非比例加载下GH4169高温多轴疲劳行为研究

利用薄壁管拉扭疲劳试样, 在高温控制应变循环加载下研究高温合金GH4169的多轴疲劳行为.高温多轴疲劳试验采用比例与非比例加载路径.在试验过程中,利用数据采集系统全程记录拉与扭的应力响应值以研究比例与非比例拉扭加载下的循环特性.研究结果表明,高温拉扭非比例加载下,疲劳寿命有明显降低;拉与扭应力响应多为循环软化,无明显的循环稳定现象.在低频加载下,由于高温蠕变效应加大,使循环软化速度加快,表现为曲线下降明显.在整个疲劳过程中,扭转应力响应分量均显示循环软化现象,而拉压应力响应分量的硬化与软化特性取决于应变加载参数.     

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。     

316L 不锈钢的单轴棘轮效应

对316L不锈钢进行了单轴应变控制和应力控制下的系统循环试验。对316L不锈钢在应变循环下的循环应变幅值、应变幅值历史、平均应变对循环特性的影响进行了揭示;对该材料在应力循环下的应力幅值、平均应力及其历史对循环蠕变（棘轮效应）的影响进行了分析。发现无论单轴应变循环特性还是非对称单轴应力下的棘轮效应不但依赖于当前加载状态,而且依赖于其加载历史。得到了316L单轴循环行为的一些有意义的结果。     

TC4钛合金的疲劳寿命与循环变形试验

本文试验研究了TC4钛合金高压气瓶材料室温空气环境下的疲劳性能、测定了恒幅应力的疲劳寿命,比较了试样表面不同状况对疲劳寿命的影响。测定了两种较高应力下的循环变形量。讨论了试验期间的过载和间歇加载对循环变形的影响。试验结果表明,在最大载荷下有保持时问的低循环试验中,1000次循环内最大应力0.89б_(0.2)的累积塑性应变大约为1×10~(-2)最大应力0.59б_(0.2)的累积塑性应变大约为1×10~(-3)。     

TC6钛合金在电流加载条件下的动态强迫剪切力学性能研究

微直流电通过强迫剪切动态加载过程中的TC6钛合金,首次研究了电流对TC6强迫剪切动态力学性能的影响规律.结果表明:直流电能够在一定程度上延迟TC6钛合金发生绝热剪切破坏失效,在相同的应变率下,即降低了TC6钛合金的绝热剪切敏感性.研究结果表明,一定强度的直流电能提高TC6钛合金绝热剪切带局部的热传导速率,在一定程度上降低了TC6在动态加载条件下的热软化效应,进而使得应变强化效应在更长的承载时间内高于热软化效应.因此,一定强度的直流电能降低TC6钛合金的绝热剪切敏感性,使TC6推迟发生绝热剪切破坏.     

钛合金的固态Cu致脆行为研究

分别采用慢应变速率拉伸、恒载荷拉伸加载方法研究了TC11钛合金在不同温度下的Cu脆行为,Cu与钛合金试样表面的接触分别采用离子束增强沉积和机械压合法实现.研究结果表明:在500℃慢速率拉伸条件下,钛合金呈现出较高的铜脆敏感性,而在300℃,400℃时,Cu脆敏感性不明显.在恒载荷试验条件下,500℃时,Cu对钛合金的力学性能影响较低;550℃时,Cu使TC11合金的断裂寿命和塑性指标显著降低.Cu脆的发生必须满足:Cu与钛合金紧密接触;合适的温度;试样应保持一定大小的形变速率.     

AZ31B挤压变形镁合金低周疲劳行为研究

分别研究了挤压变形AZ31B镁合金在非对称载荷与对称载荷下的疲劳行为,结果表明两种加载方式下,疲劳过程随着应变幅的增加,滞回曲线的不对称性均增强;在低应变幅下,位错滑移为主要塑性变形机制;而在较高应变幅下,孪生-去孪生为主要变形机制;同一应变幅下,压-压非对称低应变幅疲劳寿命最长,拉-压对称低应变幅疲劳寿命次之,拉-拉非对称低应变幅疲劳寿命最短.     

7475铝合金在恒幅及所选变幅加载历程下的裂纹扩展研究

导致加载序列作用的加载历史极大地影响着变幅加载下的疲劳裂纹扩展行为。本研究完成了一个恒幅及简单变幅加载历程下的探索性试验研究计划,以进一步了解序列影响并提供一个评价和改进现有裂纹扩展预测方法的基础。本研究的第一部分是进行宽范围应力比下的恒幅裂纹扩展试验。试验结果以及试验期间断口型态的转变可以在有效应力强度因子范围△Keff 的基础上来表示。第二部分是进行系统变化高载、低载以及卸载的简单序列下的裂纹扩展试验,测量裂纹扩展行为。最后提出关于预测模型的进一步发展的一般性看法。     

LY12CZ铝合金材料的室温和高温单轴循环变形行为及其时间相关性

 对LY12CZ铝合金室温和高温下的单轴循环变形行为及其时间相关特性进行了实验研究,重点讨论了环境温度、应力水平、加载波形和峰值保持对材料棘轮行为的影响。结果表明：室温和高温下,LY12CZ铝合金体现出循环硬化特性,并具有明显的应变幅值依赖性;材料的棘轮行为不仅依赖于当前的平均应力和应力幅值大小,还与加载历史密切相关。尽管LY12CZ铝合金在单调拉伸时对应变率的变化不敏感,但其循环棘轮行为具有明显的时间相关特性：有峰值保持时产生的棘轮应变明显大于没有保持时的值,并随保持时间的增加而增大;正弦波形下的棘轮应变大于三角波形下的棘轮应变。     

变幅载荷下改善焊接接头疲劳性能的超声冲击与TIG熔修方法之比较

 在恒幅和变幅两种加载条件下,对16Mn 钢原始焊态和经过超声冲击及TIG熔修处理的焊接接头进行了对比疲劳试验。结果表明: (1) 在恒幅载荷作用下,TIG熔修试件与焊态试件相比,疲劳强度提高37 %左右,疲劳寿命延长2.5 倍;而在变幅载荷作用下, TIG熔修试件与焊态试件相比,疲劳强度提高34 %左右,疲劳寿命延长1.7～1.9 倍。(2) 在恒幅载荷作用下,超声冲击处理试件与焊态试件相比,疲劳强度提高84 %左右,疲劳寿命延长3.5～27 倍;而在变幅载荷作用下,超声冲击处理试件与焊态试件相比,疲劳强度提高80 %左右,疲劳寿命延长2.5～17 倍。(3) 在低中应力水平、中长寿命区域内,无论是在恒幅载荷作用下还是在变幅载荷作用下,使用超声冲击法提高焊接接头疲劳强度较TIG熔修法的效果更好。     

显徽组织和拉伸塑性对TC11合金低周疲劳性能的影响

本文研究了不同β及α+β热处理制度对TC11钛合金组织,室温拉伸性能及低周疲劳矬能的影响,以及TC11钛合金的拉伸塑性与其低周寿命的关系。研究表明,在较小的应变幅下,片状组织与等轴α组织的低周疲劳寿命(Nf)的差别相对减小。此时,合金的拉伸塑性对Nf的影响较小。各种组织的TC11钛合金均呈现循环软化现象。对于钛盘或其它高温工作的零件,使用片状组织比使用等轴α组织更为有利。     

LY12铝合金的拉扭复合加载疲劳

对LY12铝合金的拉扭复合加载疲劳性能进行了研究,并用扫描电镜对疲劳试样的断口进行了观察.试验选用单轴轴向、0°同相拉扭复合、45°非同相拉扭复合、90°非同相拉扭复合和纯扭转五种加载路径,并使试样在不同加载路径下的最大等效应变值相等.结果表明,LY12铝合金试样在五种加载条件下,均出现循环硬化和饱和现象.LY12铝合金试样在纯扭转加载时的寿命最长,在90°非同相拉扭复合加载时的寿命最短.用Wang-Brown模型的损伤参量,可以较好解释不同加载条件的疲劳寿命差异.单轴轴向加载和0°同相拉扭复合加载试样的断口均出现疲劳条纹,纯扭转加载和90°非同相拉扭复合加载断口形貌以裂纹面间相互摩擦的痕迹为主.     

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。     

基于应变路径非比例度的多轴疲劳寿命预测

在分析多轴疲劳几种常用非比例度定义的基础上,提出了一种非比例度定义方法,进而以American Society of Mechanical Engineers(ASME) 规范案例中非比例加载多轴疲劳设计准则采用的应变参量作为基本损伤参量,发展了一种新的多轴疲劳寿命预测模型.结果表明:①所提出的非比例度定义可以描述任意已知轮廓的、非周期的、变幅的非比例加载路径;②与两种常用的多轴非比例加载疲劳寿命模型的预测结果对比可知,新的寿命预测模型对14种比例和非比例加载路径下304不锈钢材料的寿命预测与试验吻合更好,预测结果基本位于2倍分散带以内.      

镍基高温合金Udimet 720 Li硬化与蠕变响应本构建模

在镍基高温合金Udimet 720 Li的单调拉仲、对称循环加载和蠕变实验数据的基础上，开展了应用Bodner-Partom统一粘塑性本构理论对这三类载荷条件下材料的力学行为进行同时建模的研究。通过仔细分析方程的本构特征，提出了一种根据单轴实验获得本构参数的系统优化策略，然后将B-P模型编入ABAQUS的材料子程序UMAT，计算了700℃时不同加载情况下材料的非弹性变形，并与实验结果进行了对比，获得了良好的一致性。     

TiAl合金低循环疲劳行为与寿命预测模型

通过400 ℃和750 ℃下的单轴应变控制低循环疲劳（LCF）试验获取了一种TiAl合金循环变形行为和低循环疲劳寿命。合金在应变循环载荷下具有较稳定的循环特性,未出现明显的循环软化或循环硬化现象。Ramberg-Osgood方程能够较好地描述合金的循环应力-应变关系,疲劳寿命与总应变幅值近似呈对数线性关系。材料在750 ℃条件下呈现韧性断裂特征,在400 ℃条件下材料脆性特征较为明显。试件失效以层状组织跨层断裂为主,且层间断裂现象都随应变幅的增加而大幅减少,值得注意的是材料在750 ℃时氧化速度明显加快。与Manson-Coffin模型相比较,Cruse-Meyer模型尽管数学形式更简单,材料常数更少,但对具有低温度高应力的叶片榫头部位的寿命预测精度不高,不宜直接用于钛铝合金叶片寿命预测。      

航空沉头铆钉动态加载试验及失效模式研究

为研究航空沉头铆钉在动态加载下的失效模式,以航空器结构中使用的100°沉头铆钉为研究对象,采用高速液压伺服材料试验机,进行不同加载速度下的纯拉伸、30°拉剪耦合、45°拉剪耦合、60°拉剪耦合和纯剪切动态试验,获得不同工况下铆钉动态力学失效试验数据,研究加载角度、加载速度对铆钉失效模式和失效载荷的影响规律,并拟合铆钉失效本构参数及失效判据。结果表明,此种铆钉主要有沉头拉脱和钉杆剪断失效模式,不同加载角度下铆钉失效模式差异较大,不同加载速度下铆钉失效模式差异较小;失效载荷随加载速度增大而增大。对纯拉伸和纯剪切试验,失效载荷与加载速度线性相关;建立不同加载速度下的铆钉失效判据,可应用于铆钉有限元建模及机身结构适坠性仿真分析。     

单/双轴预拉载荷对碳纤维复合材料高速冲击性能的影响研究

针对发动机工作时受预载荷的叶片受到外物冲击的情况,设计一种面内单轴及双轴预加载装置,开展单轴与双轴不同大小预拉载荷下碳纤维/环氧树脂复合材料（T700/TDE-86）的高速冲击试验,探究预拉载荷对复合材料抗冲击性能的影响,并结合超声C扫描分析预拉载荷对损伤面积的影响。结果表明：面内初始载荷对复合材料层合板抗冲击性能和分层损伤面积有显著影响;预拉载荷会提高靶板的抗弯刚度,减少靶板吸收的能量,减小弹道极限,且在双轴预拉情况下更明显;弹体击穿靶板后分层损伤面积几乎不变,而预拉载荷会减小分层损伤面积,且在双轴预拉情况下更明显。     

液体火箭发动机推力室内壁寿命预估

为了分析推力室内壁失效机理及准确预估推力室内壁寿命,对推力室进行流-热-固耦合计算.流-热耦合为热-固耦合提供准确的热和机械载荷,热-固耦合模型对推力室内壁在循环加载下的变形进行非线性平面应变有限元分析.通过计算,得到了推力室内壁在单循环各阶段的应力-应变分布和循环加载下的变形过程,并进行了寿命预估.结果表明:采用的流-固耦合策略能准确地实现流-热耦合模块向热-固耦合模块的载荷传递,能为结构分析提供准确的边界条件.在预冷、后冷和松弛阶段,内壁承受拉应力;在工作阶段,内壁承受压应力.随着循环次数的增加,内壁残余应力和应变不断增大,内壁向燃烧室内鼓起和不断变薄,冷却通道中心最先失效.所采用的分析模型能够模拟内壁在循环热和机械载荷下的变形过程,用于预估推力室内壁的循环寿命.      

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。