基于微观孔洞型损伤的疲劳蠕变寿命预测方法

孔洞型损伤是延性金属材料一种常见的破坏形式.对于材料疲劳蠕变破坏过程,文中提出等效孔洞体积概念,从微观唯象角度出发,综合考虑疲劳蠕变对孔洞体积长大的影响,得到一种微孔洞型疲劳蠕变寿命预测模型.以此模型对1.25Cr0.5Mo钢540℃应力控制下疲劳蠕变寿命进行预测,结果显示该模型具有很好的适用性.     

基于铸造缺陷信息叠加算法的有限元疲劳分析

铸件中铸造缺陷破坏材料的连续性,易引起材料局部应力集中和易为疲劳裂纹扩展源。但由于铸造缺陷特征的表征十分复杂,使得目前无法构建含缺陷的力学模型。针对装载机摇臂铸件,采用了有限元网格模型传递及缺陷信息叠加算法,建立了包含铸造缺陷信息的非均质网格模型,在此基础上进行了无缺陷摇臂铸件与含铸造缺陷的摇臂铸件的结构及疲劳对比分析。结果表明:铸造缺陷会在铸件内形成局部应力集中,在相同的加载条件下时,含缺陷的摇臂铸件的应力集中度比无缺陷的摇臂铸件大,且铸造缺陷周围会出现明显的低疲劳寿命区域;在采用脉冲载荷历程情况下,铸件中的缺陷使得该部件疲劳寿命降低1/3以上。     

基寸电阻法的铝合金疲劳损伤表征

基于电阻法定义了表征铝合金构件疲劳损伤程度的损伤变量,并给出了铝合金疲劳损伤累积模型,以及基于电阻变化的疲劳剩余寿命预测公式。通过6A02铝合金疲劳试验,对得到的理论预测公式进行了验证。结果表明,基于电阻的损伤变量能够较好地反映出铝合金材料的疲劳损伤过程,理论预测模型对于铝合金材料高循环周次疲劳剩余寿命具有较高的预测精度,而对于低循环周次疲劳剩余寿命的预测能力有限。本文给出的模型具有一定的工程参考价值。     

基于LabVIEW的桥式起重机金属结构疲劳寿命分析方法

金属结构的疲劳寿命分析方法主要是基于有限元、线性损伤、断裂力学等计算模型。在实际应用过程中需要开发软硬件系统,存在工程量大、模块间兼容性差、适应性不够等缺点,本文基于LabVIEW建立疲劳寿命分析模型来分析桥式起重机箱型梁疲劳寿命。     

结构疲劳可靠性分析智能仿真方法

将计算机智能仿真技术用于结构疲劳可靠性寿命评价。采用神经网络建立载荷级，损伤参数量及材料性能对应关系，模拟材料性能变化，采用随机离散仿真方法，建立材料疲劳失效可靠性分析仿真系统。     

考虑载荷相互作用的高低周复合疲劳寿命预测模型

通过研究高周疲劳与低周疲劳的损伤等效关系，在Manson-Halford模型的基础上引入影响因子以反映高周疲劳与低周疲劳载荷之间相互作用的影响，建立了一种修正的高低周复合疲劳寿命预测模型，通过TC11钛合金、LY12-CZ铝合金、45钢和GH4033镍基合金4种材料的试验数据对该修正模型进行验证。结果表明：修正模型对TC11钛合金、LY12-CZ铝合金和GH4033镍基合金疲劳寿命的预测结果均在2倍误差范围内，对45钢疲劳寿命的预测结果有78%左右的数据处于2倍误差范围内；建立的修正模型有较高的预测精度，适用于高低周复合疲劳寿命预测。     

含夹杂物轴承钢中裂纹的萌生与扩展

针对轴承钢中夹杂物周围应力集中导致的疲劳剥落,建立了一种结合连续损伤力学的内聚力模型,用于模拟滚动接触循环加载下的裂纹萌生与扩展。基于内聚力模型的损伤起始准则和损伤演化规律,利用VUMAT子程序结合连续损伤力学构造了新的损伤演化方式,实现循环加载下的损伤累积,建立了基于内聚力模型的疲劳损伤累积失效模型,对含夹杂物模型的疲劳裂纹萌生与扩展进行了模拟,并研究了载荷条件和接触区摩擦因数对裂纹萌生与扩展以及疲劳寿命的影响。研究结果揭示了微观裂纹的萌生与扩展过程,为认识滚动接触疲劳提供了基础。     

耦合宏微观效应的约束应力区疲劳裂纹模型的求解与应用

用约束应力区描述材料损伤状态,建立耦合宏微观效应的跨尺度疲劳裂纹模型,可描述材料疲劳破坏从微观缺陷到宏观断裂的整个过程。约束应力的分布取决于材料的损伤状态。假定约束应力为线性分布,在远场均匀拉应力作用下,应用Muskhelishivili方法,对跨尺度裂纹模型进行了解析求解,得到了裂纹张开位移与跨尺度应变能密度因子的解析解。以跨尺度应变能密度因子作为疲劳裂纹从微观到宏观扩展的控制参量,对疲劳破坏全过程进行了数值模拟计算。以LC4铝合金板为例,利用模型精确再现出不同疲劳荷载作用下的实验S-N曲线。由于模型考虑了微观因素的影响,疲劳实验数据的发散特性也精确再现出来。另外,通过数值计算,分析了微观效应对疲劳裂纹扩展行为的影响。     

考虑损伤累积的铝合金轮毂疲劳寿命预测及试验研究

针对铝合金轮毂的疲劳寿命预测问题,提出考虑损伤累积的轮毂疲劳寿命预测模型并进行试验研究。建立了轮毂在弯曲疲劳试验、径向疲劳试验的有限元模型,通过仿真分析研究了轮毂的主要失效模式;采用名义应力法分别建立了轮毂材料S-N曲线、零件S-N曲线,并利用莫罗直线对轮毂承受的非对称循环载荷进行平均应力修正;考虑轮毂的旋转过程,采用线性累积损伤理论构建了轮毂疲劳寿命预测理论模型。以某型号铝合金轮毂为例,采用理论模型计算得到轮毂的寿命为44.82万转,与弯曲疲劳试验给出的疲劳寿命47.33万转相比,误差约为5.6%,验证了疲劳寿命预测理论模型的有效性。     

锻造模具的随机疲劳损伤分析

塑性应变控制的低周疲劳失效是锻造模具的主要失效形式，由于受到多种因素的影响，其损伤过程呈现随机性。应用有限元与BP神经网络，建立了一种基于损伤累积理论的锻造模具的随机疲劳损伤分析模型。首先用有限元对锻造过程中模具内的场变量进行分析，由计算结果找到模具的危险部位，认为危险部位失效时的寿命即为模具寿命，并计算出确定性损伤；再考虑模具材料及实际工况的随机性，应用BP神经网络对模具的损伤进行模拟；根据损伤的累积效应，得出考虑随机因素作用下的模具疲劳寿命。以锻造齿轮模作为分析对象，得到不同工况下模具疲劳寿命的频数分布，其分布规律基本服从Weiubull分布。另外，还分析了打击速度对模具寿命的均值和离差的影响及可靠性随使用次数的变化。该 模型可用来对模具进行寿命预测和可靠性分析。     

新型铝硅基铸造壳体凝固成形研究

新型铝合金材料用于薄壁壳体铸件制备,通过向ZL101A合金中增添微量Ni元素,基于ProCAST铸造仿真软件设计液压泵壳体低压铸造工艺,数值模拟铸件不同部位固相出现时间,并预测铸件凝固过程中缩孔缩松现象。实际生产铝合金薄壁壳体铸件,并对壳体棒料进行高温压缩实验,利用结构变形机理以及微观组织特点分析铸件凝固成形机理。分析合理的浇注温度以及热处理工艺,能够对壳体铸件缩孔缩松现象进行有效控制,保证改进铝硅合金薄壁壳体铸件质量。     

外界压力消除铸件析出性气孔的测定

金属凝固时,由于气体的析出,会使铸件得到析出性气孔和增大缩孔体积（在此文中为简化叙述起见,把这两种由于析出性气体而引起的铸件内孔洞的增加统称为析出性气孔）。采用在凝固的铸件上施加压力的方法（如压力结晶、反压铸造,液压金属冲压等工艺）,可有效地消除铸件中的分散性显微孔洞。但外界压力除了可减少铸件中的因析出性气体而引起的孔洞外,还可同时减少铸件中因金属本身收缩所引起的缩孔,所以一直到现在,还没有设计出一种能单独地测定外界压力消除铸件中析出性气孔的效果的方法。本工作通过理论推导,提出一种能单独地测定外界应力消除析出性气孔效果的实验方法;还建议根据试验结果的数据,计算这种效果的参数方式;并利用了专门的装置,浇注了A1-1.5%Cu合金的试样,根据所指出的方法和参数公式,测得当铸件凝固时外界气体应力由0增至4公斤/厘米{sup}2时,可使因液体金属含氢量由0.187厘米{sup}3/100克增至0.365厘米{sup}3/100克时所引起的析出性气孔消除68%。     

金属型铝合金重力浇注装置及其模具设计的研究

为适应较小规模铸造企业的生产模式、有效提高铸件质苎．对铝合金重力浇注装置及其模具结构进行设计研究。在装置上采用简单的机械结构使之方便手动操作，使用完全金属型模具并使之具有倾转功能。研究发现在浇注过程中具有操作简单方便、易于维护，并且制造成本低廉、模具设计制造周期短的特点。铝合金液体在模具中的充型和排气效果良好，可减少气孔、缩孔等铸造缺陷。特别适用与中小型企业的小批量铸件的生产和产品零件的试制加工。     

复合材料的疲劳寿命预测

较详细地介绍了疲劳寿命预测的剩余刚度，强度和疲劳模量模型，并且指出了这些方法的主要不足。在此基础上提出了一种基于疲劳损伤过程能量衰减的剩余能量模型，以及进行复合材料结构疲劳寿命预测的二元方法的构想。     

一种预测蚀坑腐蚀疲劳寿命的概率模型

蚀坑腐蚀引起的疲劳损伤过程包括七个阶段,蚀坑形成、蚀坑扩展、蚀坑转变为疲劳小裂纹、小裂纹扩展、小裂纹转变为长裂纹、长裂纹扩展和断裂.用一阶可靠性方法(first-order reliability method,FORM)和蒙特卡洛模拟法分别计算铝合金蚀坑腐蚀疲劳寿命,得到疲劳寿命的累积分布函数(cumulative distribution function,CDF),进行概率敏感性分析.同时研究几个随机变量及其变异系数(coefficient of variation,COV)对预测疲劳寿命的影响.     

表面熔覆铝合金疲劳性能的影响因素

对铝合金试样表面进行激光熔覆处理，分析激光熔覆层的显微组织，并对熔覆试样和基材试样进行疲劳寿命对比实验。结果表明，表面激光熔覆会显著降低材料的疲劳性能，在99％可靠度的前提下，熔覆试样的安全寿命约为基材试样的27％。其主要影响因素有，熔覆层底部的枝晶、重熔区内的缺陷和熔覆层内的拉应力。     

铸造铝合金炉前变质处理的研究及生产实践

对铝合金炉前变质处理进行了研究，在变质处理提高铝合金机械性能的理论基础上，探讨了生产中铸造铝合金断口组织状态和变质效果的关系，变质过度与变质不足都会影响到铝合金铸件成形后的机械性能。     

Influence of gas flowrate on filling ability and internal quality of A356 aluminum alloy castings fabricated using the expendable pattern shell casting with vacuum and low pressure

In this study, a new casing process named expendable pattern shell casting process with vacuum and low pressure (EPSC-VL) was introduced to produce complicated and thin-walled aluminum alloy castings. The gas flowrate is one of the most important process parameters for manufacturing castings during the EPSC-VL process. In the present work, the influence of gas flowrate on the filling ability and internal quality of A356 aluminum alloy castings fabricated by the EPSC-VL process were investigated. Moreover, the filling ability, internal quality, as well as mechanical properties of A356 aluminum alloy castings obtained by EPSC-VL and lost foam casting (LFC) processes were also compared. The results obtained suggested that the filling length increased with the increase of gas flowrate, and the filling length of the thick section was larger than that of the thin section under the same gas flowrate when the gas flowrate was less than 19 m³/h. Furthermore, the porosity of castings decreased with increasing gas flowrate, and the microstructure of castings became denser, and the internal quality of castings was obviously improved. The comparison experiments showed that the EPSC-VL process had superior filling ability, internal quality, and mechanical properties compared with the LFC process, and the surface quality of castings obtained by EPSC-VL process was also better than that of the LFC process. The casting practice of complicated and thin-walled A356 aluminum alloy intake manifold part also suggested that the EPSC-VL process had an obvious advantage for the fabrication of complicated and thin-walled aluminum alloy castings compared with the LFC process.     

基于损伤力学-临界面法预估多轴疲劳寿命

基于损伤力学理论建立的非线性疲劳寿命预估模型在多轴疲劳寿命预估中获得了广泛的应用,但该模型并未考虑损伤面发生的位置及其物理意义,将其与临界面法相结合提出一种新的多轴非线性疲劳寿命预估模型,新模型能够弥补现有的非线性疲劳寿命预估模型未考虑临界面物理意义的不足。新模型从损伤的角度来预估多轴疲劳寿命,不仅考虑了临界面上裂纹形成及扩展的物理意义、相位差对附加强化现象的影响,而且对非对称加载下的平均应变进行修正。新模型仅仅利用单轴疲劳试验数据以及单轴疲劳材料常数就可以预估出试样的多轴疲劳寿命,从而避免了代价高昂的多轴疲劳试验。采用45钢、316不锈钢、钛合金TC4三种材料的多轴疲劳试验数据对提出的模型进行评估和验证,对几种材料比例/非比例以及对称/非对称加载下的多轴疲劳寿命进行预估,预估结果与试验结果的误差都在5%以内,结果表明提出的多轴非线性疲劳寿命预估模型具有较高的预估精度。     

The role of casting porosity in fatigue properties of Al−Si 319 lost foam cast alloy

The tensile, fracture toughness and fatigue properties of Al−Si 319 lost-foam-cast alloy were determined at room temperature. The fatigue properties of this alloy were also determined at 150°C. Fatigue cracks were always initiated at the largest casting pore. Initial pore sizes were measured using a scanning electron microscope. Surface replication showed that majority of the fatigue life was spent in fatigue crack propagation and permitted the estimation of the constants in the Paris power law and the threshold stress intensity factor (ΔK _th ). The role of internal casting porosity was quantified using a linear elastic fracture mechanics (LEFM) model for fatigue crack growth. The predicted lives agreed with the measured values within a factor of two.