300M超高强度钢元件疲劳特性的研究

本文采用耳片、螺捡、圆筒元件．在室温空气介质中测试了300M超高强度铜的轴向拉伸及弯曲疲劳特性。探讨了表而完整性、不同应力比R、不同热处理工艺、国产材料与美国产材料，以及谱载下对圆筒元件疲劳性能的影响。     

300M钢冲击疲劳裂纹起始的超载效应

本文研究了超载对300M超高强度钢冲击疲劳裂纹起始寿命的影响。结果表明,在一定范围内,拉伸超载可以延长冲击疲劳裂纹起始寿命;超载造成的残余应力是引起该钢超载效应的主要机制而超载造成的材料性能变化对超载效应的贡献不大;超载后冲击疲劳裂纹起始寿命Ni与缺口根部残余应变εR之间的关系可表示为：NI=N0·exp（λεR）。     

基于累积损伤的渗碳齿轮钢疲劳寿命预测模型构建

采用轴向高频疲劳试验机进行超高周疲劳实验,研究了不同应力比(R=0和R=0.3)下渗碳齿轮钢疲劳特性。结果表明：在应力比为0和0.3时,渗碳齿轮钢的失效形式分为表面失效和内部失效。内部失效过程分为疲劳裂纹萌生阶段(夹杂-细颗粒区(fine granular area, FGA))、稳定扩展阶段(FGA-鱼眼)和瞬间断裂(鱼眼之外)。基于累积损伤法,建立了内部裂纹萌生和扩展阶段的疲劳寿命预测模型;最终建立了渗碳齿轮钢多应力比下的全寿命预测模型,预测精度较高。     

航空发动机火焰筒整流罩断裂原因

某航空发动机火焰筒整流罩在工作过程中发生断裂,通过宏/微观形貌观察、表面质量检查、金相检验、疲劳试验和动应力测试等方法分析了断裂原因。结果表明：整流罩断裂性质为高周疲劳断裂,疲劳裂纹源位于整流罩转角应力集中处;整流罩原始锻件晶粒尺寸粗大,使得疲劳强度较低,这是整流罩发生疲劳断裂的一个主要原因;在最大振动应力作用下,整流罩转角应力集中处载荷过大,明显高于其动强度储备,这是整流罩发生疲劳断裂的另一主要原因;整流罩转角应力集中处的异常轴向划痕进一步提高了此处的应力集中系数,促进了疲劳裂纹的萌生。     

受油器操作油管螺栓断裂失效分析

针对水轮发电机组受油器操作油管螺栓断裂失效,采用断口宏观分析、硬度检测分析、显微组织分析、化学分析等方法,对其进行检验和分析,查找原因。结果表明:该操作油管螺栓均为疲劳断裂,即由于运行过程中受到拉伸和剪切应力的作用,在应力集中的螺栓头肩部R角表面先生成微裂纹,微裂纹的产生形成了疲劳源,加上操作油管螺栓服役期间受交变载荷作用,导致裂纹不断发展,最终造成螺栓疲劳断裂。     

基于等效结构应力法对含错边构件的疲劳性能分析

错边缺陷是焊接构件中最常见的缺陷，不同的参数条件会对其产生不同的影响。本研究在焊接构件焊根位置处进行打磨和未打磨处理，对不同错边高度的焊接构件施加不同大小的载荷，以此作为变量探究错边缺陷构件的疲劳性能。基于等效结构应力法，提取焊缝两侧关键节点的等效结构应力，计算应力集中系数和疲劳寿命。仿真结果表明：拉伸载荷相同时，焊缝错边量越大，应力集中系数对构件疲劳性能的影响越明显；拉伸载荷不同时，焊缝错边量越大，疲劳寿命的变化趋势越平缓。同时将不同错边高度的焊缝代入实际工程结构中进行验证，其结果与仿真结果相似。综合上述结论，在实际焊接过程中，需要控制焊接构件的错边高度在合理范围之内，并减少焊根对构件疲劳性能的影响。     

2E12铝合金的疲劳性能与裂纹扩展行为

研究了2E12合金在不同应力水平下的疲劳性能及疲劳裂纹扩展速率,采用透射电镜和扫描电镜观察了该合金的微观组织和断口形貌特征.结果表明:高纯2E12合金具有良好的耐损伤疲劳性能,当应力比R=0.1时,疲劳强度σ=172 MPa,R=0.5时的疲劳强度σ=280 MPa,比R=0.1时提高了60%,缺口的存在降低了疲劳强度.R=0.1,△K=30 Mpa·m1/2时,da/dN约为2.7×10-3 mm/周,比国产2024合金裂纹扩展速率(6.5×10-3 mm/周)低60%左右.2E12合金疲劳断口由裂纹源区、裂纹扩展区及瞬断区三部分组成,裂纹萌生一般位于试样表面应力集中处或不同类型的缺陷部位.     

不同碳含量的CrNiMo钢疲劳裂纹扩展特性

三种不同碳含量的ＣｒＮｉＭｏ 钢的疲劳扩展试验结果表明,随着钢中碳含量升高,裂纹扩展速率升高。回归分析表明,ＣｒＮｉＭｏ 钢的疲劳裂纹扩展速率符合以下公式：ｄａ／ｄｎ＝ Ｂ（ｄｋ－ ｄｋｔｈ ）２ ,其中疲劳裂纹扩展系数Ｂ值可以由材料拉伸性能估算。该式的有效性还以不同应力比下的疲劳裂纹扩展数据进行了验证。     

20CrMnTi齿轮钢疲劳裂纹扩展试验与数值模拟研究

为了研究20CrMnTi齿轮钢的疲劳裂纹扩展问题,首先,将材料20CrMnTi制成紧凑拉伸试样,在疲劳拉伸试验机上进行载荷比R=0.3的疲劳裂纹扩展试验;然后,应用数值模拟软件Abaqus对疲劳裂纹扩展过程进行数值模拟.结果表明,数值模拟结果和试验结果具有相同的变化趋势,二者的差别在误差允许范围内;数值模拟方法能够很好地描述紧凑拉伸试样疲劳裂纹扩展过程.为20CrMnTi齿轮钢疲劳裂纹扩展过程及疲劳寿命的研究提供了一种有效的试验和模拟分析方法.     

橡胶弹性减振元件疲劳裂纹扩展寿命分析

对NR68橡胶纯剪切试样进行疲劳裂纹扩展试验,结果表明裂纹扩展率与撕裂能之间存在幂率关系.基于疲劳累计损伤理论,以撕裂能范围为损伤参量,建立橡胶疲劳寿命预测模型.对NR68橡胶裂纹扩展试验数据进行回归分析,拟合得出模型参数.综合应用有限元结构分析方法、橡胶材料等效应力计算方法和橡胶单侧切口拉伸(Single edge notched tensile,SENT)试样拉伸试验的应力应变数据,提出橡胶弹性减振元件撕裂能范围的计算方法,从而将弹性减振元件在复杂应力状态下的疲劳寿命问题转化为单向应力状态下橡胶材料的疲劳寿命问题.利用所建模型对锥形橡胶弹簧的疲劳寿命进行分析预测,并通过锥形橡胶弹簧台架疲劳试验进行验证,结果显示预测疲劳寿命是试验疲劳寿命的1.33倍,预测精度比较理想.     

022Cr17Ni12Mo2不锈钢疲劳特性研究

针对022Cr17Ni12Mo2不锈钢进行了拉伸试验和疲劳试验。该材料在拉伸时没有明显的屈服平台,具有良好的塑性。进行了一系列应力比R=0的单轴应力控制疲劳试验,得到了各条件下循环应力—应变关系和应力幅—寿命关系,结果表明,随着应力幅值的增加,寿命明显降低,各条件下均产生了循环附加硬化。采用Basquin法、Coffin-Manson方法(SMC)进行了疲劳寿命预测,并采用几个统计特征参量对两模型的预测能力进行对比分析,对比分析表明Basquin法预测结果较好。     

磁记忆应力集中检测仪的研制与试验

以磁记忆效应为基础,说明了应力集中的检测原理.以笔记本电脑为中心,针对选定的磁敏传感器输出信号微弱的特点,设计了包括二级放大电路在内的硬件电路,应用面向对象的程序设计思想开发了相应检测软件.根据并行口的功能,给出了进行数据采集的具体程序.拉伸和疲劳循环试验说明了所研制的仪器能有效地检测构件的应力集中.     

基于线性疲劳累计损伤橡胶悬置疲劳寿命预测研究

橡胶元件疲劳寿命的有效预测是其设计开发过程中的重要环节。引入橡胶元件线性疲劳累计损伤原理,提出张量形式橡胶疲劳寿命公式,且根据橡胶材料的实际承载工况提出其失效标准。依据橡胶材料的承载变形可简化为单轴拉伸及简单切应变,设计用于承载拉伸载荷的哑铃型橡胶试柱和承载剪切载荷的环形橡胶试柱,并实测疲劳寿命数据,以最小二乘法原理拟合拉伸与剪切的疲劳寿命函数公式。以车用变速箱悬置与发动机后悬置为疲劳寿命预测研究对象,通过分析其承载位移载荷时的应变张量,利用张量形式的疲劳寿命预测公式预测两种悬置在两种典型工况下的疲劳寿命。结果发现,橡胶材料的拉伸疲劳寿命曲线与简单剪切疲劳寿命曲线的变化趋势一致、形状类似、拟合函数幂指数十分接近;张量形式的疲劳寿命预测公式可有效地预测橡胶悬置的疲劳寿命。     

复合处理45钢的应变疲劳性能

研究了45钢离子氮碳共渗加低温淬火复合处理的应变疲劳性能。结果表明:它存在一个特征疲劳业变点,在该点下的低应变范围,复合处理提高疲劳性能;而在特征点以上的高应变范围,降低疲劳性能。这是由于硬化层应力集中和硬化层与基体交界处应变不协调所致。     

一种液环真空泵转轴断裂的失效分析

针对一种液环真空泵转轴的断裂失效进行了分析。该轴除了径向断裂外还存在轴向裂纹。对径向断口的宏观和微观分析均显示了疲劳损伤的特征,强度校核也表明该轴的疲劳安全系数过低,存在疲劳断裂的风险。对轴向裂纹的金相检测排除了淬火裂纹的可能,微观分析显示过载裂纹的特征,分析表明径向裂纹破坏了轴的结构完整性,加剧了应力集中,从而导致了轴向过载裂纹。根据分析结果,从材质和热处理方面提出了改进措施。     

冷辗芯辊表层碳化物对疲劳裂纹源萌生的影Ⅱ向

对不同寿命的W6MoSCr4V2钢冷辗芯辊疲劳裂纹源区域的表层和次表层碳化物形态进行了比较和分析。研究了疲劳裂纹源的形成机理。结果表明，表层和次表层碳化物的形貌、分布和大小等因素直接影响着疲劳裂纹的萌生。在表层碳化物缺陷处萌生疲劳裂纹一般有两种方式：表层碳化物直接开裂和在碳化物脱落后的凹坑处形成微裂纹；在次表层碳化物处萌生疲劳裂纹则主要是由于其周围孔洞中的应力集中造成的。     

激光焊接6156-T4铝合金对接与T型接头的性能对比

用拉伸试验机、疲劳试验机、扫描电镜等对激光焊接6156-T4铝合金对接接头和T型接头的拉伸性能、疲劳性能和断口形貌进行了对比研究。结果表明:对接接头的拉伸性能接近于母材的,T型接头的抗拉强度较母材的有一定程度的降低,对接接头的疲劳强度明显高于T型接头的;对接接头疲劳断口位于热影响区,T型接头的断口穿过热影响区和母材;两种接头疲劳裂纹均萌生于应力集中较为严重的焊趾部位,以近似半椭圆的形状沿厚度方向扩展直至接头断裂。     

拉伸保载对2.25Cr1MoV钢高温低周疲劳行为的影响

利用液压疲劳试验机,采用轴向应变控制方法在455℃下对2.25Cr1MoV钢进行高温低周疲劳试验,通过在峰值应变拉伸时保载0,60,600s,研究了拉伸保载时间对该钢低周疲劳行为的影响,并用扫描电镜对断口形貌进行了观察。结果表明:2.25Cr1MoV钢呈明显的循环软化特性,拉伸保载会明显降低循环应力幅,但保载时间对循环应力幅的影响不大;拉伸保载使该钢的疲劳寿命降低,但保载时间超过60s后,疲劳寿命基本不受保载时间的影响;拉伸保载没有改变试验钢的疲劳断裂模式。     

强化磁激励条件下磁记忆检测试验研究北大核心

对含预制缺陷的16MnR钢平板试件进行拉-拉疲劳试验,试验过程中采用励磁装置进行稳恒弱磁激励,通过巨磁阻传感器采集试件表面应力集中区域的漏磁场信号。结果表明,在弱磁激励和载荷作用停止时测得的漏磁场切向分量仍可以认为是一种广义的磁记忆信号,适当加强外磁场激励可以突出、强化磁记忆信号,提高检测系统的灵敏度,使检测效果得到改善;漏磁场切向分量在试件应力集中处出现最大值,其值随循环次数增加而增大,且在疲劳的不同阶段幅值变化率不同。     

冷轧钢压印接头拉伸-剪切和疲劳性能研究

对冷轧钢圆形连接点和矩形连接点的压印接头进行拉伸-剪切试验,研究连接点形状对接头拉伸-剪切性能的影响.并对圆形连接点压印接头进行疲劳试验.试验结果表明,两种接头拉伸-剪切强度和刚度相当.圆形连接点拉伸-剪切过程中的能量吸收值大于矩形连接点,矩形连接点的失效形式为上板拉脱失效.应力比R=0.5,当最大疲劳载荷为接头强度的95％时,接头循环寿命可以达到137万次,为80％时,可以达到疲劳极限500万次.疲劳失效形式为上板接头处产生裂纹,裂纹方向与加载方向大致呈90°.提出了圆形点压印接头的拉伸-剪切强度预测公式和疲劳寿命计算公式,拉伸-剪切强度公式的误差为6.9％.