疲劳裂纹扩展

摘要： 为延长机身蒙皮材料服役寿命对AA2524铝合金进行激光喷丸处理,研究激光喷丸对AA2524铝合金疲劳和断裂性能的影响。对紧凑拉伸(CT)试样经不同的喷丸次数和单面/双面激光喷丸后采用显微硬度计、X射线残余应力仪和超景深显微镜进行表面完整性测量,激光喷丸后开展疲劳裂纹扩展试验(FCG)和断裂韧性实验(K_(c)),采用扫描电镜对断口微观组织进行观测。结果表明:经激光喷丸处理后,CT试样的显微硬度和残余应力均显著提高;与母材(BM)相比,单面激光喷丸3次后试样疲劳寿命延长了2.4倍,断裂韧性提高了22%。

摘要： 时效前的预变形处理可增加2195铝锂合金的强度和硬度,但这会加快合金的疲劳裂纹扩展(FCG)速率,从而缩短合金的疲劳寿命。确定合适的预变形-时效工艺制度,在提高2195铝锂合金的强度和硬度的同时尽量降低其对疲劳裂纹扩展速率的影响,是进一步提高铝锂合金服役性能的关键。为此,研究了预变形程度(0、3%、6%和9%)对2195铝锂合金试样的硬度、强度、裂纹扩展速率以及疲劳断裂形貌与析出相等影响规律,揭示预变形对2195铝锂合金力学性能和FCG速率影响的作用机制。结果表明:随着预变形量的增加,T1相密度增加、S′相分布细化,导致合金显微硬度、抗拉强度和屈服强度增加,同时FCG速率加快、合金疲劳寿命缩短。同时,还提供了不同预变形程度下2195铝锂合金FCG速率的计算模型,将弹性模量(E)作为归一化应力强度因子,实现预变形后2195铝锂合金的FCG速率与常数C和K相关联,较好地预测了不同预变形状态下2195铝锂合金的裂纹扩展速率。

摘要： 疲劳裂纹扩展性能是衡量材料损伤容限性能的重要指标之一,准确获得材料的疲劳裂纹扩展性能是飞机结构设计所必需的。影响获得疲劳裂纹扩展性能的因素有很多,实验用试样的加工、测试标准的选取、实验机的校核及后期数据的处理方法都会对最终得到的性能数据产生影响。学生通过分组协作的方式完成了TC4-DT钛合金锻件疲劳裂纹扩展实验并获得了描述疲劳裂纹扩展性能的da/dN-ΔK曲线,讨论了不同应力比、不同实验环境和不同取样方向对疲劳裂纹扩展性能的影响。通过协作实验有助于学生全面了解材料疲劳裂纹扩展性能的获取方法,深刻理解疲劳裂纹扩展性能对飞机结构设计的重要性,取得了很好的实验教学效果。

摘要： 先进工艺和材料的发展往往突破了经典断裂力学理论中的宏观均匀各向同性材料假设,使得当前主要关注裂尖力学参数,仅以试验数据拟合参数来考虑材料因素影响的金属材料疲劳裂纹扩展分析方法难以适用。本文首先基于课题组近年来在金属材料疲劳裂纹扩展方面的研究,对材料因素导致的特殊疲劳裂纹扩展行为进行介绍,并对其机理进行分析和总结;然后,对当前疲劳裂纹扩展分析方法的逻辑思路进行分析,并指出相关研究的主要落脚点在于合理有效地考虑力学因素和材料因素的影响;最后,主要针对疲劳裂纹路径偏折的预测方法进行讨论,提出了一种疲劳裂纹扩展的净驱动力概念模型。本文的分析讨论有助于从力学因素与材料因素交互作用的角度来看待金属疲劳裂纹扩展问题,所得结论能够为先进工艺金属材料的疲劳裂纹扩展分析及相应结构的损伤容限分析评估提供指导。

摘要： 选区激光熔化增材制造(AM-SLM)技术广泛应用于钛合金结构部件制造。SLM钛合金材料疲劳性能具有明显各向异性。研究SLM钛合金在不同方向载荷下的疲劳裂纹扩展行为对于航空结构耐久性/损伤容限设计具有重要意义。基于此,本文设计了与打印方向呈0°、45°、75°和90°的4种不同取样角度及未处理和热处理的钛合金紧凑拉伸试验件(CT),完成了应力比R=0.1下的疲劳裂纹扩展速率试验,得到了da/d N—ΔK关系曲线,分析研究了取样角度及后处理对疲劳裂纹扩展的影响。结果表明,75°和90°试件的裂纹扩展速率较快,45°试件最慢。45°和75°试件在疲劳试验中会出现裂纹偏转现象,且45°试件疲劳断面沿厚度方向存在较小坡度。经过热处理后,75°试件疲劳裂纹扩展速率显著降低。

摘要： 对橡胶材料试样进行平面拉伸力学试验,得到撕裂能与裂纹扩展速率之间的关系;通过橡胶材料的基本力学实验数据,运用ABAQUS软件分析得到拟合最好的本构模型为Ogden模型,实验得出橡胶减震元件在不同循环荷载作用下的最大对数主应变,并将最大对数主应变作为损伤参数,运用软件拟合出方程式中的参数C和m,最终得到疲劳预测寿命方程式。

摘要： 为了研究奥氏体不锈钢管焊缝的疲劳裂纹扩展行为,依照ASTM E647标准对窄间隙热丝气保焊焊缝进行了紧凑拉伸试验,预制缺口分别位于焊缝中心线、热影响区、熔合线及母材。对窄间隙热丝气保焊焊缝不同位置处的疲劳裂纹扩展速率进行对比,并将窄间隙热丝气保焊焊缝与常规手工电弧焊焊缝的疲劳裂纹扩展速率进行对比。结果表明,窄间隙焊缝的抗疲劳性能优于常规手工电弧焊焊缝;根据Paris公式,窄间隙焊缝和母材的抗疲劳性能高于热影响区,焊缝具有更高的裂纹扩展门槛值。

摘要： 以紧凑拉伸试样静应力分析及疲劳裂纹寿命为研究对象,通过三维建模软件建立紧凑拉伸试样,运用有限元分析软件对试样进行静力学分析,得到其最大变形及最大应力,并对紧凑拉伸试样预制裂纹,运用疲劳子软件进行裂纹扩展分析,得到其循环作用次数以及a-N曲线。此方法可用于疲劳裂纹扩展寿命的计算,并且让裂纹扩展的过程可视化,方便分析和掌握疲劳机理。

摘要： 为更好的观察特殊运动器材2A12铝合金在应力条件下的裂纹扩展状况,将通过三维重建方法对2A12铝合金的疲劳寿命以及裂纹扩展状况进行检测,在检测过程中引进CT扫描技术,这样可更加清晰地观察裂纹扩展状况为后续研究提供有效技术支持。针对特殊运动器材2A12铝合金在疲劳状态下产生的裂纹对其进行修复与愈合,并通过搅拌摩擦裂纹修复技术进行实验分析,为特殊运动器材2A12铝合金疲劳裂纹的修复环境营造良好氛围。

摘要： 飞机结构中部分薄壁结构在服役中不可避免地承受面外弯曲载荷,这对飞机的安全性有显著影响。采用FRANC3D和ABAQUS联合仿真的方法,对薄板受弯曲载荷作用下的疲劳裂纹扩展行为开展研究,分析边界约束强度和初始裂纹形状对此类疲劳裂纹扩展模拟的影响,并评估仿真方法的适用性。结果表明:模拟中施加较弱的边界约束,会使计算的应力强度因子增大;相比于初始非孔边的表面裂纹,初始孔边角裂纹在裂纹扩展初期扩展速率更高;现有的FRANC3D和ABAQUS联合仿真的方法在模拟面外弯曲载荷下薄板孔边裂纹扩展时,存在受压面裂纹无法扩展的问题。

摘要： 对316LN不锈钢材料进行疲劳实验研究,利用直流电位法测量实验中的裂纹长度得到了材料的疲劳寿命曲线.采集声发射信号以建立疲劳裂纹扩展过程与声发射参数之间的关系.研究表明:声发射累积计数和累积能量在疲劳实验过程中具有基本一致的变化趋势和高度的相关性,可以用来表征整个疲劳裂纹扩展过程;建立了声发射计数率和声发射能量率与疲劳裂纹扩展速率之间的关系表达式,为声发射技术应用于预测疲劳裂纹扩展提供了理论依据.

摘要： 过载效应研究已有半个多世纪,一些关键问题仍未能很好解决,譬如过载影响区内残余应力和过载峰作用机理等.导致过载效应研究进展缓慢的原因,很大程度上归咎于实验测试手段和分析方法的落后.为此,本项目针对以下关键科学问题开展研究:疲劳裂纹尖端区域的三维弹塑性应力、应变场的实验-数值杂交分析方法;三维数字图像相关表面形貌与变形测量系统的关键技术和分析方法;拉伸过载峰对后继疲劳裂纹扩展行为的作用机理及理论建模.本项目的研究成果,可为工程构件的疲劳设计和在役设备的剩余寿命评估提供理论基础和分析手段.

摘要： 根据NUREG-1061的要求,在LBB评估中需要进行疲劳裂纹扩展分析,目的是要证明表面周向裂纹满足ASME IWB‐3500标准的要求,在运行寿命里裂纹不会发生显著扩展.贯穿周向裂纹在一次SSE事件发生时,处于稳定状态的,并且在电厂的运行寿命里不会扩展至临界裂纹尺寸.本文对LBB评估中表面裂纹和贯穿裂纹的疲劳裂纹扩展分析方法进行了阐述总结,包括包络热瞬态,计算疲劳裂纹扩展分析所需的循环应力,计算应力强度因子K.

摘要： 研究TC4-DT钛合金在近门槛区的疲劳裂纹扩展速率和Paris区的转折点现象,并通过扫描电镜分析断口形貌和扩展路径,讨论等轴初生α相含量对TC4-DT钛合金疲劳裂纹扩展行为的影响规律.结果表明:随着等轴初生α相含量的减少,TC4-DT钛合金在近门槛区的疲劳裂纹扩展速率显著降低,并在dα/dN-ΔK曲线的Paris区逐渐呈现转折点现象,转折点位置所对应的ΔKt值逐渐增大;片层组织在近门槛区的裂纹扩展路径曲折,疲劳裂纹扩展速率显著降低.

摘要： 研究了损伤容限型TC4-DT钛合金疲劳裂纹扩展速率da/dn等损伤容限性能,分析不同应力比条件下片状组织与双态组织的疲劳裂纹扩展特性.研究结果为高损伤容限型钛合金的微观组织设计和探讨微观组织对损伤容限性能的影响机理提供便利.

摘要： 对热等静压处理前后的TC4薄壁铸件进行疲劳裂纹扩展速率测试.利用光学显微镜和扫描电镜观察材料的显微组织、疲劳断口形貌和疲劳裂纹扩展路径.结果表明:经热等静压后,疲劳裂纹扩展速率增大,主要是因为α板条和集束尺寸的增加减少了集束界面对裂纹的阻碍作用.

摘要： 对X80管线钢材料完成了一组疲劳裂纹扩展试验研究,考虑了不同应力比(0.1,0.4,0.6)对其的影响.试验发现,试样的拉伸曲线呈现连续屈服特征,通过扫描电镜观察的断口形貌为韧窝状.应力强度因子作为驱动力,应用Paris公式可以很好地拟合不同应力比下X80钢疲劳裂纹扩展率.

摘要： 利用扩展有限元XFEM法模拟了整体加筋翼梁在等幅疲劳载荷下的裂纹扩展轨迹,并且进行了试验验证.通过分析裂纹尖端应力强度因子和T-应力的变化,研究了翼梁止裂筋截面积对翼梁止裂性能的影响.通过研究发现,止裂筋截面积越大,裂纹在止裂筋根部转折角度越大,止裂性能越好;止裂筋截面积一定的情况下,止裂筋厚宽比越大,止裂性能越好.

摘要： 本文建立了平面问题Ⅰ型裂纹裂尖渐近场的控制方程,其中用到了损伤耦合的线性应力-应变关系.在这一过程中,通过损伤演化协调条件的建立,得到了一个forman型的裂纹扩展公式.从而在理论上将裂纹形成和裂纹扩展统一在损伤力学框架之内,提供了裂纹形成试验和裂纹扩展试验之间数据共享的依据.

摘要： 以粉末高温合金标准紧凑拉伸试样裂纹扩展数据为基础,基于Paris公式获得了材料典型温度下的裂纹扩展参数,并针对复杂应力状态下的裂纹,对所采用的裂纹扩展计算方法进行了验证.开展了粉末冶金旋转构件的裂纹扩展试验,继而进行断口分析,通过测量疲劳条带获得了裂纹扩展寿命.同时,采用有限元方法计算出复杂应力状态下的粉末冶金构件的裂纹扩展寿命,与试验值相比在2倍误差之内,验证了裂纹扩展寿命分析方法的有效性及实用性.

摘要： 本发明涉及一种基于裂纹扩展路径和应力强度因子一致的疲劳裂纹扩展模拟件设计方法，步骤为：依据真实结构载荷及环境特点，确定典型失效模式，开展真实结构静强度分析，确定最大第一主应力部位为危险部位；开展材料级断裂韧度试验和裂纹扩展试验；开展真实结构裂纹扩展有限元模拟确定裂纹扩展路径，提取裂纹扩展路径上的应力强度因子变化规律，并确定产生主要影响的关键几何尺寸，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；通过调整沿裂纹扩展方向的模拟件宽度，结合模拟件裂纹扩展模拟，使不同裂纹长度下的应力强度因子、临界裂纹长度与真实结构一致；设计模拟件加持段为螺纹、销钉孔或楔形，在考核载荷、环境下进行强度校核。

摘要： 本发明涉及疲劳裂纹扩展测试技术，具体涉及采用不对称裂纹测试疲劳裂纹扩展速率的方法。其包括：在试件工作段加工沿X轴不对称缺口；将含不对称缺口试件夹持在疲劳试验机上进行疲劳裂纹扩展试验；测量不对称裂纹左、右裂尖扩展信息；对左、右裂尖分别预估疲劳裂纹扩展速率，计算夹持边界条件下不对称裂纹左、右裂尖的应力强度因子变程；分别求取材料的疲劳裂纹扩展速率参数CA、nA和CB、nB。其解决了M(T)试件出现不对称裂纹后数据无效问题；左、右裂尖应力强度因子变程不同，疲劳裂纹扩展速率也不同，与M(T)试件对称裂纹相比，数据量增加，有效信息增加；可合理配置不对称缺口的位置和尺寸，实现全范围疲劳裂纹扩展速率测试。

摘要： 一种基于机械视觉技术的疲劳裂纹扩展试验裂纹长度动态测量方法，步骤如下：步骤1：机械视觉裂纹测量系统标定；步骤2：开始疲劳试验，在正弦交变载荷的作用下，带有预制裂纹的试件开始沿预制裂纹方向产生疲劳裂纹并扩展；步骤3：采集裂纹图像，此处疲劳裂纹扩展试验有两种图像采集模式，采集试件单面图像或采集试件双面图像；步骤4：对所采集图像进行增强处理；步骤5：通过图像分析、裂纹识别的方法识别出裂纹主干位置，包括裂纹顶点和裂纹扩展方向；步骤6：计算实际裂纹扩展长度和计算裂纹长度。本发明简化过程、降低劳动量、可直观精确地观测记录裂纹扩展过程、精确测量国际标准规定的计算裂纹长度、测量精度高、系统抗干扰性好。

摘要： 本文公开了一种基于疲劳裂纹扩展的疲劳寿命预测方法，属于疲劳寿命预测的技术领域。该方法包括：前处理、迭代求解以及裂纹扩展，可分别借助SESAM，ABAQUS和FRANC 3D平台完成，具体步骤包括：S1模型建模、S2水动力分析、S3结构强度分析、S4三维裂纹扩展区建模、S5裂纹插入及网格更新、S6疲劳特性表征、S7增量计算判断S8终止条件校验、S9服役年限统计。本发明通过应力强度因子传递函数计算对结构的疲劳性能予以表征；首次引入了等效损伤累积率的概念，并将其成功应用于不规则波的简化；实现了从水动力到结构强度乃至裂纹扩展过程中结构内部受力状态的继承和传递；基于子模型和多尺度模型技术，成功开展了实尺度结构与裂纹扩展区的耦合分析。

摘要： 本发明提供了一种汽轮机转子低周疲劳与高周疲劳的裂纹扩展寿命监控方法，其特征在于，具体步骤包括：输入汽轮机转子的材料牌号；计算轮机转子高周疲劳裂纹扩展的最大应力、应力范围、临界裂纹尺寸、裂纹尺寸界限值、汽轮机转子的高周疲劳裂纹扩展寿命，计算轮机转子低周疲劳裂纹扩展的最大应力、应力范围、临界裂纹尺寸，低周疲劳裂纹扩展寿命、汽轮机转子的第一阶段疲劳裂纹扩展日历寿命，汽轮机转子的第二阶段疲劳裂纹扩展日历寿命，确定汽轮机转子裂纹扩展日历寿命的判据值τ

摘要： 本发明涉及一种基于裂纹扩展路径和应力强度因子一致的疲劳裂纹扩展模拟件设计方法，步骤为：依据真实结构载荷及环境特点，确定典型失效模式，开展真实结构静强度分析，确定最大第一主应力部位为危险部位；开展材料级断裂韧度试验和裂纹扩展试验；开展真实结构裂纹扩展有限元模拟确定裂纹扩展路径，提取裂纹扩展路径上的应力强度因子变化规律，并确定产生主要影响的关键几何尺寸，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；通过调整沿裂纹扩展方向的模拟件宽度，结合模拟件裂纹扩展模拟，使不同裂纹长度下的应力强度因子、临界裂纹长度与真实结构一致；设计模拟件加持段为螺纹、销钉孔或楔形，在考核载荷、环境下进行强度校核。

摘要： 本发明涉及疲劳裂纹扩展测试技术，具体涉及采用不对称裂纹测试疲劳裂纹扩展速率的方法。其包括：在试件工作段加工沿X轴不对称缺口；将含不对称缺口试件夹持在疲劳试验机上进行疲劳裂纹扩展试验；测量不对称裂纹左、右裂尖扩展信息；对左、右裂尖分别预估疲劳裂纹扩展速率，计算夹持边界条件下不对称裂纹左、右裂尖的应力强度因子变程；分别求取材料的疲劳裂纹扩展速率参数CA、nA和CB、nB。其解决了M(T)试件出现不对称裂纹后数据无效问题；左、右裂尖应力强度因子变程不同，疲劳裂纹扩展速率也不同，与M(T)试件对称裂纹相比，数据量增加，有效信息增加；可合理配置不对称缺口的位置和尺寸，实现全范围疲劳裂纹扩展速率测试。

摘要： 一种基于机械视觉技术的疲劳裂纹扩展试验裂纹长度动态测量方法，步骤如下：步骤1：机械视觉裂纹测量系统标定；步骤2：开始疲劳试验，在正弦交变载荷的作用下，带有预制裂纹的试件开始沿预制裂纹方向产生疲劳裂纹并扩展；步骤3：采集裂纹图像，此处疲劳裂纹扩展试验有两种图像采集模式，采集试件单面图像或采集试件双面图像；步骤4：对所采集图像进行增强处理；步骤5：通过图像分析、裂纹识别的方法识别出裂纹主干位置，包括裂纹顶点和裂纹扩展方向；步骤6：计算实际裂纹扩展长度和计算裂纹长度。本发明简化过程、降低劳动量、可直观精确地观测记录裂纹扩展过程、精确测量国际标准规定的计算裂纹长度、测量精度高、系统抗干扰性好。

摘要： 本发明涉及一种疲劳裂纹扩展寿命扩展有限元分析方法，包括如下步骤：建立三维实体模型、简化三维实体模型、求取疲劳裂纹尖端应力分布、求取疲劳裂纹扩展寿命。所述求取疲劳裂纹扩展寿命的过程包括测量金属结构件疲劳裂纹的长度、计算金属结构件疲劳裂纹尖端的临界等效应变能释放率、计算疲劳裂纹扩展寿命。本发明方法将虚拟裂纹闭合技术应用于扩展有限元方法中，达到无需预制指定裂纹扩展路径即可模拟裂纹扩展的目的，从而在裂纹尖端可以自动生成精细化网格，节省了建模所需要的时间，减少了工作量，提高了裂纹扩展寿命计算的准确度。

摘要： 本文公开了一种基于疲劳裂纹扩展的疲劳寿命预测方法，属于疲劳寿命预测的技术领域。该方法包括：前处理、迭代求解以及裂纹扩展，可分别借助SESAM，ABAQUS和FRANC 3D平台完成，具体步骤包括：S1模型建模、S2水动力分析、S3结构强度分析、S4三维裂纹扩展区建模、S5裂纹插入及网格更新、S6疲劳特性表征、S7增量计算判断S8终止条件校验、S9服役年限统计。本发明通过应力强度因子传递函数计算对结构的疲劳性能予以表征；首次引入了等效损伤累积率的概念，并将其成功应用于不规则波的简化；实现了从水动力到结构强度乃至裂纹扩展过程中结构内部受力状态的继承和传递；基于子模型和多尺度模型技术，成功开展了实尺度结构与裂纹扩展区的耦合分析。