变幅载荷下的钢板弹簧疲劳裂纹扩展研究

钢板弹簧疲劳裂纹在变幅载荷作用下的扩展预测模型主要是Schütz疲劳裂纹扩展模型,但此模型未考虑裂纹闭合效应对疲劳裂纹扩展的影响,忽略了参数C和n随应力比的联系,疲劳裂纹门槛值△Kth也只考虑应力比为0的特殊工况.因此对Schütz疲劳裂纹扩展唯象模型进行修正,使修正后的模型各参数物理意义更加明确,适用于不同的工况.并将实车试验所测的应力幅值运用于修正后的模型,表征变幅载荷作用下钢板弹簧疲劳裂纹扩展进程.表明加载幅值增大,疲劳裂纹扩展速率加快,试验结果与模型预测结果良好吻合,为变幅载荷作用下疲劳裂纹扩展速率的计算提供了理论依据.     

骑马螺栓约束对少片钢板弹簧应力影响的试验研究

对汽车用两片钢板弹簧的紧固约束进行了试验研究.试验发现在不同的约束条件下骑马螺栓外侧板簧叶片应力分布、离散度变化在5%～8%,应力分布趋势相似,但骑马螺栓之间的叶片应力平均值变化较大,且随约束力的降低应力分布急剧增大,当约束减轻至一定界限时,其平均应力超过强度允许值.     

少片变截面钢板弹簧的疲劳寿命计算分析

根据少片变截面钢板弹簧每一片在自由状态下的几何尺寸,利用UG软件建立各片的三维模型并进行装配.在HyperMesh中采用映射法进行单元划分,同时考虑片间的非线性接触,建立钢板弹簧总成的有限元模型.根据钢板弹簧试验工况,计算得到该工况下的应力循环,利用其S-N曲线,基于Miner线性累计损伤准则计算其疲劳寿命.疲劳寿命的计算值与试验值相当接近,验证了模型的建立以及计算过程的正确性.     

少片变截面钢板弹簧疲劳试验研究

为了提高少片变截面钢板弹簧的疲劳寿命,通过进行疲劳台架试验,对疲劳断裂形状、材料力学性能及金相组织进行了深入分析,找到了钢板弹簧产生疲劳断裂的主要原因,提出了钢板弹簧工艺处理的改进措施,并对其进行了试验验证。结果表明:在相同试验条件下,改进后的钢板弹簧疲劳寿命达到10万次以上,远远超过了钢板弹簧国家标准8万次。     

疲劳裂纹的扩展规律和最新研究进展

疲劳裂纹的萌生以及扩展对于零构件的安全使用存在着巨大的潜在隐患,对于广大从事材料研发工作的技术人员来说,掌握疲劳裂纹扩展的基本规律,了解国内外疲劳裂纹扩展的最新研究进展是非常必要的。本文概括了疲劳裂纹在近门槛扩展阶段和高速扩展阶段(Paris区)的扩展规律,总结了近年来国内外学者在这2个扩展阶段的最新研究进展,结合近年来飞速发展的计算机技术,概述了计算机模拟技术在疲劳裂纹扩展研究领域中的广泛应用。     

弹塑性疲劳裂纹扩展行为的数值模拟

基于ABAQUS有限元软件建立内聚单元模型以研究I型弹塑性疲劳裂纹的扩展过程。利用UEL子程序定义内聚单元的疲劳损伤累积准则以识别疲劳裂纹扩展过程中裂纹尖端的位置,并预测裂纹扩展速率da/d N。结果发现,预测的裂纹扩展速率与已有的试验结果吻合良好。通过ABAQUS软件中的温度-位移耦合分析方法同步获取裂纹扩展过程中因塑性变形能引起的裂纹尖端瞬态温度场的变化。结果显示,疲劳损伤累积准则所识别的裂纹尖端位置与裂纹扩展时最大温升点的位置具有一致性。这说明疲劳裂纹扩展过程中温度信号的变化也可以用于裂纹扩展规律的研究。基于数值模拟的方法验证了疲劳裂纹扩展过程中裂纹尖端的温升信号ΔT与裂纹扩展速率da/d N、应力强度因子范围ΔK之间的幂函数关系。研究成果有望用于疲劳裂纹扩展寿命的快速预测。     

少片变截面钢板弹簧计算机辅助设计方法研究

针对当前少片变截面钢板弹簧设计、生产的现状,提出了一种少片簧计算机辅助设计方法。首先探讨了少片簧尺寸参数传统设计计算方法;利用Visual C++开发平台对SolidWorks软件进行二次开发,完成了少片簧自动建模系统的开发。最后以某型载货汽车少片簧为例,验证了上述方法的可行性。     

小型商用车后钢板弹簧设计方法研究

以某小型商用车后钢板弹簧设计为例,基于常用的CAD软件UGNX/CAXA CAD与办公软件WPS,提出一种以整车总布置要求为依据,满足整车操纵稳定性、行驶平顺性要求为前提的钢板弹簧设计计算方法,分析板片刚度和强度计算时采用共同曲率法和集中载荷法的各自优势和缺点,给出采用共同曲率法计算主簧及合成簧刚度时的修正系数。该方法通过对后钢板弹簧的刚度曲线和侧倾运动关系分析及刚度和强度校核计算,可以快捷、方便、准确的设计计算出满足整车总布置、整车操纵稳定性、行驶平顺性和安全可靠性要求的后钢板弹簧结构。该方法在计算板片刚度时采用共同曲率法结合刚度修正系数进行板片刚度的计算,在计算板片强度时采用集中载荷法计算,强度校核采用常用弹簧钢60Si2Mn时满载应力不大于550 MPa,极限载荷时应力不大于1100 MPa进行。对该方法进行实例计算分析,以及台架性能测试、台架耐久疲劳测试和整车操纵稳定性测试、行驶平顺性测试、道路可靠性测试,结果能快速计算出钢板弹簧结构。该方法切实可行性,而且计算式简单,计算工作量少,所使用的计算程序和制图软件都是常用的计算机软件,容易推广应用。     

高应力集中区中的疲劳裂纹扩展

本文对高应力集中区中疲劳裂纹扩展进行了研究,对两种材料的中心椭圆孔边裂纹板共6个试件进行了低周疲劳试验。为了减少参量计算引起的误差,首先给出了有限宽板中心椭圆孔边裂纹应力强度因子的计算公式,同时对弹塑性材料引入了大范围塑性区修正方法。为了考证公式和方法的正确性,进行了有限元计算。应力强度因子 K 和大范围塑性区修正形式的 K两者都被用作为相应的参量,结果表明:本文发展的大范围塑性修正形式的代表 J 积分的 K,对高应力区疲劳裂纹扩展是一个合适的参量。     

常用的16MnR等压力容器用钢疲劳裂纹扩展速率

对屈服强度为350MPa级的压力容器用钢16MnR、20g和屈服强度为500MPa级的压力容器用钢CF-62进行厂疲劳裂纹扩展速率的试验研究和数据收集,试样分别为三点弯曲(TPB)和紧凑拉伸(CT)形式,共二十余块。对700多试验数据点进行分析,推荐了强度级别在350～500MPa的压力容器用钢用疲劳裂纹扩展速率公式。     

一种基于裂尖损伤区的裂纹扩展模型

提出了“裂尖损伤区”的概念,通过解析闭合模型对裂尖损伤区的应力应变历程进行了分析,应用累积损伤理论建立了一个用于分析变幅载荷下疲劳裂纹扩展寿命的模型。应用本模型计算了不同载荷谱下的裂纹扩展寿命,通过与试验结果的比较,表明本文的方法具有精度高、经济实用的特点,适合工程应用。     

声发射技术在疲劳裂纹检测中的应用

主要讨论了声发射技术应用于疲劳裂纹的检测.根据疲劳裂纹的信号特征及测试场合,选用合适的疲劳裂纹检测方法,结合板簧疲劳裂纹试验机上的实验分析,得出声发射技术应用于疲劳裂纹检测的优势.     

超声疲劳裂纹扩展与摩擦生热研究

在高频循环载荷作用下,材料疲劳裂纹的萌生与扩展过程伴随着明显的温度变化,该温度变化反映材料内部结构的损伤特征。通过20 kHz的超声疲劳试验,研究一种碳锰钢在超高周疲劳加载条件下的内部疲劳裂纹萌生与扩展过程中温度的演化过程。通过对该材料在疲劳损伤过程中,内部裂纹间的摩擦生热机理分析,从微观角度出发,结合分形理论,建立内部裂纹微观结构的摩擦模型,数值模拟超声疲劳过程中材料内部疲劳裂纹面间的摩擦生热情况,并定量地计算该过程中由裂纹间摩擦所导致的温度上升,将模拟结果与试验结果进行比较。探究高频疲劳载荷下微裂纹扩展与摩擦生热的关系,并结合超高周疲劳裂纹扩展公式,建立超声疲劳过程中的裂纹扩展与裂纹面温度演化关系的模型。     

表面裂纹疲劳扩展寿命可靠性分析

在线弹簧模型和Paris公式的基础上,提出了对表面裂纹疲劳扩展寿命进行可靠性分析的方法。针对直接Monte Carlo法效率较低的问题,采用拉丁超立方法（LHS）进行随机抽样,以提高计算的收敛速度。考虑裂纹几何尺寸、交变载荷和疲劳参数等的随机性及相关性,求得了给定可靠度下的疲劳寿命和给定寿命下的可靠度。本文结果与已有文献结果具有较好的一致性。该方法简便有效、通用性强,适合于工程应用。     

焊接结构件疲劳裂纹扩展的数值研究

针对焊接结构件中出现地裂纹现象,建立塔式起重机起重臂有限元模型。采用有限元数值模拟,同时考虑残余应力的影响,计算QTZ40塔机起重臂下弦杆与水平腹杆焊接处在变幅小车满载和空载状态下,不同长度裂纹对应的应力强度因子,建立裂纹应力强度因子幅与裂纹长度的函数关系,进而估算塔机起重臂的疲劳寿命。结果表明:应力强度因子幅随裂纹长度的增加而增大,当裂纹长度到达某一值后,应力强度因子幅呈指数型加快形式,故采取有效措施防止裂纹的快速扩展,可提高结构的疲劳寿命。     

非共线复合型裂纹扩展特性分析

以带多点损伤的空孔板为研究对象,利用数值分析法分析裂纹起裂位置和裂纹倾斜角对应力强度因子的影响,对比了共线多裂纹与非共线复合型裂纹起始扩展速率和扩展寿命的差异。结果表明:非共线复合型裂纹起始扩展速率偏大,裂纹扩展寿命缩短约2.5%。在非共线复合型裂纹模型中,随着裂纹倾斜角增加,等效应力强度因子先增大后减小,且在15°时,整体裂纹扩展速率达最大值。相邻孔间裂纹的相对位置和相对方位影响裂纹的扩展路径,进而影响裂纹扩展寿命。     

有机玻璃疲劳裂纹扩展定量分析

采用断裂力学方法分析了有机玻璃裂纹尖端应力分布及银纹微纤化断裂机理 ,由此建立的力学模型所得到的疲劳裂纹扩展表达式 ,能较好地拟合有机玻璃疲劳裂纹扩展实验数据。而由裂纹扩展实验数据通过线性回归计算得出的裂纹扩展系数 B和理论门槛值 ΔKth可分别定量描述有机玻璃在中部区和近门槛区的扩展行为 ,且 B值与有机玻璃拉伸性能之间存在确定的函数关系 ,认为这两个参数可作为评估有机玻璃疲劳裂纹扩展行为的基本参量。     

疲劳裂纹扩展规律Paris公式的一般修正及应用

介绍了疲劳裂纹扩展规律Paris公式及其与传统应力疲劳S—N曲线的关系，分析了计算疲劳裂纹扩展寿命的一般过程。阐述了当前Paris公式在工程中的一般修正，具体描述了不同的修正形式及其主要特征，简要介绍了Paris公式在弹塑性断裂力学和连续损伤力学中的修正及应用。各种应用实践表明，对于不同要求的工程问题要采用相应的修正形式。     

织构对含铒铝合金疲劳裂纹扩展行为的影响

对含铒铝合金板材进行不同工艺的轧制及热处理,得到了具有不同织构的铝合金板材,再通过中心裂纹板材的高周疲劳试验,研究了织构对合金疲劳裂纹扩展的影响。结果表明:合金板材中织构的含量与板材轧制变形量及退火温度有关;板材中疲劳裂纹总是倾向于沿Schmid因子较大的方向扩展;板材中织构越多,则晶粒间取向差角越小,疲劳裂纹偏折越小,裂纹扩展路径越短,疲劳裂纹扩展速率越快;板材中织构越少,晶粒间取向差角越大,疲劳裂纹偏折越厉害,裂纹扩展路径越长,疲劳裂纹扩展速率降低。     

搅拌摩擦修复2A12铝合金的疲劳性能和裂纹扩展行为

对含预制裂纹的2A12铝合金板进行搅拌摩擦修复试验,并对修复后的试样进行热处理。对修复试样与修复后热处理试样分别进行疲劳寿命与裂纹扩展试验,研究其疲劳性能的变化。结果表明:热处理可使修复试样疲劳寿命延长34.79%,修复试样与修复后热处理试样分别达到母材寿命的36.98%和49.89%,裂纹扩展速率均比母材的快,但修复后热处理试样裂纹扩展速率较修复试样低。疲劳断口显示,母材裂纹源多萌生于表面或亚表面夹杂相,修复试样与修复后热处理试样裂纹源多萌生于修复区和母材的界面,且裂纹源通常不止一处。稳定扩展区修复试样的修复区没有河流花样的解理面,而热处理后试样出现与母材类似的致密紧凑疲劳条带。修复试样瞬断区中由大量细小的等轴韧窝组成,而修复后热处理试样韧窝大小不等,但分布均匀。