双轴加载下缺口疲劳裂纹萌生位置的研究

对航空材料LY12CZ进行多种比例和非比例加载试验.分别采用弹性力学方法及弹塑性有限元方法对多轴加载下缺口试件缺口孔边应力应变进行分析,探讨疲劳裂纹萌生位置与孔边应力、应变的关系.试验与分析结果对照表明,各试验载荷情况下最大剪应力幅及最大剪应变幅的分布与孔边疲劳裂纹分布符合最好.     

非比例载荷下缺口件疲劳寿命有限元分析

针对Mod.9Cr-1Mo铁素体钢V型缺口件进行一系列非比例低周疲劳试验。试验结果表明,除圆路径外,各路径下裂纹萌生寿命占总寿命的60%~77%,与先前文献相比较,其分散性较小。采用ANSYS软件进行模拟计算,材料弹塑性特性采用Von Mises屈服准则、多线性随动硬化律和单轴循环应力应变曲线来描述。使用柱坐标系,通过固定试件一端,另一端加轴向和周向位移来实现拉扭应变控制。有限元模拟结果表明,各路径下缺口根部均产生了明显的应力集中,第一主应变、等效应变的最大值均发生在缺口根部。基于模拟得到的缺口根部的应力应变结果,采用Smith-Watson-Topper(SWT)方法进行疲劳寿命预测,除针对单轴路径预测结果偏低外,大部分预测结果位于2倍分散带内。     

缺口件两轴循环弹塑性有限元分析及寿命预测

利用弹塑性有限元模拟,对高温两轴比例与非比例拉扭应变循环加载下的光滑薄壁管件与缺口轴类件进行研究.材料弹塑性特性用Von Mises屈服准则、多线性运动硬化准则和高温单轴循环加载的应力应变数据来描述.采用柱坐标系下在试样一端加轴向和周向位移来实现拉扭应变加载.对光滑薄壁管件的后处理结果与试验结果比较,证实了这种方法的正确性和可用性,进而应用到缺口件,得到缺口根部局部的循环应力应变响应.基于有限元数据,采用Kandil-Brown-Miller法和Smith-Watson-Topper法预测了缺口件疲劳裂纹萌生寿命.     

电镀铜薄膜疲劳性能与寿命预测

利用MMT-11N微机械疲劳试验系统对11.5 μm厚无基体支持的电镀铜薄膜试件的拉伸疲劳特性进行了试验研究。试件采用准LIGA工艺制作。试验在室温条件下进行,采用载荷控制、脉动循环加载,载荷频率为20 Hz,得到了铜薄膜光滑试件和缺口试件的S-N曲线,根据传统宏观疲劳理论确定了铜薄膜循环应力—应变曲线和应变—寿命曲线。利用修正局部应力—应变法对缺口试件的疲劳寿命进行了预测,预测寿命与试验寿命误差在3.2倍因子之内,预测结果较好地符合试验结果。试验表明,取半寿命周期的迟滞回线作为稳定迟滞回线在微机械疲劳中仍是可信的,局部应力—应变法亦可应用于微机电系统疲劳寿命预测,宏观疲劳理论在一定程度上也适合于描述微机械疲劳。     

循环压载下缺口旁疲劳裂纹扩展

对承受循环压载的缺口试件的疲劳问题进行了试验和理论研究。结果表明，疲劳裂纹是在残余拉应力和循环压应力作用下萌生和扩展的，压塑性变形是裂纹萌生和扩展和扩展的必要条件。循环压载下仍存在着裂纹张开和裂纹闭合，其机理与拉伸循环下不同。以试验中采用的ＬＹ１２ＣＡ材料边缺口试件为例，提出了考虑裂纹闭合效应的扩展率计算模型，结果与试验吻合得较好。     

基于A-F类循环塑性理论的多轴局部应力应变法

提出预测缺口构件疲劳寿命的多轴局部应力应变法.采用Armstrong-Frederick (A-F)类循环塑性理论,描述具有非Masing特性的16MnR材料的循环塑性行为.结合A-F类循环塑性模型和增量式Neuber法,分析比例和非比例加载下缺口根部处的多轴应力应变状态.将局部应力应变应用于基于临界面的多轴疲劳损伤模型,对缺口构件进行疲劳损伤分析和疲劳寿命预测.分析结果表明,基于A-F类循环塑性理论的多轴局部应力应变法,能很好地描述缺口根部处的多轴应力应变状态,疲劳寿命的预测结果与试验数据基本吻合.     

多轴比例加载下镍基合金GH4169试件的弹塑性有限元分析

对薄壁管进行多轴恒幅比例加载疲劳试验,并运用弹塑性有限元法对该加载条件下的薄壁管进行分析和计算,材料弹塑性特性由von Mises屈服准则和多线性随动硬化准则描述.结果表明,用有限元法计算的试件应力应变值与试验结果吻合.最后,用此方法对缺口件危险点处应力应变状态进行分析.     

应变能—内应力干涉模型的多轴高周疲劳研究

塑性应变能使材料微观组织结构发生不可逆变化而引起等效宏观应力,该应力随循环加载而增大。假定该应力的一种分布函数,将疲劳极限以上加载等效为塑性应变,建立了塑性应变与加载应力成线性关系的表达式,由此得到循环加载的塑性应变能。导出其最大应力与外加应力叠加达到材料本征断裂应力时的裂纹成核寿命,并由微裂纹引起上述两部分应力变化,得到继续加载直至宏观裂纹出现的疲劳寿命。所建立的多轴疲劳寿命公式由三个材料参数表达,并通过单轴疲劳试验数据确定。初步研究表明,该模型对所引用的多轴疲劳试验数据有很好的预测能力。     

基于能量密度法预测微动疲劳寿命

通过接触界面的应力应变场和临界平面法计算了能量密度损伤参数,结合疲劳试验得到了能量密度损伤参数-寿命关系曲线中的材料常数,建立了LZ50钢微动疲劳寿命的预测公式。根据裂纹萌生寿命预测效果,将Chen损伤值作为裂纹萌生控制参数。分析了摩擦因数、微动桥半径、循环载荷和微动桥压力对LZ50车轴钢的Chen损伤值的影响,以及CRH2型动车组空心车轴裂纹萌生的位置及寿命。     

比例与非比例加载下多轴疲劳断口分析

利用扫描电镜对多轴比例和非比例加载下的薄壁管多轴疲劳试样的断口表面进行扫描观测分析。根据试件不同加载路径下的疲劳断口观测结果，研究多轴疲劳裂纹萌生及扩展机理。结果分析表明，比例加载下疲劳断口形式与单轴情况相似，具有Ⅰ型疲劳条纹特征。非比例加载下断口形式主要表现为Ⅰ型与Ⅱ型混合型断口特征。结合多轴非比例加载下的宏观力学条件，在微观机理方面探讨多轴非比例循环下的附加强化机制。     

保载时间对P92钢蠕变-疲劳交互行为的影响

为研究保载时间对蠕变-疲劳寿命和应力-应变响应的影响规律,对P92钢在650℃下进行了应变幅为±0.5％,保载时间为36,600,3600 s的蠕变-疲劳试验,采用Chaboche塑性本构模型和应变强化蠕变模型进行有限元模拟,并对P92钢断裂试样进行透射电镜检测.试验结果表明:保载时间增长导致拉压屈服极限降低,最大拉应...     

多晶体材料微结构循环弹塑性性质的数值统计分析

应用宏，微观相结合的分析观点，在概率计算几何方法基础上构造材料微结构的几何网络，均匀随机投放各晶粒的材料主轴方向，从而形成计算微观力学分析模型。用多域弹塑性边界元方法计算材料微结构的循环应力应变响应，对多晶体的循环硬化量，循环屈服应力增量，Ｂａｕｓｃｈｉｎｇｅｒ效应进行数值统计分析，获得了其变化规律。     

变幅载荷下填充型天然橡胶疲劳试验与预测方法研究

以填充天然橡胶哑铃型圆柱试件为研究对象,进行不同应变比R与变幅载荷下的单轴疲劳试验,并分析变幅载荷对疲劳寿命的影响。以应变幅值为损伤参量,建立基于应变比R=0的等效应变幅值统一疲劳寿命预测模型,利用该模型预测所有应变比工况下的疲劳寿命,其预测值与实测寿命的偏差在2倍分散因子以内;对不同应变比R、载荷水平、加载顺序与停顿时间等变幅载荷下的疲劳寿命进行单轴疲劳试验,基于Miner线性损伤法则预测变幅载荷下的疲劳寿命,和实测寿命相比其偏差都落在2倍分散因子以内;对哑铃型试件进行随机载荷疲劳试验,通过雨流统计和不同应变比R下的统一疲劳寿命预测模型计算其总寿命,预测结果和实测结果最大误差在34%以内。验证了Miner线性损伤法则在填充型天然橡胶疲劳寿命预测中的普适性,所建立的不同应变比R下的等效应变幅值统一疲劳寿命预测模型可用于橡胶隔振器的前期耐久评估。     

基于改进应变能密度法的电动轮自卸车车架焊缝疲劳寿命预测

针对复杂载荷作用下焊接结构应力应变响应出现非完全封闭而交叉的现象,考虑封闭环以外的塑性应变能密度,提出了一种改进的应变能密度计算方法。通过设计制作对接接头试验试件,开展了焊接接头机械性能和疲劳试验研究,获取了Ramberg|Osgood方程参量并构建了基于总应变能密度的疲劳损伤模型。建立了电动轮自卸车车架有限元模型,开展了车架焊缝多载荷步非线性有限元分析。结合新方法和数值模拟得到的应力应变响应计算危险点各应变能密度,依据拟合的疲劳损伤模型进行寿命预测,计算结果与实际失效位置和开裂时间吻合较好。     

对2024铝合金疲劳裂纹扩展寿命进行预测

通过二维弹塑性有限元计算得到Ⅰ型静态裂纹在常幅疲劳载荷下裂纹尖端塑性应变能,进而获得裂纹尖端塑性应变能和应力强度因子幅值的非线性关系;根据能量平衡概念,建立了裂纹扩展速率与裂纹尖端塑性应变能的关系。由此得到一种基于裂纹尖端塑性应变能的疲劳裂纹扩展寿命预测模型,利用该模型预测了中心裂纹平板的疲劳裂纹扩展寿命,预测结果与试验值吻合得很好。     

Prediction of fatigue life in cold expanded Al-alloy 2024-T3 plates used in double shear lap joints

To predict fatigue crack initiation and fatigue crack growth lives in cold expanded double shear lap joints a numerical method has been employed. The total estimated fatigue lives were compared with available experimental fatigue test results for plain hole and cold expanded hole specimens of Al 2024-T3 in double shear lap joints. Three-dimensional finite element simulations have been performed in order to obtain the created residual stresses field due to cold expansion and subsequent far field longitudinal loading in the double shear lap joint. The obtained stress and strain distributions from the finite element analyses were employed to predict stress concentration factors to calculate fatigue crack initiation and fatigue crack growth lives using AFGROW computer code. The predicted fatigue lives demonstrate that there is a good agreement between the proposed method and experimental fatigue test results.     

某型航空发动机涡轮盘低循环疲劳寿命分析

确定发动机零部件的最大应力应变循环是进行零部件寿命研究的重要内容之一.弹塑性有限元分析常用于计算最大应力应变循环,但是由于各种载荷、约束等条件考虑不全面,得到的应力应变循环往往偏大.同时,某些零部件的瞬态温度场是决定其疲劳强度和使用寿命的重要因素,而获得准确的瞬态温度场是非常困难的.文中对某型发动机的高压涡轮盘进行疲劳试验条件下弹塑性有限元分析,对一台涡轮盘的残余应力进行测试,利用稳态温度场计算涡轮盘危险点最大应力应变循环,并根据弹塑性有限元分析和通过残余应力测试得到的最大应力应变循环进行低循环疲劳寿命预测.研究结果表明,弹塑性有限元分析法预测的寿命偏低,由残余应力可以较准确地确定最大应力应变循环.     

基于裂纹萌生期限的典型零件剩余寿命预测

将有限元分析方法与疲劳寿命预测相结合,以曲轴为对象,对循环载荷导致的疲劳断裂进行了研究。以实际裂纹检测精度定义的疲劳裂纹萌生极限尺寸为计算标准,通过ABAQUS有限元分析计算整体应力应变,采用子结构分析由名义载荷得出的局部最大名义应力载荷谱,结合Ohij疲劳寿命法则准确计算出裂纹萌生期限,实现了基于裂纹萌生的剩余寿命预测。