裂纹萌生

摘要： 多股螺旋弹簧(简称多股簧)是一种由多根钢丝螺旋绞绕成钢索而形成的圆柱螺旋弹簧,目前关于多股簧在疲劳失效领域的研究较少。针对多股簧疲劳失效的问题,以实际应用中的多股簧为研究对象,从多股簧钢丝断裂特征和多股簧几何参数对其疲劳寿命的影响进行分析研究。结果表明:钢丝表面缺陷是造成裂纹萌生降低疲劳寿命的主要原因,钢丝表面缺陷包括了钢丝表面的线纹、伤痕、凹坑等,此外钢丝材料内部的微孔洞以及微裂纹会加速裂纹的扩展,降低弹簧的疲劳寿命;其次是多股簧几何参数的影响,以最大振幅下的恢复力为变量,弹簧螺旋角对多股簧疲劳寿命的影响最大,弹簧旋绕比次之,钢索钢丝捻角最小。

摘要： 本文提出了一种低周疲劳的损伤演化模型。根据APL X65钢的疲劳实验结果,回归确定低周疲劳损伤参数。利用ABAQUS二次开发损伤UMAT子程序,模拟X65钢缺口试样疲劳损伤演化规律,统计裂纹萌生寿命与最大应力之间的关系,分析裂纹萌生寿命对缺口形貌的敏感性。分析表明,疲劳裂纹萌生寿命对缺口深度非常敏感,相同缺口深度下,增大缺口根部半径R或张开角度θ会减缓疲劳损伤的累积,同时缺口板材厚度对裂纹萌生位置有一定的影响。最后根据模拟结果确定了缺口试样疲劳裂纹萌生寿命表达式。

摘要： 目的研究载荷大小、加载方式和冷变形对材料裂纹萌生行为的影响规律。方法采用多轴多试样加载装置,在线测量冷变形316L和308L不锈钢在模拟反应堆高温高压水环境中恒载荷和慢应变速率拉伸状态下的应力腐蚀裂纹萌生行为。结果加载载荷低于屈服强度时,两种不锈钢均因具有较强的抗点蚀和晶界氧化性能而不易萌生裂纹。高于屈服强度后,伴随着载荷的增加,材料裂纹萌生时间显著缩短,断口包含沿晶和穿晶开裂两种典型的应力腐蚀开裂形貌。结论相较于同等程度冷变形的316L奥氏体不锈钢,308L不锈钢焊材在高应变速率下沿晶断裂或脆性断裂的敏感性更低,但降低应变速率将显著提高其沿晶开裂敏感性。冷变形因在不锈钢晶界和相界处引入了更高的残余应变,导致其裂纹沿晶界和相界萌生的倾向增大。

摘要： 燃气轮机叶片在实际工作过程中,易受到非对称循环载荷作用而发生疲劳失效。为便于准确地预测非对称循环加载下叶片材料的裂纹萌生及扩展寿命,首先考虑平均应力效应和高应力区的塑性变形影响,对Chaboche模型进行改进,然后将改进的Chaboche模型和Walker裂纹扩展公式相结合,建立了一种非对称循环载荷作用下裂纹萌生及扩展综合寿命模型,并用试验数据进行验证分析。结果表明,该模型预测得到的裂纹萌生寿命、裂纹扩展寿命与试验数据基本吻合,验证了新模型的适用性和准确性,为燃气轮机叶片损伤分析和寿命预测奠定理论基础。

摘要： 碳氮共渗工艺应用广泛,但对碳氮共渗后零部件的滚动接触疲劳失效机理研究较少。采用气体碳氮共渗对马氏体轴承钢进行表面改性处理,对碳氮共渗试样进行滚动接触疲劳试验,研究碳氮共渗对轴承钢滚动接触疲劳性能的影响及其失效机理。研究结果表明:碳氮共渗试样表面硬度、残余应力和残余奥氏体含量显著提高,使得其接触疲劳寿命明显高于常规试样。疲劳裂纹萌生于表面和亚表面,其中大量表面平行裂纹主要由表面白色蚀刻层硬度梯度变化而导致,表面材料受到严重微观塑性变形产生晶粒细化;亚表面裂纹萌生位置受最大应力的分布和渗层厚度的影响。表面和亚表面疲劳裂纹的扩展和连接最终导致碳氮共渗试样出现浅层剥落和分层剥落的失效形貌。

摘要： 针对风电齿轮箱轴承疲劳裂纹萌生方向的问题,通过理论研究,认为裂纹萌生的方向取决于萌生局部位置最大切应力幅所在平面方向。经计算发现,轴承滚道内部浅层位置正交切应力幅大于主切应力幅,较深位置主切应力幅大于正交切应力幅;裂纹萌生角度随萌生深度不同而变化。针对裂纹扩展问题,利用断裂力学裂纹尖端极坐标应力叠加的方法,明确了Hertz接触应力、残余应力、装配过盈压力等对裂纹扩展方向的影响,通过分析不同热处理金相组织的轴承失效案例,验证了理论的适用性。

摘要： 本文运用自主研发的扫描电镜(SEM)原位疲劳测试台,对直接激光沉积(DLD)制备的Ti6Al4V合金开展疲劳实验,研究了其裂纹萌生行为。实验结果表明,在疲劳测试过程中,Ti6Al4V合金微塑性应变累积会导致颈缩,其中滑移是主要的塑性变形方式。通过对变形行为的研究发现,网篮组织和α集束具有不同的织构特征,进而具有不同的变形方式。α集束内晶粒取向一致,滑移带会在集束边界形成,但集束内表现为均匀变形;网篮组织内具有高占比(96%)的高角度晶界,容易导致位错在晶界处塞积并形成滑移带,随着塑性应变累积,微孔及微裂纹沿滑移带边界萌生。同时研究发现小尺寸的表面缺陷(尺寸约为2~3μm)对Ti6Al4V合金疲劳性能影响较小,基本不会引起疲劳裂纹扩展。

摘要： 为了全面解析风电齿轮的疲劳损伤演化机理,以某1.5 MW风力发电机高速级齿轮为研究对象,基于Voronoi图与多晶体组织的几何相似性,建立介观尺度下的齿面模型,采用内聚力单元模拟晶界对基体的割裂作用,引入双线性分离曲线作为评判损伤的依据.采用周期跳跃的加载方式模拟齿面接触载荷的循环累积效应,仿真预测接触疲劳裂纹的萌生位置及其疲劳寿命,并探讨风速变化和齿面间摩擦因数对疲劳裂纹演化的影响.结果表明,齿轮在疲劳损伤初期的演化速率较慢,随着损伤量的不断累积,其损伤速率逐渐加快.针对研究对象,在距齿面深度0.13、0.27 mm处最先出现裂纹,并伴随接触应力的循环加载逐渐扩展,最终于齿面形成典型的剥落破坏.此外,通过对比分析还可以发现,高风速和齿间润滑不良均显著降低齿轮的寿命.

摘要： 关于合金材料超高周疲劳,笔者提出了裂纹萌生特征区及特征参数的概念,并提出了“大数往复挤压”模型揭示裂纹萌生特征区形成机理.对于高强钢,该特征区为断裂面的细颗粒区;对于钛合金,该特征区为断裂面的粗糙区.近年,关于合金材料超高周疲劳裂纹萌生过程与机理受到疲劳领域广泛关注,并有若干研究新进展.对此,有几个问题需要进一步论述,包括:(1)微结构细化并演化为纳米晶层的裂纹萌生特征区是发生在裂纹形成之前或之后?(2)特征区的形成与加载应力比的关系?(3)特征区纳米晶层的厚度、连续性和微结构细化程度?(4)特征区的形成是否需要真空环境?此外,不同高强合金和不同加载方式的特征区形态也有新的进展.本文将基于近年文献中的结果,对这些问题进行综合论述.本文还简要论述了裂纹萌生特征区概念和大数往复挤压模型的启示,包括:合金材料超高周疲劳特性的评估与预测、提高增材合金材料超高周疲劳性能的途径、制备纳米晶薄层材料的可能性.在郑哲敏先生仙逝一周年之际,以此文告慰我的导师郑先生.

摘要： 研究渗碳齿轮弯曲疲劳失效模式及弯曲疲劳寿命预测模型构建。通过应力比为0.04的弯曲疲劳试验,结合扫描电镜对试样的断口进行观测,发现断齿的裂纹源均为齿根表面晶格的位错滑移。结合裂纹特征尺寸及位错能量法,构建了疲劳寿命预测模型(模型-Ⅰ),综合考虑了齿根圆角半径模糊性等因素的影响,建立了疲劳寿命预测模型(模型-Ⅱ)。对比分析两个模型,发现与模型-Ⅰ相比,模型-Ⅱ在3倍因子之内有较高的预测精度。

摘要： 粉末高温合金以其优越的高温力学性能成为了现代发动机涡轮盘的首选材料.然而由于制造工艺问题,粉末合金涡轮盘在制造过程中无法避免存在其他金属夹杂物,这些夹杂物易成为材料的裂纹源,对材料使用寿命造成影响.以第二代粉末高温合金FGH96为研究对象,取氧化铝为主要夹杂物,采用损伤力学分析模型,对粉末高温合金典型缺陷进行分析计算.使用有限元分析软件,探究了粉末高温合金中夹杂物不同尺寸、位置以及形状对应力场的影响,进而考虑其对裂纹萌生的影响.为进一步分析裂纹萌生寿命和改进工艺设计提供依据.

摘要： 本研究对超低温奥氏体球墨铸铁进行了低温示波冲击试验,并对冲击裂纹的萌生与亚稳扩展特征进行了深入地探讨.通过对示波冲击断裂过程中的动态载荷、吸收能量以及特征位移进行分析发现,随着温度的降低,这种材料有着更好的抵抗冲击裂纹萌生的能力,但冲击裂纹萌生后会迅速地延伸并开始亚稳扩展;而冲击裂纹的亚稳扩展过程在冲击值达到最大值的温度(-80°C)前后分别受到载荷上升和亚稳位移减少的影响.采用激光共聚焦显微镜对冲击断口进行观察,发现随着温度的下降,冲击断口在裂纹萌生区域的塑性变形持续的上升,而在裂纹亚稳扩展区域则呈现先增大后减小的趋势.

摘要： 以高速列车常用的A7N01S-T5铝合金型材焊接热影响区为研究对象,分析析出相的SEM组织及化学成分,采用超景深显微镜观察不同时间节点腐蚀疲劳裂纹萌生过程,并统计分析点蚀坑的面积及最大径长.结果表明,热影响区的腐蚀面积率、腐蚀速率、蚀坑最大径长均随着试验时间的增加而增加,腐蚀坑主要沿着挤压方向分布的大颗粒、富含Fe的二相粒子周围萌生,在交变应力的促进作用下,热影响区腐蚀疲劳裂纹在腐蚀坑最大径向方向沿着挤压方向萌生、扩展.

摘要： 针对燃煤发电厂高温管道中轴向椭球型埋藏缺陷,在管道径厚比、缺陷位置、缺陷尺寸等不同组合下,基于改进的KR蠕变损伤本构方程,采用大型有限元分析软件ABAous对承受内压载荷的P92钢管道进行了蠕变损伤的数值模拟.使用椭球型缺陷蠕变损伤速率最大位置处的临界累积损伤作为蠕变裂纹萌生的判据,研究椭球型缺陷蠕变裂纹萌生规律.提出平均等效应力的概念,用来建立与缺陷蠕变损伤裂纹萌生孕育期的关系.结果表明,蠕变裂纹萌生孕育期与萌生位置与椭球型缺陷的尺寸、位置等因素有一定关系.

摘要： 通过结合初始应力应变场与连续损伤力学理论以及单元失效和裂纹萌生准则,构建了火电发电机组蠕变疲劳交互作用下裂纹萌生的预测模型,将模型编写为用户材料子程序UMAT耦合到ABAQUS有限元分析软件中,实现了初始无缺陷结构蠕变疲劳交互作用下裂纹萌生的有限元模拟,并分析了影响裂纹萌生寿命的因素.通过与线性累计损伤理论对比发现,裂纹萌生位置蠕变损伤和疲劳损伤具有相互促进作用,蠕变疲劳的交互作用使裂纹萌生寿命减小;蠕变和疲劳载荷加载顺序对损伤的累积具有很大影响,模拟发现承受蠕变载荷的结构在承受后续循环载荷下总损伤值更大,裂纹萌生寿命更短.

摘要： 对于微动疲劳问题,循环应力比的大小会影响试件应力状态及分布,从而影响疲劳裂纹的萌生位置.本文通过对一类微动疲劳问题进行有限元法分析,模拟疲劳实验过程,并采用最大应力变化幅△σθmax作为指标预测了不同应力比下疲劳裂纹的萌生位置.数值分析显示,在应力比不是很大时,试件与微动接触头的边缘存在接触,并在此处产生较大的应力集中,容易萌生裂纹;而在应力比足够高时,微动接触头端部与试件呈恒张开状态,△σθmax及裂纹萌生发生在距初始接触区边缘一定距离处.疲劳裂纹萌生位置的理论预测结果与相关试验的疲劳裂纹发生位置比较一致.

摘要： 本文介绍了矿用链条承受弯曲疲劳载荷时的失效特点,根据链环的受力情况建立了应变控制的轴向拉——压低周疲劳试验.通过对实验结果的分析揭示了23MnNiMoCr54钢(以下简称54钢)低周疲劳特性以及疲劳裂纹萌生和扩展的规律.探讨了提高链条弯曲疲劳抗力的途径.

摘要： 对汽油发动机缸盖用铸铝合金开展高周疲劳和低周疲劳试验,建立了高、低周疲劳的概率寿命曲线,重点对疲劳寿命的分散性进行研究.结果表明:近自由表面处的铸造缺陷为主要裂纹萌生源,其中以氧化膜最多.裂纹萌生源大小的随机分布是导致疲劳寿命分散性最主要的原因.近自由表面裂纹萌生源大小与疲劳寿命的分布规律存在明确的定量关联,即裂纹源等效直径的累积概率与疲劳寿命的累积概率相加等于1.

摘要： 综述了铝合金材料的疲劳研究进展,介绍了铝合金材料的疲劳裂纹萌生机制和特性、裂纹扩展规律及其扩展阶段的研究进展,同时概述了裂纹疲劳行为的影响因素和微观机理方面的最新研究进展,最后从裂纹萌生和扩展机制以及微观机理等方面概述了铝合金疲劳行为研究趋势.

摘要： 本文研究了轻水堆核电站压力容器用低合金钢A533B在模拟核电高温高压水环境下的低周疲劳行为，主要讨论了钢中硫含量和高温水中的溶解氧含量对疲劳寿命的影响和裂纹的萌生行为。结果表明：当硫含量小于0.015wt％，疲劳寿命随着硫含量的增加呈幂函数下降，当硫含量大于0.015wt％时，寿命趋于饱和;当硫含量较高时，疲劳裂纹为多裂纹源萌生，并且裂纹主要萌生于表面或者近表面含硫夹杂物;当溶解氧含量在0.05 ppm至0.5 ppm之间时，疲劳寿命随溶解氧的增加呈幂函数降低，当溶解氧含量大于0.5ppm和小于0.05 ppm，疲劳寿命趋于饱和;当氧含量较高时，裂纹主要萌生于样品表面的点蚀坑;低溶解氧时，样品表面的腐蚀产物以Fe3O4为主，高溶解氧时腐蚀产物以Fe2O3为主。

摘要： 本发明公开了一种承载煤岩裂纹萌生和稳定扩展起点的红外辐射识别方法，进行单轴压缩煤岩的红外辐射观测实验，分别设置加载煤岩试样和参照煤岩试样，并采用红外热像仪对加载煤岩试样和参照煤岩试样分别录制；得到加载试样红外辐射温度矩阵IRlo、参照试样红外辐射温度矩阵IRre；计算IRre每一行元素的平均值得到参照试样红外辐射温度行平均值集合AIRTLre；计算加载试样绝对红外辐射温度矩阵AIRlo；计算加载试样红外辐射温度绝对方差VIRT；对VIRT进行一层小波分解得到小波变化一层分量，并通过小波变化一层分量计算裂纹萌生和稳定扩展起点的阈值。本发明利用红外辐射遥感监测技术，实现了煤岩裂纹萌生和稳定扩展起点的实时、准确识别，对提升矿井等岩土工程的安全生产水平有重要意义。

摘要： 一种抑制金刚石膜研磨抛光裂纹萌生与扩展的夹具及使用方法。夹具包括底座、水槽、水槽引流孔、底座限位环、张紧环、缓冲垫、张紧螺栓；夹具底座上顶面为施加载荷面，下底面为加热后粘贴金刚石膜面，通过降温在该面与金刚石膜之间预制应力；底座限位环，放置于底座外面，水槽放置于底座限位环顶部，通过水槽底部均布的水槽引流孔，为底座与底座限位环之间缝隙提供水源；缓冲垫放置于底座底面；张紧环，包覆于缓冲垫外沿。完成平整化处理后，整个夹具直接进行快速加热处理，至粘结剂失效，完成平整化处理过程。本发明提高了金刚石膜整膜率和加工效率，解决了卡粉问题，减少环境污染。也可用于已带有裂纹的金刚石膜平整化处理，抑制裂纹扩展，提高金刚石膜的使用面积。

摘要： 本发明公开了一种焦炭塔裂纹萌生寿命的预测方法，其包括步骤：建立焦炭塔壁应变幅的概率分布模型；基于所述模型，进行蒙特卡罗随机方法抽样应变幅数据循环样本，并计算给定循环周期的每个应变幅相应的疲劳寿命和疲劳损伤；对给定循环周期下的所述疲劳损伤在给定迭代次数下进行累积达到或超过1.0认为裂纹萌生；所述裂纹萌生累计次数与给定迭代次数的比值获得裂纹萌生概率；对于所述给定循环周期，所述裂纹萌生概率和给定置信度，计算预测焦炭塔壁裂纹萌生概率与剩余寿命之间的关系。本发明还公开了一种焦炭塔裂纹扩展寿命的预测方法，建立应力幅的概率分布模型来预测现役焦炭塔的裂纹扩展寿命。所述方法成本低，可评估焦炭塔服役的风险。

摘要： 本发明提供了一种加筋板低周疲劳裂纹萌生的试验测量装置和方法，属于结构测试及力学试验技术领域。该试验测量装置包括DIC测量仪器组件和两个夹持组件。DIC测量仪器组件包括测试电脑终端和工业相机，夹持组件包括前盖体、后盖体、第一主螺杆、第二主螺杆、两个副螺杆、两个主夹板和两个副夹块。采用该加筋板低周疲劳裂纹萌生的试验测量装置和方法，综合考虑了加筋板的轴向底板和筋板在实际工况下的负载情况对加筋板式样的变形和应变信息进行试验测量，操作简单，测量数据全面且处理方便，误差小，能够为加筋板低周载荷下的疲劳裂纹萌生寿命评估提供更加精准的依据。

摘要： 本发明涉及一种基于损伤控制参量一致的裂纹萌生模拟件设计方法，步骤为：基于结构载荷及环境特点开展静强度分析，确定危险部位及其失效模式；依据材料级疲劳试验结果，确定考核失效模式的损伤控制参量；依据真实结构有限元计算结果，确定真实结构危险部位及临界平面，并提取临界平面上临界距离范围内的损伤控制参量分布规律；提取真实结构上影响危险部位临界平面损伤控制参量分布的关键几何尺寸，在保证其不变的前提下初步设计模拟件考核部位几何形状；通过添加开槽、开口等辅助特征调整危险部位临界平面上的损伤控制参量分布，在临界距离范围内使之与真实结构趋于一致；设计模拟件加持段，在考核载荷、环境下进行强度校核。

摘要： 本发明公开了一种判断沥青疲劳裂纹萌生、扩展及断裂失效的识别方法。本发明是使用动态剪切流变仪对沥青试样进行扫描试验，采集扭矩T和偏转角

摘要： 本发明公开了一种分析材料断口中裂纹的萌生和扩展路径的方法，涉及金属材料失效分析技术领域。本发明通过对拉伸断裂后的试样经过简单的截取、打磨、抛光和侵蚀处理后，利用金相显微镜或扫描电镜观察断口表层以下1～2mm处截面的孔洞、裂纹及组织形态特征，分析裂纹萌生和扩展行为与金属材料微观组织结构的关联规律。本发明在不使用高端分析技术的情况下，采用简单手段直接观察分析裂纹形成与扩展行为，相较于传统分析裂纹萌生和扩展行为的方法，显著节约实验成本和时间，对于更高效率地研究金属材料的断裂力学行为意义重大。

摘要： 本申请属于疲劳试验件裂纹萌生寿命确定技术领域，具体涉及一种疲劳试验件裂纹萌生寿命确定方法，包括：以双对数坐标，对试验件疲劳循环加载次数、裂纹长度在图中进行表征；将图中表征的双对数坐标，进行曲线拟合；根据曲线拟合的双对数坐标，构建双对数线性方程；基于双对数线性方程，计算试验件裂纹萌生寿命对应裂纹长度下的试验件疲劳循环加载次数，以该试验件疲劳循环加载次数作为试验件裂纹萌生寿命。此外，涉及一种疲劳试验件裂纹萌生寿命确定系统、电子设备及其计算机可读存储介质。

摘要： 本发明公开了一种压‑压循环载荷作用下裂纹萌生寿命的预测方法，属于疲劳性能测试技术领域。该方法首先需要进行裂纹萌生试验，然后将裂纹萌生寿命试验值N

摘要： 本发明公开了一种基于多尺度框架下的低周疲劳裂纹萌生及扩展行为预测方法，涉及可靠性评估技术领域。本发明具体包括以下步骤S1：提出一种多尺度框架下低周疲劳裂纹萌生及扩展损伤计算方法：S2：利用S1中的计算方法计算确定最大损伤所在滑移系以及所有滑移系的累积损伤；S3:当累积损伤到达临界值时，裂纹沿最大损伤所在滑移系的方向萌生及扩展；S4：多次计算，直至预测得到的裂纹长度满足试验条件下低周疲劳试样的断裂长度。本发明可有效地解决现有预测方法中无法考虑裂纹萌生行为、裂纹扩展行为与微观结构无关的局限性，为应用在低周疲劳条件下重要部件断裂机理的评估提供一种新的方法。