度测算

利用电子束物理气相沉积技术(EB-PVD)制备了NiCrAl/Ni3Al微叠层复合材料.建立了具有中心穿透裂纹有限宽NiCrAl叠层的Ⅰ型裂纹扩展模型,推导出它的断裂韧度表达式,并利用带预制裂纹的NiCrAl/Ni3Al叠层试样的四点弯曲断裂数据,估算出NiCrAl的断裂韧度,叠层后增强Ni3Al单体的断裂抗力.实验结果表明,制备态NiCrAl/Ni3Al微叠层复合材料试样的拉伸断口呈现出裂纹扩展和裂纹瞬断两个区域;随着温度的升高,塑性增加.     

聚合物PA66直至断裂的全程单轴本构关系研究

基于有限元辅助测试方法(Finite element aided testing,FAT)对新型聚合物PA66开展了直至破坏的全程单轴本构关系的研究。另外,将VIC-3D光测所得的试样表面应变场结果与有限元模拟结果进行对比,表明通过FAT方法获得的聚合物PA66全程单轴本构关系结果准确有效。最后给出了聚合物PA66的全程单轴本构关系曲线,给出了对应Chaboche本构关系模型的参数、材料临界破断应力、破断应变、应力三轴度等,并对试样的破断机理进行了分析。     

含裂纹铝合金薄板的断裂韧度与剩余强度研究

为了探究影响含裂纹铝合金薄板材料断裂韧度、剩余强度的几何因素以及韧性材料的断裂机理,对典型航空铝合金2524-T3薄板,采用不同宽度、不同初始裂纹长度的中心裂纹板试样进行试验,测定材料的K-R阻力曲线,确定平面应力断裂韧度Kc和表观断裂韧度Kapp。试验结果表明:对于薄板结构,K-R阻力曲线与板宽相关;试件宽度、初始裂纹长度对断裂韧度和表观断裂韧度的确定都有影响,且板宽度的影响较大。基于上述结论,推荐两种可同时反映韧性材料断裂中的净截面屈服效应和韧性撕裂过程的剩余强度预测方法。     

基于双参数断裂准则的剩余强度预测

双参数断裂准则为一种估算结构剩余强度的简单方法,然而原始推导过程应用了一些假设。为了给出更严谨的证明,从Neuber公式出发严格推导双参数断裂准则公式。用试样的初始裂纹长度代替临界裂纹尺寸,以简化该准则。运用简化的双参数断裂准则估算M(T)、C(T)试样以及复杂结构(三孔拉伸试样)的剩余强度。结果表明:运用简化的双参数断裂准则估算M(T)、C(T)试样的剩余强度时,估算误差在7%以内;运用简化的双参数断裂准则估算复杂结构(三孔拉伸试样)的剩余强度时候,估算误差在5%,说明双参数断裂准则可以用于加筋壁板剩余强度的预测。     

某型飞机铸铝A356合金的断口分析

进行了A356合金标准试样的常规拉伸试验、断裂韧度测试实验,得到了拉伸试样应力-应变曲线,通过KYKY-1000B扫描电子显微镜观察断口形貌,对拉伸试样断口、断裂韧度测试断口进行了分析。     

液压导管用不锈钢板材振动损伤研究

以导管用不锈钢1Cr18Ni9Ti板材为研究对象,对其在悬臂约束、一阶固有频率下的振动特性进行了研究。给出了1Cr18Ni9Ti板材的S-N曲线,材料的振动疲劳极限为218MPa。裂纹源位于试样表面,断口有疲劳纹存在,是典型的疲劳破坏。     

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.     

新型超高强度钢应力腐蚀断裂行为研究

采用恒载荷拉伸应力腐蚀实验研究了23Co14Ni12Cr3及40CrNi2Si2MoVA两种超高强度钢在质量分数为3.5％的NaCl溶液中的应力腐蚀开裂行为,为两种超高强度钢在结构件中的安全使用提供数据依据.通过金相显微镜和扫描电镜(SEM)对两种超高强度钢的显微组织以及断口形貌进行了分析.恒载荷拉伸应力腐蚀实验结果表...     

比例与非比例加载下30CrMnSiA钢多轴高周疲劳失效分析

为了分析比例与非比例加载下,30CrMnSiA钢的多轴高周疲劳的失效规律。通过对30CrMnSiA钢材料开展比例与非比例(δ=90°)加载下的多轴高周疲劳试验,研究了应力幅比和相位差对疲劳寿命、断口特征及裂纹起裂角度的影响。试验结果表明,对于比例与非比例加载,随着应力幅比的增大,多轴疲劳寿命逐渐增加。对疲劳断口分析发现,裂纹萌生于试件表面,断口有明显的疲劳源区、扩展区和瞬断区,不同加载路径下的试件断口形式有明显差异。通过对起裂角度的分析发现,应力幅比大于0.25时表面裂纹有明显的第Ⅰ阶段向第Ⅱ阶段的转变,且第Ⅰ阶段沿着接近最大剪应力幅值平面方向扩展,第Ⅱ阶段沿着接近最大正应力平面方向扩展。此外,对典型试件的疲劳断口及表面扩展路径进行了分析,研究表明多轴疲劳试验试件裂纹的特征比值在0.3~0.5之间,且裂纹沿深度方向扩展至300 μm时占总寿命的85%以上。      

Residual stress indentation model based on material equivalence

A novel residual stress indentation model for conical indentation loading is proposed to describe the relationship between the residual stress, material constitutive parameters, load, and displacement for materials with a uniaxial constitutive relationship that obeys Hollomon’s power law (H-law). The novel model was established based on the principle that the equivalent material without residual stress corresponds to the original material with residual stress, conical indentation theoretical model based on energy density equivalence, and an assumed power-law relationship between the dimensionless residual stress and relative difference of the yield stresses of the equivalent material and original material. Sixty imaginary H-law materials with ten equibiaxial and ten uniaxial residual stresses were investigated by Finite Element Analysis (FEA). The residual stresses predicted by the novel model from the indentation load–displacement curves simulated for the imaginary materials are in close agreement with those applied by the FEA. Finally, indentation tests for Cr12MoV steel, 45 steel, and 6061-T6511 aluminum alloy were carried out on their specimens without residual stress and their bending specimens with equibiaxial and uniaxial residual stresses. The residual stresses predicted by the novel model according to the indentation load–displacement test curves are in good agreement with those applied by the tests.     

航空用不锈钢焊接导管的损伤容限研究

基于断裂力学方法开展了1Cr18Ni9Ti导管TIG焊对接结构的损伤容限分析,在测试其母材和TIG焊接头拉伸性能、断裂韧度和疲劳裂纹扩展速率的基础上,分析其失效模式,确定损伤容限ac。研究结果表明:1Cr18Ni9Ti导管TIG焊对接结构在工况振动载荷下,损伤容限ac为0.9mm,导管失效形式为泄露。     

不同应力三维度下空穴缩胀的模拟计算与分析

 用弹塑性大变形有限元方法对含微空洞的40 Cr材料制轴对称拉伸试件进行了模拟计算与分析,表明空穴沿轴向和径向长大规律的不同,主要表现在对应力三维度水平的依赖程度不一样;在所考察的范围内,空穴横纵扩张比与应力三维度成线性关系。该计算模型在一定程度上反映了真实试件中的空穴变形情况,简单推算表明它在一定程度上也能反映裂纹体裂端空穴长大规律,并有可能用于估计材料的韧脆转变的研究。     

非对称载荷下TC17合金超高周疲劳试验

通过试验研究了110Hz和20kHz两种频率正弦式非对称载荷作用下TC17合金材料的疲劳失效行为,结果表明:载荷频率对TC17合金的疲劳强度和疲劳失效机理影响不明显,两种频率载荷作用下TC17合金的疲劳失效均存在表面诱发疲劳失效和内部诱发疲劳失效。表面诱发的疲劳失效主要是由循环载荷作用下试样机械加工缺陷和表面滑移所导致的,内部诱发的疲劳失效主要是由于材料初生α相在非对称循环载荷作用下发生解理断裂而导致的,失效形式的不同使得材料的应力-疲劳寿命（S-N）曲线呈双线性。萌生于TC17合金试样内部的疲劳裂纹可分为3个阶段:初生α相的解理断裂阶段、短裂纹扩展阶段和长裂纹扩展阶段。由裂纹萌生区特征可以确定室温条件下,应力比为0.1时,TC17合金疲劳长裂纹扩展门槛值为3.3MPa·m1/2。      

Cr12MoV钢制柱塞裂纹萌生断裂破损的原因分析

本文分析了燃油泵Cr12MoV钢制柱塞裂纹萌生断裂破损的原因,观察了裂纹断裂破损处形貌特征、显微组织和化学成分、显微硬度测量,分析了其接触疲劳韧性损伤的原因,研究消除裂纹萌生断裂破损的相关工艺方法。结果表明柱塞显微组织和综合性能得以改善和提高。     

三种不锈钢材料抗固体颗粒冲蚀性能研究

采用增压气流固体颗粒冲蚀试验方法研究1Cr11Ni2W2Mo2V、1Cr12Ni2WMoVNb、1Cr17Ni2三种不锈钢材料的抗冲蚀性能。结果表明,三种不锈钢材料在固体颗粒冲击下均发生冲蚀磨损,30°稳定冲蚀速率大于90°稳定冲蚀速率。在相同冲蚀条件下,三种不锈钢材料抗冲蚀性能1Cr17Ni2>1Cr12Ni2W2MoVNb>1Cr11Ni2W2MoV,即1Cr17Ni2不锈钢抗冲蚀性能最好。