扭转／拉伸复合载荷下的弹塑性疲劳裂纹扩展行为

研究了从中碳钢圆棒试样的环状预裂纹开始的疲劳裂纹扩展行为,分析了扭转/拉伸复合加载时不同载荷比对弹塑性疲劳裂纹扩展的影响。在高应力水平下,裂纹断口为宏观平坦。无论是简单加载还是复合加载,裂纹扩展速率都可用J积分的指数方程表达。对于同样的J积分范围值,Ⅰ型载荷下的裂纹扩展速率最高,而Ⅲ型载荷下的速率最低。在复合加载条件下的疲劳断口上观察到疲劳条痕同Ⅰ型加载条件下的相同,其间距与裂纹扩展速率相等。     

疲劳应力变幅的断口反推研究

通过对18Cr2Ni4WA钢在不同应力比和不同载荷下的疲劳裂纹扩展速率试验,拟合得Paris关系式,然后对试验断口进行疲劳条带宽度S(微观裂纹扩展速率)测量,将疲劳条带宽度值代入拟合的Paris关系式中,反推计算断口试样的疲劳应力变幅.结果表明,疲劳条带宽度只在疲劳裂纹扩展的一定阶段与宏观裂纹扩展速率相等,选择该阶段的数据点进行疲劳应力变幅反推计算,相对误差在10%以下;数据点是否位于宏、微观裂纹扩展速率相等的阶段,可由S～yπa双对数座标S形曲线判定,并发现由于裂纹扩展速率的误差传递系数小于0.5,计算结果对裂纹扩展速率测量的相对误差不敏感.     

有机玻璃疲劳裂纹扩展表达式及控制参量

将用于建立金属材料疲劳裂纹扩展关系式的静态断裂模型引入有机玻璃裂纹扩展行为的研究中,得到了在近门槛区、中部区和快速扩展区都能较好地与实验结果相吻合的疲劳裂纹扩展速率表达式。该关系式揭示了疲劳裂纹扩展速率和应力强度因子与弹性模量、门槛值和断裂韧性之间的内在关系,式中不含无明确物理意义的待定系数,是较为完善的表达式。认为有机玻璃疲劳裂纹扩展的控制参量为 :有效应力场强度因子、门槛值与断裂韧性之比值及最大应力场强度因子与断裂韧性之差。     

孔边角裂纹近门槛区疲劳裂纹扩展规律及门槛值研究

 基于三维裂纹特征,本文提出了一种测量孔边角裂纹近门槛区疲劳裂纹扩展速率及门槛值的实验方法。为了得到真实的裂纹形状变化规律,首先针对具体试样用勾线方法建立其“b-a”标定曲线。参照门槛值的标准测试方法,本文仅需测量“a”方向裂纹尺寸,然后用标定曲线换算共相应的“b”方向尺寸。这样我们就可以得到关于“a”和“b”的两组数据,而这两个方向代表孔边角裂纹特征方向。通过分别对30CrMaSiNi2A和2024T3材料的实测研究,证明本文提出的测试方法是可行的。在实验数据基础上,进行了结果的统计对比,得出:1.“a”和“b”方向的近门槛区疲劳裂纹扩展速率及门槛值基本一致;2.孔径大小对实验结果没有影响。;3.同样厚度情况下,孔边角裂纹试样的近门槛区疲劳裂纹扩展速率编高,而门槛值相应较小。     

AZ31B镁合金电子束焊接接头疲劳裂纹扩展速率分析

对AZ31B镁合金母材及其电子束焊接接头疲劳裂纹扩展速率进行研究,测试缺口位于母材、焊缝、热影响区(HAZ)时3组试验的裂纹扩展门槛值及扩展速率,并对3种试样疲劳裂纹扩展断口进行SEM分析.结果表明:缺口位于焊缝的裂纹扩展门槛值高于母材及HAZ,且疲劳裂纹扩展速率小于母材及HAZ.AZ31B镁合金母材及HAZ疲劳裂纹扩展断口都呈现河流状花样,为准解理脆性断口;焊缝的疲劳裂纹扩展断口中有许多撕裂棱、韧窝,表现出一定韧性,断口为以脆性为主的韧-脆混合断裂;随着裂纹扩展速率增大,三者断口中的解理台阶变粗大,疲劳条带变宽.     

2024-T42铝合金疲劳裂纹扩展曲线的拟合方法研究

 提出了一种疲劳裂纹扩展曲线( a-N 曲线) 的新拟合方法,并采用这种新的拟合方法对2024-T42 铝合金CCT 试样的疲劳裂纹扩展数据进行了拟合分析。通过疲劳裂纹扩展寿命计算结果和试验结果的对比分析,证明这种新的裂纹扩展曲线拟合方法具有较高拟合精度。经过实验和计算分析,还给出了2024-T42 铝合金的疲劳裂纹扩展速率材料常数c 和n 值。     

四参数全范围Forman裂纹扩展速率曲线p-da/dN-△K曲线拟合技术

裂纹扩展分析软件NASA／FLAGRO VERSION 2．0，采用的Forman裂纹扩展速率公式，是包括门槛区和快速扩展区的全范围裂纹扩展公式。采用四参数Forman公式可对裂纹扩展的整个过程进行描述，Fonnan公式考虑了应力幅值△K和应力比R对裂纹扩展速率的影响。通过对试验数据的拟和，可以得到Forman的四个参数C、n、p、q，进而得到各种不同材料的da／dN-△K-R曲面，再代入不同的应力比R，即可求得不同R下的da／dN-△K曲线。此外，为计算具有可靠度的疲劳裂纹扩展寿命，需采用具有可靠度的裂纹扩展速率表达式，即p-da／dN-△K表达式。     

镍基高温合金GH4169小裂纹早期扩展的原位疲劳试验

通过原位扫描电子显微镜(SEM)疲劳试验,研究了直接时效GH4169高温合金在室温下的疲劳小裂纹萌生和早期扩展过程.结果表明:在应力比R=0.1的拉-拉疲劳载荷作用下,疲劳小裂纹的萌生寿命仅为全寿命的20%左右.疲劳小裂纹起源于表面夹杂,以半椭圆表面裂纹形状扩展,扩展后期穿透试样一侧形成角裂纹,角裂纹迅速扩展导致试样断裂.疲劳小裂纹的早期扩展易受局部微观结构的影响,扩展速率分散性较大.      

考虑应力比的疲劳裂纹扩展概率模型

考虑到应力比对疲劳裂纹扩展速率的影响及裂纹扩展的分散性,在Paris公式基础上,提出了一种考虑应力比的疲劳裂纹扩展概率模型;运用非线性函数线性化原理给出概率模型参数的求解方法;通过该概率模型和曲面,可从宏观上把握应力比对裂纹扩展的影响规律及得到任意应力比下的概率疲劳裂纹扩展速率曲线;对30CrMnSiNi2A钢试验数据的处理及分析验证了该模型的有效性和实用性.      

DZ22小孔旁疲劳裂纹扩展的试验研究

研究了ＤＺ２２合金带小孔试样的疲劳裂纹扩展过程,给出了孔旁裂纹扩展速率ｄａ／ｄＮ与应力强度因子ΔＫ之间关系的试验曲线,并对断口形貌进行了分析。     

载荷频率和热处理对压铸镁合金AZ91HP疲劳裂纹扩展速率的影响

在保留压铸态截面的条件下,通过对压铸(F)、固溶(T4)和峰时效(T6)三种热处理状态的压铸镁合金AZ91HP薄板试样在不同频率下的疲劳裂纹扩展速率试验结果的分析发现,疲劳裂纹扩展速率随着加载频率的提高而降低.固溶处理能够降低疲劳裂纹扩展速率,但随后的时效处理又加剧了疲劳裂纹扩展速率的提高.     

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。     

纤维金属层板疲劳裂纹扩展速率与寿命预测的唯象模型

以纤维金属层板疲劳裂纹稳定扩展的特性为基础,提出了纤维金属层板等效裂纹长度（l0）的概念,导出了纤维金属层板疲劳过程中的有效应力强度因子方程,建立了纤维金属层板等幅疲劳下疲劳裂纹扩展速率与寿命预测的唯象模型。它不仅适用于中心裂纹,同时也适用于边缘裂纹。用唯象模型对2/1GLARE和3/2GLARE层板的CCT试样和SENT试样进行了寿命预测,并与试验结果进行了对比。当裂纹从锯切裂纹尖端扩展到试样宽度的80%时,对于GLARE层板的CCT试样,2/1GLARE层板的预测寿命与实测寿命之比为1.05,3/2GLARE层板的预测寿命与实测寿命之比为1.07.对于GLARE层板的SENT试样,预测寿命与实测寿命之比为1.12.唯象模型不仅预测结果可靠,精度高,而且都是解析运算,非常方便。唯象模型的提出使得纤维金属层板的疲劳裂纹扩展速率和寿命的预测变得跟金属材料一样方便,因此具有重要的工程应用价值。     

全范围疲劳裂纹扩展速率表达式的研究

以Ｐａｒｉｓ公式和Ｗａｌｋｅｒ公式为基础,提出两种适用于全范围的疲劳裂纹扩展速率表达式,它们考虑了应力比和门槛值对疲劳裂纹扩展规律的影响,揭示了疲劳裂纹扩展在不同阶段的不相同的变化规律,同时又兼顾损伤当量折算要求。能较好地评估低载损伤不可忽略情况下结构的使用寿命和维修周期,有重要的工程实用意义。     

超声疲劳研究综述

超声疲劳具有节省时间、能源和经费的优点,适用于材料的长寿命疲劳和低速率裂纹扩展研究,尤其是疲劳极限和近门槛值扩展的研究。近年来理论研究日益成熟,试验设备和技术达到高准确性和多种加载形式。超声疲劳不仅属于疲劳学和断裂力学的基础研究,而且其成果已应用于航空、航天等工业领域。     

YB-MD-3有机玻璃的疲劳裂纹扩展特性研究

试验测定和分析了YB-MD-3有机玻璃的等幅疲劳裂纹扩展规律和疲劳裂纹扩展门槛值.结果表明对较厚的中心裂纹板试件用带压缩的循环载荷能够预制出质量稳定的穿透裂纹;显示了平均应力对疲劳裂纹扩展特性影响的特殊规律以及负应力比循环下压缩部分对裂纹扩展的加速作用;探讨了常温下低频加载时频率变化对YB-MD-3有机玻璃疲劳裂纹扩展的影响.     

一种预测疲劳短裂纹扩展曲线簇的方法

 本文提供了一种用疲劳长裂纹恒K_(max)降ΔK近内在门槛区数据预测疲劳短裂纹扩展曲线簇(σ为外加应力半幅,c为表面裂纹半长)的方法。由于恒K_(max)降ΔK的试验数据容易获得,相对稳定;又由于预测中引用了A.Navarro发展的位错描述方程,使所得短裂纹扩展特性分别计及了扩展速率的固有变动性和与外加应力的相关性。此预测方法为在紧凑结构部件中应用疲劳短裂纹扩展特性,进行损伤容限设计和安全寿命评估,提供了实施的良好前景。     

TC4-DT焊接接头Ⅰ-Ⅱ复合型疲劳裂纹扩展实验及模拟研究

拉剪复合载荷作用下,构件中的裂纹呈现复杂的Ⅰ-Ⅱ复合型扩展模式,研究其扩展规律对准确评估构件疲劳寿命具有重要意义。针对TC4-DT钛合金电子束焊接头Ⅰ-Ⅱ复合型疲劳裂纹扩展规律开展研究,设计并加工紧凑拉伸剪切(CTS)试样,通过开展不同加载角度下接头试样的疲劳裂纹扩展实验,得到接头Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的a-N曲线及疲劳裂纹扩展路径。在上述基础上引入Ⅰ-Ⅱ复合型等效应力强度因子并结合Paris公式建立TC4-DT电子束焊接头Ⅰ-Ⅱ复合型疲劳裂纹扩展速率方程。采用扩展有限元法(XFEM)对复合型疲劳裂纹扩展过程进行数值模拟研究,得到不同加载角度下的扩展规律,并与实验结果进行比较。结果表明:不同加载角度下Ⅰ-Ⅱ复合型疲劳裂纹开裂角模拟值与实验结果误差均在10%以内,并且扩展路径均与实验结果吻合;XFEM能够有效预测复合型疲劳裂纹扩展路径。     

LY12CZ铝合金的疲劳门槛值及宽范围裂纹扩展速率的研究

用降载、升载和恒幅试验程序测定了LY12CZ铝合金板材在三种应力比(R=0.5,0和-1)下的疲劳门槛值及宽范围的裂纹扩展速率.研究结果表明,三种应力比的da/dN-ΔK曲线上所出现的相同转变点与微观扩展机制、裂纹表面的形貌和材料本身特性有关;裂纹闭合效应是引起应力比相关性的重要机制;用裂纹闭合模型计算的裂纹张开应力相当好地关联了在宽范围速率(da/dN=10-8～10-2mm/cycle)内的三种应力比的da/dN与有效应力强度因子范围ΔKeff的关系.     

新型纤维金属混合层板结构的疲劳裂纹扩展与分层行为

为了研究一种新型混合层板的损伤容限性能,针对两种铺层混合层板结构进行了应力比R=0.1,-1下两种锯切缺口尺寸试样的疲劳裂纹扩展试验,对比分析了获得的裂纹扩展a-N曲线数据,并通过对试样进行腐蚀去层,研究了层板的各层分层形态。结果表明,在应力比R=0.1时该新型混合层板疲劳裂纹扩展性能明显优于铝合金板;预浸料两侧添加胶膜比不添加胶膜会导致较好的疲劳裂纹扩展性能;由于裂纹桥接机制作用,锯切缺口尺寸较短层板试样比较长层板试样有较好的裂纹扩展性能;层板中心层铝板较其它层铝板裂纹扩展明显滞后;内层铝板与预浸料间沿裂纹方向呈近似三角形分层。