不同环境对2D70铝合金低周疲劳性能的影响研究

循环应力和低周疲劳寿命都是材料疲劳损伤的关键指标.循环应力表征的是材料在循环载荷下抵抗变形的能力.大多数飞机构件由于拐角、圆孔、沟槽等的存在都会存在应力集中现象,当构件承受循环应力载荷时,虽然构件总体处于弹性范围内,但局部已进入弹塑性状态,即已处于循环应变的疲劳过程中.这类服役条件下的构件疲劳寿命一般小于105周次,称为低周疲劳,又由于低周疲劳断裂时应力水平往往较高,低周疲劳也称高应力疲劳或者应变疲劳.衡量材料抗低周疲劳特性的指标主要有低周疲劳极限和低周疲劳寿命,二者统称材料的低周疲劳性能.低周疲劳极限,是指材料所承受应力低于该应力极限值时其理论循环次数可为无限次;低周疲劳寿命,即构件破坏前能承受应力循环的次数.     

各种平均应力下高周疲劳极限间的定量关系

疲劳极限是材料工程应用中的一个重要特性参数,但它并不是材料常数。在不同循环载荷作用下,材料会有不同的疲劳极限值。疲劳极限值很大程度上依赖于循环载荷中的平均应力或最大应力幅值,两者之间的关系是材料自身固有的特性关系。因为在接近疲劳极限的低循环应力幅下,S-N曲线受疲劳极限控制,所以在工程应用中对其定量关系有迫切的需求,但现有的经典经验关系只能对其进行非常粗略的估算,不能满足工程应用中有关寿命设计的需要。现状是只能通过大量的实验,得出其实验关系。该文提出了一种函数形式的关系式,该关系式可以足够精确地描述各种材料的疲劳极限和平均应力之间的关系,且只包含三个材料常数。只要这三个材料疲劳特性常数被事先确定,则任意疲劳载荷下的疲劳极限值,都可由该关系式估计得到,因此可以作为材料本身固有的疲劳强度的状态关系式使用。     

GH37合金振动叠加低循环载荷的高温复合疲劳行为研究

一、前言 材料在接近使用条件下的疲劳断裂行为研究当前处在发展阶段。本文对GH37合金振动叠加低循环载荷800℃高温复合疲劳行为进行了探索,旨在提出800℃GH37合金复合疲劳寿命曲线,供GH37涡轮叶片寿命预测时参考;探索振动叠加低循环载荷对缺口试样低循环疲劳寿命的影响,以及两者断裂机制的差异。为开展金属材料在振动与低循环载荷复合作用下的疲劳与断裂研究及工程应用打下基础。     

三维机织复合材料在拉压循环载荷下的疲劳性能

为研究三维机织复合材料在拉伸-压缩循环载荷下的疲劳性能,对材料进行了应力比R=-1的疲劳试验。在不同的载荷水平下,分别进行了纬向和经向两类拉压疲劳试验。试验获得了试样在疲劳载荷下的滞回曲线和全过程中剩余刚度比随寿命的变化曲线。结果表明,在拉伸-压缩循环载荷下,三维机织复合材料的疲劳损伤过程主要包含3个阶段,分别发生基体破坏、纱线横向裂纹扩展和纱线的最终断裂。基体的破碎和开胶、垂直于载荷方向排布的纱线撕裂和沿载荷方向排布的纱线断裂是试样内部的主要失效模式。试验还获得了纬向和经向拉压疲劳的拟合S-N曲线,可应用于工程中对该型材料进行疲劳寿命估算。该型材料的疲劳寿命在低应力区和高应力区均显示出较小的分散性,双对数坐标系下的拟合S-N曲线具有较好的线性度。     

焊接方法对低合金钢焊接接头低周疲劳的影响

<正> 焊接接头在低周加载荷下的变形抗力和断裂抗力取决于它的机械性能、加载状况和应力状态。对机器制造用钢的研究表明,焊接接头的低周疲劳取决于焊接方法。实际焊接接头的疲劳一方面取决于循环载荷下材料的强度和变形特性,而另一方面还取决于应力集中[△] 本文选择了不同级别的低合金建筑用钢——普通强度的09Γ2C(C48/33),强度较高的     

AZ91D室温环境棘轮及其低周疲劳行为

通过AZ91D室温环境应力控制下的低周疲劳试验,对铸造镁合金棘轮及其低周疲劳行为进行了研究,讨论了室温环境下材料的应力循环特性、棘轮行为、塑性应变范围、全应变范围等疲劳参量随载荷水平和加载历史的变化规律,同时基于平均应力修正对材料的应力-寿命曲线进行了讨论。研究结果表明:AZ91D在室温环境下的应力循环呈循环硬化,材料的棘轮行为和塑性应变范围、全应变范围等疲劳参量依赖于载荷水平和加载历史,另外考虑平均应力修正后的应力-寿命曲线预测效果有明显改观。     

金属疲劳裂纹扩展形式和过程的研究

金属疲劳断裂,是指金属材料在低于拉伸强度极限的交变应力反复作用下缓慢发生的疲劳裂纹,经逐步扩展后导致突然破坏的断裂。根据交变载荷(应力)振幅的大小,一般可分为应力和应变疲劳,或称高循环和低循环疲劳。 疲劳问题的重要性,不但在于绝大多数工程零件(估计约占90％)的提前破坏属于疲劳断裂,而且因为疲劳裂纹的产生和扩展,往往     

金属材料力学性能试验 第六讲 疲劳试验

1.1 疲劳的定义和分类在机械零部件中,承受变动载荷(或应力)的情况是很普遍的,例如.连杆、曲轴、齿轮、弹簧等等.零部件在变动载荷作用下,经过较长时间的工作发生断裂的现象叫做疲劳.疲劳断裂与静载荷下的断裂不同.无论是静载荷下显示脆性或韧性的材料,在疲劳断裂时都不产生明显塑件变形,且断裂是突然发生的.     

保持时间对定向合金DZ125热/机械疲劳断裂行为的影响

对DZ125定向凝固铸造镍基高温合金进行了应变比为-1.0的同相位三角波和同相位梯形波,550℃()1000℃热/机械疲劳实验研究.实验结果表明:在相同应变幅下,同相位三角波载荷情况下的热/机械疲劳寿命比同相位梯形波载荷情况下的热/机械疲劳寿命长.研究了在两种载荷情况下材料的热/机械疲劳循环应力响应行为.试样断口的微观分析表明:在热/机械疲劳过程中,同时存在疲劳、蠕变和氧化损伤;在同相位三角波载荷下,穿晶 沿晶断裂为疲劳断裂的主要特征;在同相位梯形波载荷下,裂纹主要为沿晶萌生与扩展.这是导致在同相位梯形波载荷下疲劳寿命缩短的主要原因.     

TA5钛合金大厚板低周疲劳特性研究

本文给出了ＴＡ５钛合金的低周疲劳性能试验数据。研究了主冷凝器在循环载荷下，材料循环硬化或软化特性、应力与应变曲线以及应变与寿命的关系，并预示了低周疲劳寿命。此外，对疲劳断口进行了分析对比。     

钢丝帘线橡胶复合材料疲劳特性实验研究

对 钢丝帘线橡胶复合材料在拉伸循环载荷下的疲劳特性进行了试验研究,分析了最大应力、加载频率对材料疲劳寿命的影响以及疲劳过程中的滞后损失和温升,根据疲劳寿命图得到了线性寿命预报方程。研究表明,在载荷控制下该材料的疲劳过程呈现明显的三阶段规律,两步等幅加载实验证明这一规律同样适用于有损试件的疲劳过程。      

高温超导带材低/变温疲劳性能测试系统的研制

实用化高温超导带材(如Bi系与ReBCO高温超导复合带材)在高磁场下拥有较高的临界电流密度、宽泛的温度裕度、较强的抗粒子辐照能力及良好的机械特性,因此这类材料在加速器超导磁体系统、高场超导磁体、超导电力等方面表现出巨大的应用潜力。而作为典型的多层功能复合性材料,虽然高强度的基底层增强了高温超导带材拉伸强度,使其在强磁场、高载流条件下可以承受很高的应力,在其加工与运行过程中,不可避免地受到多种疲劳载荷的作用,从而其临界载流能力会显著地降低,进一步,会造成相应高温超导装置功能性难以达到设计标准等。该文介绍一种自主研制的高温超导带材低/变温疲劳性能测试系统,基于该测试系统:一方面,可以实现对高温超导材料在低/变温、疲劳载荷等环境下力学、热学等宏观参数的实验表征研究;另一方面,可以对高温超导材料开展低温疲劳载荷环境下力-电弱化等临界特性的实验研究。利用所研制的低/变温疲劳性能测试系统,对受拉-压疲劳荷载下的YBCO超导带材的力学行为、载流特性开展了初步的实验研究,并分析了应力比、温度等外部环境因素对实验结果的影响规律等。结果表明:在相同的疲劳次数的情况下,YBCO超导带材的力学性能及载流特性与其应力比成明显的非线性关系。该测试系统的成功研制将为中国粒子加速器用高温超导磁体的设计与研发提供基础测试平台。     

应力水平对HTPB推进剂疲劳特性的影响

为探究HTPB推进剂在不同应力水平下的疲劳特性,开展了不同应力幅值和不同平均应力的疲劳试验。结果表明,平均应力和应力幅值增大都会使疲劳寿命缩短;疲劳过程中的应变是不断增大的,疲劳峰值应变呈现3阶段的发展规律,可以作为材料损伤的宏观表现,并从微观上分析了材料的疲劳断裂机理。通过将应力输入分解成恒应力和交变应力的叠加,基于损伤力学理论建立了HTPB推进剂不同应力水平下的疲劳损伤模型,可以很好地表征材料的损伤演化规律。     

热声载荷下薄壁结构非线性振动响应分析及疲劳寿命预测

基于时域分析法研究了金属薄壁结构在热声载荷下的非线性振动响应特性,并采用四种应力寿命模型预测了薄板梁的热声疲劳寿命。以典型薄板梁为研究模型,首先研究了单一噪声激励下薄板梁的时域响应特性及热载荷对其响应特性的影响机理,并仿真分析了薄板梁在热声激励下的非线性响应特性。在此基础上,运用雨流法统计了薄板梁根部的应力响应,并基于Miner线性累积损伤理论采用Goodman、Morrow、Walker和修正Walker应力寿命模型预测了薄板梁在不同工况下的热声疲劳寿命。研究结果表明：薄板梁的热模态基频在其热声疲劳问题中起主导作用;薄板梁热屈曲后的非线性跳变响应将增大应力幅值,从而严重削弱结构的预期寿命;噪声载荷是影响屈曲前薄板梁热声疲劳寿命的主要因素,而热载荷是影响屈曲后热声疲劳寿命的主要因素。因此在薄壁结构抗热声疲劳设计中必须重点考虑热声载荷联合作用的影响。     

铝-铝-钢与铝-钛-钢复合板疲劳性能对比研究

针对船体结构对铝-钢复合板的选材与节点设计需求,对铝-铝-钢与铝-钛-钢复合板开展了轴向拉-压疲劳试验,测试了材料的条件疲劳强度与S-N曲线,对比分析了两种铝-钢复合板的疲劳断裂行为与断裂位置。结果表明,在应力比为-1,轴向拉-压载荷条件下,铝-铝-钢复合板的条件疲劳强度为28.8 MPa,铝-钛-钢复合板的条件疲劳强度为55.0 MPa。在疲劳寿命接近的条件下,后者比前者能够承受更大的应力,抵抗疲劳扩展能力更强。铝-铝-钢复合板疲劳断裂主要发生于1060纯铝层,铝-钛-钢复合板疲劳断裂发生于3003铝合金层,疲劳断裂位置与铝-钢接头组成材料的抗拉强度大小密切相关。      

2024铝合金喷丸试件疲劳寿命试验及仿真研究

现有的喷丸材料疲劳性能研究扩展有限元模型没有考虑残余应力对裂纹扩展的影响。对2024铝合金的喷丸与未喷丸试样进行三弯疲劳试验,以明确喷丸工艺对试件疲劳寿命的强化作用。通过ABAQUS建立试件的二维平面应力模型,导入残余应力并利用扩展有限元法模拟循环载荷下裂纹的萌生与扩展,对比试验结果来验证该扩展有限元数值模型的正确性。最后基于该数值模型,改变载荷工况,研究不同载荷工况下残余应力对疲劳寿命的影响,得到喷丸残余应力强化作用与载荷工况的关系。结果表明:喷丸引入的残余应力可以有效地增强试件的疲劳寿命;过大的循环载荷可能造成喷丸残余应力发生松弛;在最大载荷不变的前提下,应力比越小,试件疲劳寿命越短;应力比越大,残余应力对疲劳寿命强化效果越明显。     

[±20°]钢丝帘线橡胶复合材料疲劳特性实验研究

对[±20°]钢丝帘线橡胶复合材料在拉伸循环载荷下的疲劳特性进行了试验研究,分析了最大应力、加载频率对材料疲劳寿命的影响以及疲劳过程中的滞后损失和温升,根据疲劳寿命图得到了线性寿命预报方程.研究表明,在载荷控制下该材料的疲劳过程呈现明显的三阶段规律,两步等幅加载实验证明这一规律同样适用于有损试件的疲劳过程.     

托盘用竹木复合层合板在疲劳/蠕变交互作用下断裂损伤研究

研究了在疲劳/蠕变交互作用下竹木复合层合板的断裂损伤行为.结果表明,在交变载荷最大值为75%的应力水平下,其疲劳/蠕变断裂曲线为3段式曲线;在55%的应力水平下,15小时内其疲劳/蠕变曲线为两段式曲线.随着最大载荷保持时间的增加,层合板的断裂寿命降低.在疲劳/蠕变交互作用下层合板的破坏形式主要为纤维撕裂、界面剪切破坏和层间开裂3种形式的综合表现.影响疲劳/蠕变断裂寿命分散性的因素主要有层合板的铺设结构、木材缺陷和竹材结构等的影响.     

三维正交机织复合材料低周弯曲疲劳力学性能有限元模拟

为了深入理解三维正交机织复合材料（3DOWC）疲劳性能,改进材料抗疲劳设计,结合三维正交机织复合材料试样经纱方向准静态三点弯曲及60%应力水平下的三点弯曲疲劳实验与ABAQUS有限元软件,构建了全尺寸三维实体模型,研究了三维正交机织复合材料在低周循环载荷下的弯曲疲劳性能,经分析得到循环加载下模型应力分布情况和疲劳损伤形态。结果表明：经纱为材料最重要的承载部件,中间加载区域为材料应力集中区,损伤主要位于应力集中区的Z纱通道处的经纱上,随着循环增加,逐渐在中心加载区域的上部和下部形成三角形损伤区域,该研究在复合材料设计与优化中具有指导意义。     

玻纤增强树脂基复合材料的疲劳性能研究

采用真空辅助树脂传递模塑工艺(VARTM)制备了高强2号玻璃纤维增强乙烯基酯树脂复合材料,表征了该复合材料在不同应力水平下的疲劳寿命和复合材料变形量,分析了其疲劳变化过程。结果表明,该玻纤增强复合材料在受到30%的应力水平,即拉伸应力值不大于166MPa时,不会因疲劳而发生失效;应力水平与失效前的变形量成正比,同时表明,该复合材料在疲劳载荷下的破坏形式为突然断裂,这些典型结论为复合材料在工程上的应用提供了技术支持。