双周疲劳载荷作用下焊接接头线性累计损伤分析

采用自制的超声频分量双周疲劳(CCF)试验装置,对16Mn的焊接接头试件进行低频疲劳载荷与超声频分量(高频)载荷复合加载,采用线性累计损伤理论来估算双周疲劳载荷作用下16Mn对接接头的疲劳寿命,并计算两个疲劳载荷分量各自造成的累计损伤比例.结果表明,使用Miner法则计算双周疲劳试件的疲劳累积损伤时,如果高低周疲劳载荷只是简单按照比例计算,会严重低估两个分量疲劳载荷之间的耦合作用;而低周疲劳载荷按外包络线计算的方法则能够很好的考虑到高低周疲劳载荷间的耦合作用.     

超长寿命区间16Mn钢焊接接头疲劳性能

使用自行研制的TJU-HJ-Ⅰ型超声疲劳试验系统装置进行了16 Mn钢母材和焊接接头试件的超声疲劳性能试验,以探索其在超长疲劳寿命区间的疲劳行为.结果表明,无论母材还是焊接接头,其S-N曲线都是一条连续下降的曲线;在106～107循环周次范围内焊接接头不存在传统概念上的疲劳极限,载荷循环周次超过107甚至109以后,试件依然发生疲劳断裂.在超长寿命区间,焊接接头疲劳强度远低于母材的疲劳强度.使用现有疲劳极限数据去设计工作在超长寿命区间的焊接结构件是很危险的.     

HG50钢焊接接头疲劳特性

通过对国产HG5 0钢焊接接头疲劳性能的试验研究 ,建立了HG5 0钢焊接接头S -N曲线和应变 -寿命 (Δε -Nf)曲线。当Nf>1 0 5周次时 ,疲劳寿命主要决定于弹性应变Δεe,为弹性损伤为主的疲劳寿命 ,即进入高周疲劳寿命区。低周疲劳及高周疲劳的疲劳寿命随循环应力变化的速率不同 ,即二者的疲劳特性不同。为焊接结构的抗疲劳设计提供了重要的基础数据     

Q345桥梁钢焊接接头超高周疲劳性能

采用超声疲劳振动技术研究了桥梁钢Q345qC的母材和圆形对接焊接接头试件的高周与超高周疲劳性能.试验发现,在105～109循环周次内焊接接头的疲劳性能远低于母材,且无论是母材还是焊接接头其S-N曲线都是呈连续下降趋势.当母材服役超过107周次,焊接接头服役超过5×106周次以后,试件仍然发生疲劳断裂.结果表明,焊接接头...     

TC4钛合金薄板及焊缝低周疲劳的损伤规律

对TC4钛合金薄板母材及其激光焊缝进行了低周疲劳损伤规律的理论分析和试验研究。在对应力疲劳不同周次后试样的拉伸性能进行测定及分析表明,残余伸长率对该材料的疲劳损伤较为敏感,可以作为表征其低周疲劳损伤的有效物理参量。结果表明,对TC4钛合金薄板母材,以残余伸长率定义的损伤变量初始值D0为0.037,损伤变量D随着循环周次的增加缓慢增加,当循环周次达寿命的90%后才进入快速增加阶段。连续损伤力学理论分析结果可以很好的解释TC4薄板的低周疲劳损伤规律,理论模型与实验结果吻合很好。而激光焊接接头试样中由于存在组织不均匀性及焊接缺陷,使得焊缝的低周疲劳损伤规律偏离了理论模型,由于焊缝中有气孔等缺陷的存在使得焊缝试样循环到寿命的1%时,初始损伤变量值即达到0.4,而且由于焊缝中心晶粒粗大使得循环周次达寿命的50%时损伤变量即开始快速增加。     

6005A铝合金激光-MIG复合焊接接头超高周疲劳性能试验研究

对18 mm 6005A铝合金厚板进行多层多道激光-MIG复合焊接,采用超声疲劳试验技术对板状焊接接头与母材的超高周疲劳性能进行试验研究。结果表明,焊接接头和母材在10~9循环周次后均会发生疲劳断裂。焊接接头的高周疲劳数据点分散性较大,母材和焊接接头的S-N曲线均呈连续下降趋势,在10~6~10~9周次范围内焊接接头的疲劳强度为母材的50%~80%。对比IIW标准疲劳曲线发现,焊接接头的疲劳性能在N=10~4循环周次下与IIW标准基本一致,在高周范围内表现优于IIW标准。经扫描电镜微观分析发现,焊接接头的裂纹通常萌生在表面气孔处,疲劳裂纹断裂形式为穿晶断裂,主要表现为准解理断裂特征。     

焊接力学非均匀体低周疲劳循环滞回能实验研究

通过16MnR压力容器用钢焊接接头的低周疲劳实验,研究了母材、焊缝和热影响区的循环滞回环特性及其变化规律提出了焊接接头疲劳失效的定义,建立了循环滞回能及总耗散能与疲劳寿命之间的实验关系式;讨论了焊接力学非均匀性对疲劳损伤的影响.     

TA5钛合金焊接接头的低周疲劳性能

分析了TA5钛合金不同余高焊接接头的低周疲劳性能。结果表明，当TA5钛合金焊接接头工作在应变值小于0．35％时，焊接接头的低周疲劳寿命随焊接接头余高的增加而降低，当应变值高于0．35％时规律不明显。在较高应力应变条件下，呈循环软化特性，在低应力应变条件下的循环硬化特性不明显。同时，给出了焊接接头的循环应力应变曲线的表达式。以及焊接接头光滑试样的低周疲劳寿命表达式。     

基于连续损伤力学的高低周复合疲劳损伤

基于连续损伤力学(CDM)的经典损伤理论和不可逆热力学原理，分别对高周和低周疲劳载荷下的损伤演化模型进行了研究，进而推导出一个新的高低周复合疲劳损伤模型；将该模型编写为UMAT耦合到ABAQUS有限元分析软件中，实现了对缺口材料高低周复合疲劳损伤的模拟及裂纹萌生位置和萌生寿命的预测；同时研究了不同的高低周循环比对裂纹萌生寿命的影响.结果表明,裂纹容易在缺口根部应力集中处萌生；该模型考虑了高低周循环的交互作用，模拟计算结果更符合实际情况；同时通过研究发现高的循环比会使裂纹的萌生加速.     

5A06铝合金焊接接头在超长寿命区间的疲劳性能

采用自行研制的TJU-HJ-I型超声疲劳试验系统对5A06铝合金TIG焊焊接接头在超长寿命区间的疲劳性能进行研究. 疲劳试验结果表明,圆柱状母材试件、圆柱状焊接接头试件和薄板状焊接接头试件,在经历107循环周次后,S-N曲线仍呈下降趋势,没有发现明显转折,传统意义上的疲劳极限并不存在. 焊接接头试件在107周次和109周次下的疲劳强度仅为母材的50%~70%. 通过扫描电子显微镜进行断口形貌观察发现:母材疲劳扩展区断口较焊接接头断口平整,瞬断区呈韧窝状,而无余高焊接接头试件存在气孔、夹杂等焊接缺陷,导致疲劳性能明显降低.     

Fatigue behaviour of A356 aluminium alloy for automotive wheels

Abstract

The low cycle fatigue (LCF), high cycle fatigue (HCF), microstructure and tensile properties of a low pressure cast A356 aluminium alloy wheel were investigated with T6 heat treatment. The cast microstructure of the alloy significantly influenced the low and high cycle fatigue behaviours. The rim region of the cast aluminium alloy wheel showed higher low and high cycle fatigue strength compared with the spoke region; this difference is thought to be caused by the higher cooling rate of the rim region during casting. The microstructure of the spoke region of the alloy wheel consisted of a dendrite structure with primary α-phase and frequently dispersed large eutectic phases, which led to partial brittle fracture and lower fatigue life with less fatigue plastic strain.     

LC4CS铝合金的超高周疲劳寿命分布

采用超声高频疲劳试验机进行了LC4CS铝合金实验样本容量为66的超高周疲劳寿命实验.结果表明,超高周疲劳寿命具有双峰分布特征,这一特征与疲劳裂纹的萌生点有关:较短疲劳寿命的样品的裂纹萌生于夹杂等缺陷处,而较长疲劳寿命的样品的裂纹萌生于表面.寿命分布的双峰特征使得传统的升降法不能用于确定材料的超高周疲劳的条件疲劳极限,超高周疲劳寿命的分散性远大于低周和高周疲劳寿命的分散性.     

Ti-600合金的高周疲劳性能研究

采用120～130Hz的频率测试Ti-600合金光滑试样室温高周轴向应力疲劳性能。结果表明,应力比(R)为0.1时,合金的疲劳强度为475MPa,与IMI834合金相当;合金内含有较细小、薄片状的、互相交错排列的α+β相,这种细小的α+β相间的层状组织对于阻止疲劳裂纹的扩展和提高疲劳裂纹寿命有重要作用;疲劳裂纹扩展阶段,应力同为600MPa时,疲劳寿命为8.61×105的合金试样比寿命为1.78×106的疲劳条纹间距宽;合金内稀土相的尺寸由几个μm到0.2μm变化,合金中未观察到与稀土相颗粒有关的裂纹萌生。     

热处理工艺对50钢超高周疲劳性能的影响

对50钢进行了正火 高温回火、中温回火、高温回火三种不同热处理状态的对称拉压超声疲劳试验,同时用扫描电子显微分析技术和X射线能谱分析方法对50钢的疲劳断口形貌进行显微分析,研究其疲劳断裂行为和疲劳断裂机理.结果表明,50钢存在表面和内部两种裂纹萌生机制;在本试验范围内,热处理工艺对50钢超高周疲劳性能的影响较低周和高周为小,随着寿命的增加,影响越来越弱;热处理工艺对50钢不同的疲劳阶段有不同的影响起源于不同的裂纹萌生机制,对常规疲劳性能起改善作用的热处理工艺可能对材料超高周疲劳性能的改善没有太大作用.     

Investigation of fatigue crack initiation in Ti-6Al-4V during tensile-tensile fatigue

Fatigue crack initiation in Ti-6Al-4V has been investigated in high cycle fatigue (HCF) and low cycle fatigue (LCF) regimes at stress ratio R=0.1 using the replication technique. In all four tested α/β microstructures, the crack was initiated by fracture of equiaxed alpha grain. Fractured alpha grains are seen on the fracture surface as flat facets with features characteristics of cleavage fracture. In the regime of low stress amplitudes and in the absence of reverse loading, cleavage fracture contributes to crack initiation and early stages of crack growth in Ti-6Al-4V. This mechanism is discussed in relation to the anomalous mean stress fatigue behavior exhibited by this alloy.     

Grain size based low cycle fatigue life prediction model for nickel-based superalloy

Nickel-based superalloys are easy to produce low cycle fatigue (LCF) damage when they are subjected to high temperature and mechanical stresses. Fatigue life prediction of nickel-based superalloys is of great importance for their reliable practical application. To investigate the effects of total strain and grain size on LCF behavior, the high temperature LCF tests were carried out for a nickel-based superalloy. The results show that the fatigue lives decreased with the increase of strain amplitude and grain size. A new LCF life prediction model was established considering the effect of grain size on fatigue life. Error analyses indicate that the prediction accuracy of the new LCF life model is higher than those of Manson-Coffin relationship and Ostergren energy method.     

Impurity levels and fatigue lives of pseudoelastic NiTi shape memory alloys

In the present work we show how different oxygen (O) and carbon (C) levels affect fatigue lives of pseudoelastic NiTi shape memory alloys. We compare three alloys, one with an ultrahigh purity and two which contain the maximum accepted levels of C and O. We use bending rotation fatigue (up to cycle numbers >10⁸) and scanning electron microscopy (for investigating microstructural details of crack initiation and growth) to study fatigue behavior. High cycle fatigue (HCF) life is governed by the number of cycles required for crack initiation. In the low cycle fatigue (LCF) regime, the high-purity alloy outperforms the materials with higher number densities of carbides and oxides. In the HCF regime, on the other hand, the high-purity and C-containing alloys show higher fatigue lives than the alloy with oxide particles. There is high experimental scatter in the HCF regime where fatigue cracks preferentially nucleate at particle/void assemblies (PVAs) which form during processing. Cyclic crack growth follows the Paris law and does not depend on impurity levels. The results presented in the present work contribute to a better understanding of structural fatigue of pseudoelastic NiTi shape memory alloys.     

一种新的低周疲劳损伤模型及实验验证

通过316L钢在420℃环境下应力控制的低周疲劳实验,基于连续损伤力学,提出一种新的低周疲劳损伤模型,采用间接反映循环塑性应变能的应力-位移曲线面积的变化作为损伤变量,实验结果与该模型显示的疲劳损伤演变规律符合较好。     

Cu-Cr-Zr合金的低周疲劳行为

通过室温低周疲劳(LCF)试验研究了Cu-Cr-Zr合金的低周疲劳性能和循环变形行为,利用电子背散射衍射、透射电镜和扫描电镜分别分析了合金循环变形前后的微观结构和疲劳断口。结果表明:Cu-Cr-Zr合金的弹性应变幅、塑性应变幅与断裂时的循环周次之间的关系可分别用Basquin和Coffin-Manson公式表示。Cu-Cr-Zr合金在高外加总应变幅(Δε_t/2=0.6%)的疲劳变形后期会出现循环硬化现象,循环变形组织为位错墙、位错团簇、亚结构胞状组织的混合结构,并且观察到了孪晶的形成。此外,所选材料在外加总应变幅为0.4%时的疲劳断口呈现多疲劳源特征,疲劳裂纹扩展区中观察到了大量的撕裂棱、韧窝、以及犁沟。     

复杂应力状态下镍基单晶合金低周疲劳寿命预测模型

镍基单晶合金的低周疲劳（ＬＣＦ）晶体取向相关性和其弹塑性的晶体取向相关性有密切关系,基于所建晶体取向各向异性弹塑性晶体滑移模型,本文推导了复杂应力状态下镍基单晶合金低周疲劳寿命预测模型,结论为ＬＣＦ寿命与修正的滑移应变呈指数关系。在详细分析薄壁圆筒试样受拉－扭载荷下应力应变分布规律的基础上,利用不同拉－扭载茶下的低周疲劳寿命数据,对本文所提模型进行了成功的考核。