短裂纹

摘要： 短裂纹的成核与早期扩展是疲劳裂纹演变过程的重要组成部分,对疲劳裂纹的演变行为和寿命预测具有重要意义.针对焊趾局部的微观结构短裂纹,以微观敏感的疲劳指标参量为主要驱动力,基于泰森多边形方法构建了焊趾区域的晶粒模型,模拟了微观结构短裂纹的早期演变过程.通过与试验结果对比,证实了微观敏感的疲劳指标参量及其计算模型的合理性和有效性.仿真结果表明,疲劳寿命同时受晶粒所在位置、晶粒尺寸和晶粒取向等因素的影响,晶粒取向的随机性对裂纹宏观尺寸的分散性具有重要作用.

摘要： To study the complicated nonlinear dynamics process of the fatigue short crack evolution behavior,a method using the genetic wavelet neural network was adopted to carry out numerical analysis on the evolution laws.Combined with the fast decay and the nonlinear approximation ability of wavelet analysis,the self-learn-ing ability of neural network,and the macroscopic searching and global optimization of genetic algorithm,the genetic wavelet neural network can reflect the implicit complex nonlinearity between the various factors when considering multi-influencing factors synthetically.Besides,the effective short crack density and the dominant effective short fatigue crack propagation rate of the specimen were calculated based on the fatigue short crack test of a smooth funnel shaped bar specimen under two loading frequencies and the observed results of the repli-ca film under the effective short fatigue crack principle.The effective short fatigue crack density and the domi-nant effective short fatigue cracks were simulated and compared respectively by the genetic wavelet neural net-work.The simulation results show the rationality and validity of the application of genetic wavelet neural net-work to the study of the evolution behavior of fatigue short cracks.%疲劳短裂纹的演变历程是一种非线性动力学变化过程,为对其进行深入研究,本文采用遗传小波神经网络对其进行数值分析.结合神经网络的自学能力和小波分析的快速衰减、非线性逼近特性,以及遗传算法宏观搜索和全局优化的特点,遗传小波神经网络可在综合考虑多个影响因素的情况下,反映各因素相互之间隐含的非线性特性.基于2种加载频率下光滑漏斗形圆棒试样的疲劳短裂纹复型试验及其在"有效短裂纹准则"体系下的复型膜观察结果,计算试样有效短裂纹密度和主导有效短裂纹扩展率,并运用遗传小波神经网络对其分别进行仿真模拟比较.仿真结果表明,遗传小波神经网络应用于疲劳短裂纹演化行为研究具有合理性和有效性.

摘要： The effect of notch,short crack and inclusion on fatigue strength of high strength steel was reviewed in brief.The research history and explanatory models for short crack were introduced.The empirical formulas for the effect of notch,short crack and inclusion on fatigue strength of high strength steel were reviewed.These empirical formulas and the models were mutually consistent.The higher the strength of steel,the greater the length of defect was.The fatigue strength values were dependent on the fatigue crack propagation thresholds,or on the fatigue strength of smooth specimens.%简要总结了缺口、短裂纹以及夹杂物等不同尺度缺陷对高强钢疲劳强度的影响.介绍了疲劳短裂纹问题的研究历程和众多解释模型.回顾了缺口、短裂纹以及夹杂物对高强钢疲劳强度影响的经验公式,并指出了这些经验公式和模型是互洽的.明确了钢材的强度越高,缺陷长度越大.疲劳强度由疲劳裂纹扩展门槛值决定,或者由光滑试样的疲劳强度决定.

摘要： 对汽轮机转子用2．25CrMoV 钢在真空常温条件下进行高应力低周疲劳试验，对试样中起源于夹杂物和晶界等典型缺陷处的裂纹扩展进行了原位连续观测，研究了典型缺陷对疲劳裂纹萌生和初期扩展的影响.结果表明：在高应力循环载荷作用下，夹杂物的形状和尺寸对疲劳裂纹的扩展无明显影响，夹杂物处萌生裂纹的扩展速率小于晶界处萌生裂纹的扩展速率；短裂纹群体效应和滑移线快速增殖的共同作用是导致试样疲劳破坏的主要原因.%High stress low cycle fatigue test was carried out on 2.25CrMoV steel used for rotor at vacuum and room temperature.Propagation of crack originate from typical defects such as inclusions and grain boundaries were continuous observed in-situ,the effects of typical defects on initiation and propagation of fatigue crack were studied. The results show that the shape and size of inclusions had no obvious influence on fatigue crack propagation under the high stress cyclic loading.The propagation rate of the crack initiated by inclusion was less than that of the crack initiated at grain boundary.The interaction between short crack group and the rapid increment of slip line was the main reasons of this sample destruction.

摘要： The effect of thermal exposure ( 700 °C for 10 000 h ) on the surface defect tolerance of a high strength fully lamellar g-TiAl alloy, Ti-44Al-4Nb-4Hf-0. 2Si-1B, has been studied. The microstructural evolution due to thermal exposure was detected by using scanning electron microscope ( SEM) , and correlated with the short crack behaviors and the long crack propagation behaviors. It has been found that long-term thermal exposure can result in the increase in the fatigue strength and the threshold of fatigue crack growth resistance, and a significant improvement in the short crack effect size range. The results are interpreted in the framework of the Kitagawa-Takahashi diagram. The exposure-induced fatigue strengthening, the unsafe size range of short cracks, and the fatigue threshold of long cracks were analyzed. The surface defect tolerance was determined quantitatively. The release in the internal stress, the ease in the segeragation, and the passivation in the defects due to long-term thermal exposure can exert a crucial role in the stress state of the crack tip, therefore favoring the enhanced the resistance of crack and thus slowing down the long crack growth rate.%研究了热暴露(700 °C,10 000 h)对高强度全片层γ-TiAl合金Ti-44Al-4Nb-4Hf-0.2Si-1B表面缺陷损伤容限的影响,采用扫描电子显微镜研究了热暴露导致γ-TiAl合金的显微组织变化,并将之与在交变载荷下的表面短裂纹行为和长裂纹扩展行为联系起来.研究发现,在热暴露后,该合金的疲劳强度提高,且长疲劳裂纹启裂门槛值改善,但热暴露导致该合金短裂纹效应的尺寸范围明显增大.采用Kitagawa-Takahashi线图的形式总结和分析了实验结果,分析了热暴露引起的疲劳强化、疲劳失效的非安全短裂纹的尺寸变化以及长裂纹的启裂门槛值的变化,定量确定了热暴露对表面缺陷的损伤容限.长期热暴露所导致的材料内部应力释放、偏聚缓解、缺陷钝化显著影响裂纹尖端的应力状态,更有利于增大长裂纹的启裂抗力并减缓长裂纹的扩展速率.

摘要： 基于大量的高温低周疲劳试验,编写Matlab程序修正voronoi多边形模拟了20钢表面的显微组织;用有限元软件计算得到了不同试验条件下试样表面的应力、应变状态;以基础能量表征晶界及滑移带抵抗裂纹萌生的能力,改进位错累积理论并计算获得了裂纹的萌生寿命,实现了对低碳钢高温低周疲劳短裂纹萌生的数值模拟.结果表明:在高温下,疲劳短裂纹主要萌生于应力集中处的驻留滑移带及不稳定晶界上,受表面显微组织的影响,既有沿晶萌生又有穿晶萌生;修正的voronoi多边形很好地反映了表面显微组织,数值模拟能够准确再现不同循环次数下疲劳短裂纹的群体萌生行为.

摘要： 采用有限元分析软件ANSYS,在无摩擦、纯滚动、全滑动三种运行状态下,研究钢轨表面短裂纹的疲劳断裂机制,并分析轮轨间摩擦因数对接触疲劳裂纹扩展速率的影响.结果表明,轮轨接触的疲劳裂纹为张开型和滑开型同时存在的复合型裂纹,裂纹发生张开型破坏的最危险位置在接触斑边缘的位置;随着裂纹角度的增加,应力强度因子KⅠ增加而KⅡ减小,其中60°裂纹的扩展速率最快;摩擦力的存在明显加剧了裂纹扩展速率,且随着摩擦因数的增加而增大.对钢轨表面预防性打磨周期进行预测时,以60°裂纹为基准的预测结果偏安全.

摘要： 为研究短裂纹演化行为中复杂的非线性动力学过程,采用改进BP神经网络算法对疲劳短裂纹的演化行为进行表征.该方法采用遗传算法优化确定神经网络的权重,同时集合BP网络算法的局部精确搜索和遗传算法的宏观搜索、全局优化特性,可以综合多个影响因素,反映其隐含的复杂非线性关系.通过对复杂应力状态下高温低周疲劳短裂纹的试验研究及疲劳短裂纹密度和裂纹扩展速率的模拟比较,表明该方法收敛速度更快、计算更精确,基于该方法建立的疲劳短裂纹演化模型合理有效.%To research the complicated nonlinear dynamics process of the short crack evolution behavior,a way that improves back-propagation neural network aiming at evolution of short fatigue crack is shown in this paper.This method optimizes the weight of the BP network,and aggregates the characteristics of the local precise search of the BP network and the global optimization of the improved genetic algorithm,which integrates more factors and reflects complicated relation.Comparing the results of the experiment of short fatigue crack for low cycle under complex stress at high temperature with the simulation results of improved back-propagation neural network,it is proved that the method is feasible,accurate and converged quickly.

摘要： 含有裂纹的固体从物理角度看实际上是一个非线性耗散系统,可以用分形理论加以描述。疲劳短裂纹的扩展路径可视为分形曲线,裂纹扩展路径的不规则性可用分形维数加以描述。裂纹扩展的分形维数中隐含着诸多的物理因素,如材料微观组织结构、加载条件等。以复杂应力状态下高温低周疲劳表面短裂纹为研究对象,对20钢进行高温低周疲劳试验,观测试样表面疲劳短裂纹的萌生扩展及合体的演化过程,对试验结果进行分形分析,得到裂纹分形维数随循环过程的演化特征:疲劳短裂纹的萌生扩展行为具有分形特征,分形维数随着疲劳进程的发展而稳定地成比例增加;分形维数不产生缺口依存性,可适用于各种不同应力比的复杂应力状态短裂纹的表征;分形维数可作为把握材料总体损伤状态的参数,为材料短裂纹阶段的寿命预测提供依据。

摘要： 本文研究了不同环境下LY12CZ铝合金缺口短裂纹的扩展规律及缺口形状对短裂纹扩展规律的影响.相同△K水平下,短裂纹比长裂纹有更高的da/dN值,指出了尖缺口状态下,缺口根部塑性区尺寸很小,裂纹扩展主要受裂纹闭合影响;钝缺口状态下,缺口根部塑性区作用范围较大,裂纹扩展主要受其影响。

摘要： 第一部分阐述了短裂纹研究的理论和实际意义,给出了目前对短裂纹的两种定义和短裂纹形成原因的三种解释.描述了短裂纹的特征,并按短裂纹生长过程中作用的不同机制将它的生长过程划分为两个阶段,运用非扩展裂纹尺寸和临界裂纹尺寸来确定短裂纹的范围.对长、短裂纹的行为差异产生的原因进行了讨论.第二部分指明疲劳短裂纹的行为是群体演化行为,可用包含裂纹数密度和平均长度信息的分形维数来表征材料的损伤状态.最后对疲劳短裂纹的研究做了展望.

摘要： 疲劳短裂纹发展过程呈现随机特征。采用裂纹数密度演化方法用于描述短裂纹群体损伤的随机行为。模拟结果给出了不同局域短裂纹随机发展的特征。两类金属材料的实验结果显示了试样表面不同视场短裂纹的数量和最大长度随载荷周次的随机变化，还给出了短裂纹总数与疲劳周次的关系。实验结果与数值模拟结果相符合。

摘要： 基于正交各向异性材料的弹性本构关系,推导了晶体微结构材料的弹性系数与晶向的关系.运用有限元方法,对晶体微结构的应力进行了模拟分析,分析了晶体的正应力和滑移面上的切应力随晶体材料主轴与宏观载荷方向夹角的变化规律.分析结果表明对于体心立方晶体材料,短裂纹将优先在晶体材料主轴方向同宏观载荷方向相接近的晶体中萌生.

摘要： 按照McEvily的有效裂纹尖端张开位移控制理论和应变控制短裂纹扩展速率的理论,导出了短裂纹萌生和扩展速率同材料力学性能之间的直接定量关系.利用国际上著名的应力和应变疲劳短裂纹寿命的试验结果进行了验证,表明我们的关系中的系数和指数及其预测的疲劳寿命同试验结果都十分吻合.从理论上给出了Manson-Coffin关系中的系数和指数与材料力学性能和短裂纹尺寸之间的定量关系,证明了Manson-Coffin关系的理论基础就是短裂纹的萌生和扩展速率.对Neuber弹塑性应力应变集中系数公式用力学性能作了定量的改进,并且从光滑试样,缺口试样和交幅疲劳等方面定量地讨论了Manson-Coffin关系及其应用.

摘要： 研究疲劳裂纹群体演化行为对材料损伤的描述与分析具有突出的理论和实际意义。

摘要： 本发明公开了一种电弧炉短流程炼钢的坯成材钢板氢致裂纹控制方法，包括控制电弧炉入炉废钢水分、LF渣系成分、VD高真空度时间、VD高真空度吹氩强度、分级控制铸坯堆垛缓冷。本发明提供的方法可降低钢液初始氢含量、增加精炼过程钢液脱氢程度、充分排出铸坯内部残留氢，使最终轧制坯‑材钢板内部残余氢达到安全范围。该操作方法便捷有效，利用较低的成本就可以达到充分消除氢致裂纹危害的目的，轧后坯‑材无白点、内部裂纹等缺陷。本发明生产的厚度≥30mm的坯‑材钢板，轧后钢板探伤合格率≥99.51%，轧后钢板氢含量检测≤0.9ppm。

摘要： 本发明公开了一种用于金属材料短裂纹及长裂纹扩展的表征方法，包括以下步骤：获取金属材料的缺口试样，在循环载荷下的裂纹尖端张开位移；获取缺口试样在单次循环内，通过单调拉伸引起的裂纹尖端张开位移量，以及缺口试样在远场最大应力下的单调拉伸裂纹尖端张开位移；基于Shyam原始模型，通过获取金属材料的屈服强度，根据裂纹尖端张开位移量和单调拉伸裂纹尖端张开位移，构建用于表征短裂纹及长裂纹扩展的模型，其中，模型用于表示短裂纹及长裂纹扩展的扩展速率；本发明通过裂纹尖端钝化模型以及位错理论分别计算了单调拉伸以及循环载荷的裂纹尖端张开位移以统一描述金属材料短‑长裂纹扩展速率，具有广阔应用前景和经济效益。

摘要： 本发明公开了一种多轴变幅加载下疲劳短裂纹扩展寿命预测方法，涉及多轴疲劳强度理论领域，该算法步骤为：(1)通过应力加载下的Wang‑Brown多轴循环计数，得到多个半循环，实现每个半循环上都是多轴恒幅加载；(2)针对临界面不固定的特点，通过权值平均最大剪切应力的方法确定权临界面；(3)在权临界面上多轴疲劳短裂纹扩展模型，得到单个变幅载荷块的裂纹扩展量；(4)对裂纹尖端进行塑性区尺寸修正，通过断裂力学方法计算短裂纹扩展寿命。本方法基可以很好的描述多轴变幅加载对裂纹扩展的影响。结果说明该方法可以较好的预测多轴变幅加载下短裂纹扩展寿命。

摘要： 本发明公开了一种多轴热机械载荷下基于短裂纹的寿命预测方法，该方法不仅考虑到了复杂机械载荷对裂纹扩展的影响，还考虑到了温度载荷对裂纹扩展的影响。该方法结合试验选取了合适的临界平面，在临界面上将复杂的多轴机械载荷等效为单轴载荷，同时考虑到裂纹闭合效应的影响计算得到疲劳裂纹的扩展量，再通过细分法得到了蠕变裂纹的扩展量，最后将疲劳裂纹扩展量与蠕变裂纹扩展量进行叠加得到每个热机械载荷循环下的裂纹扩展量，然后进行不断地迭代累加直至裂纹尺寸达到临界裂纹长度。该方法能很好的预测结构件在多轴热机械载荷下疲劳裂纹扩展寿命。

摘要： 本说明书实施例公开了一种疲劳短裂纹扩展速率预测模型的确定方法及装置。方案包括：对材料进行不同应力范围条件下疲劳短裂纹扩展实验，记录实验数据；根据实验数据计算有效应力强度因子ΔKeff和疲劳短裂纹扩展速率da/dN；计算微观结构短裂纹长度对应的有效应力强度因子ΔKeff‑msc；基于ΔKeff和ΔKeff‑msc确定第一预测疲劳断裂纹速度模型；确定第一预测疲劳断裂纹速度模型中的拟合常数，带入所述第一预测疲劳断裂纹速度模型中。

摘要： 本发明公开了一种用于金属材料短裂纹及长裂纹扩展的表征方法，包括以下步骤：获取金属材料的缺口试样，在循环载荷下的裂纹尖端张开位移；获取缺口试样在单次循环内，通过单调拉伸引起的裂纹尖端张开位移量，以及缺口试样在远场最大应力下的单调拉伸裂纹尖端张开位移；基于Shyam原始模型，通过获取金属材料的屈服强度，根据裂纹尖端张开位移量和单调拉伸裂纹尖端张开位移，构建用于表征短裂纹及长裂纹扩展的

摘要： 本发明涉及一种基于晶体塑性的高温合金材料短裂纹扩展数值模拟方法，包括如下步骤：(1)基于ABAQUS软件，以高温合金材料短裂纹扩展原位试验为依据，建立短裂纹扩展有限元模型，对模型进行分区；(2)基于材料的单轴拉伸应力应变曲线，使模型预测的应力应变曲线与单轴拉伸结果准确吻合；(3)导出模型的网格单元及节点信息，完成模型晶体塑性材料区域的微观组织建模；(4)将晶体塑性理论引入扩展有限元法，自定义短裂纹扩展判据，模拟短裂纹扩展行为；(5)采用类周期性跳跃法模拟短裂纹扩展过程。本发明对高温合金材料的微观组织进行精确表征，将其引入短裂纹扩展模型，聚焦短裂纹扩展特征，提升了高温合金材料短裂纹扩展数值模拟方法的准确性。

摘要： 本说明书实施例公开了一种疲劳短裂纹扩展速率预测模型的确定方法及装置。方案包括：对材料进行不同应力范围条件下疲劳短裂纹扩展实验，记录实验数据；根据实验数据计算有效应力强度因子ΔKeff和疲劳短裂纹扩展速率da/dN；计算微观结构短裂纹长度对应的有效应力强度因子ΔKeff‑msc；基于ΔKeff和ΔKeff‑msc确定第一预测疲劳断裂纹速度模型；确定第一预测疲劳断裂纹速度模型中的拟合常数，带入所述第一预测疲劳断裂纹速度模型中。

摘要： 本发明公开了一种多轴热机械载荷下基于短裂纹的寿命预测方法，该方法不仅考虑到了复杂机械载荷对裂纹扩展的影响，还考虑到了温度载荷对裂纹扩展的影响。该方法结合试验选取了合适的临界平面，在临界面上将复杂的多轴机械载荷等效为单轴载荷，同时考虑到裂纹闭合效应的影响计算得到疲劳裂纹的扩展量，再通过细分法得到了蠕变裂纹的扩展量，最后将疲劳裂纹扩展量与蠕变裂纹扩展量进行叠加得到每个热机械载荷循环下的裂纹扩展量，然后进行不断地迭代累加直至裂纹尺寸达到临界裂纹长度。该方法能很好的预测结构件在多轴热机械载荷下疲劳裂纹扩展寿命。

摘要： 本发明公开了考虑非比例路径附加损伤的多轴短裂纹扩展全寿命预测方法，选取权临界面为临界面，利用该临界面上的损伤参量来来表征短裂纹扩展驱动力；选取临界面上对应的加载路径中距离最远的两点并求出这两点间的距离为最大等效应力范程，将最大等效应力范程进行修正，得出等效应力，用Newman闭合公式来考虑裂纹闭合，结合之前求出的等效应力，算出有效应力强度因子；通过拟合单轴加载下的短裂纹扩展速率与应力强度因子数据，得出单轴短裂纹扩展曲线，并以此为基线进行下一步计算；基于Paris公式计算不同应力比、不同加载路径等恒幅加载状态下的短裂纹扩展全寿命。本方法可以很好的描述非比例加载下的附加损伤对裂纹扩展的影响。