腐蚀对新型高强度铝合金疲劳裂纹萌生机制及扩展行为的作用

根据编制的某机场环境加速试验谱,通过腐蚀试验模拟飞机服役过程中遭受的潮湿空气、盐雾、二氧化硫、酸雨和干/湿交变等严酷条件的侵蚀作用,采用飞机主承力结构新型高强度铝合金7B04-T74,制备单边缺口拉伸(Single edge notch tension, SENT)试样进行预腐蚀和疲劳试验,分析不同程度腐蚀损伤对疲劳裂纹萌生、裂纹扩展行为和疲劳寿命的影响,揭示腐蚀对裂纹萌生及扩展行为的作用机理。结果表明,在腐蚀初期,疲劳裂纹萌生源主要为单个蚀孔,裂纹扩展路径较为平直;随着腐蚀程度的加重,在多个蚀孔处同时萌生多条小疲劳裂纹,萌生疲劳裂纹的蚀孔具有隧道效应,扩展路径不规则,形成“之”字形裂纹;疲劳裂纹萌生机制是材料第二相与腐蚀损伤之间相互竞争的结果;腐蚀导致疲劳寿命显著降低,尤其是裂纹萌生寿命,腐蚀12年试验件裂纹萌生寿命仅为未腐蚀试验件裂纹萌生寿命的2.2%。     

室温和650 ℃下晶粒尺寸对GH4169合金疲劳小裂纹萌生和扩展行为的影响

在室温和650 ℃条件下,研究晶粒尺寸对GH4169合金疲劳小裂纹萌生机理和扩展行为的影响。通过在960 ℃、 1 010 ℃、1 020 ℃、1 050 ℃条件下,各保温1 h来改变试样晶粒尺寸。通过光学显微镜来观察不同热处理后的微观组织。利用覆膜法监测小裂纹扩展过程。结果表明,两种温度下疲劳小裂纹萌生机理和扩展模式在细晶组织和粗晶组织间均会发生转变。室温和650 ℃条件下,裂纹扩展速率在小裂纹阶段近似恒定。室温下,平均晶粒尺寸变化对小裂纹扩展速率几乎没有影响。650 ℃下,随着平均晶粒尺寸增加,小裂纹扩展速率增大。无论哪种温度下,一旦表面裂纹长度达到一定临界尺寸,小裂纹会加速扩展,进入长裂纹阶段。室温下不同平均晶粒尺寸试样临界裂纹长度基本相同,650 ℃下随着平均晶粒尺寸增加临界裂纹长度增加。     

汽车轮胎螺栓失效分析

汽车轮胎螺栓断裂,通过化学成分分析、断口宏观和微观及能谱分析、金相分析、硬度分析,对其断裂原因进行了分析.结果表明:断裂螺栓原材料表面的小折叠或小裂纹缺陷由于酸洗形成腐蚀坑,螺栓在服役过程中,由于受到较大应力,从应力集中的螺纹牙底腐蚀坑萌生裂纹,裂纹不断扩展导致疲劳断裂.     

环境和缺口形状对LY12CZ铝合金疲劳短裂纹扩展的影响

研究不同环境下LY12CZ铝合金缺口短裂纹的扩展规律及缺口形状对短裂纹扩展规律的影响.相同△K水平下,短裂纹比长裂纹有更高的da/dN值,3.5%NaCl溶液的加入,使锐、钝缺口短裂纹的da/dN值都显著增加.但无论在何种环境下,锐、钝缺口短裂纹的扩展都呈明显的"马鞍"形状且溶液中的过渡裂纹尺寸高于空气中,用缺口根部塑性区大小、裂纹闭合效应和腐蚀介质的共同作用解释试验结果.尖缺口状态下,缺口根部塑性区尺寸很小,裂纹扩展主要受裂纹闭合影响;钝缺口状态下,缺口根部塑性区作用范围较大,裂纹扩展主要受其影响.     

高压油管开裂原因分析

发动机高压油管在运行大约200小时出现漏油,对漏油部位的断口进行分析,结果表明:高压油管开裂原因主要是由于油管内壁残存含有着P、S腐蚀性元素[1]的腐蚀物质,产生腐蚀作用形成了腐蚀坑,腐蚀坑可以起到微观缺口的作用,提高局部应力水平[2],降低了抗疲劳性能,至此在腐蚀坑部位萌生了裂纹源,高压油循环往复应力作用下促使裂纹不断由油管内壁向外壁扩展,形成了与高压油流向平行的纵向裂纹。     

循环载荷作用下X70管线钢在近中性溶液中应力腐蚀裂纹的扩展行为

研究了在循环载荷作用下V形和线形缺口X70管线钢试样在近中性溶液中的应力腐蚀裂纹的扩展行为.结果表明:线形缺口比V形缺口更容易使裂纹扩展,其原因是线形缺口试样的应力集中系数大于V形缺口试样的,且裂纹扩展速度随应力比的降低而增加;在裂纹扩展初期,环境是主要的影响因素,随着裂纹扩展的不断进行,力学作用逐渐增强,当应力强度因子幅△K达到某一值时,裂纹由稳定扩展转变为不稳定的快速扩展.     

表面形变强化层中裂纹的萌生与扩展

研究了缺口根部强化层中疲劳裂纹的萌生与扩展。结果表明疫劳性能的提高主要归因于喷丸引起的缺口根部残余压应力,其能提高裂纹的闭合力,延缓短裂纹的扩展速率,而对萌生的作用极微。工作应力低时可出现非扩展裂纹。在残余压应力场中长裂纹的扩展可用Newman改进模型进行计算。在残余压应力峰值位置出现最大闭合力和最小裂纹扩展速率,计算和实测值基本一致。     

基于晶体塑性理论的GH4169合金缺口效应研究

基于晶体塑性本构模型,通过生成宏观试样的代表性体积单元,对单轴拉伸和疲劳试验数据进行拟合以获得满足模拟条件的相关参数,并分析了网格尺寸对模拟结果的影响;采用累积塑性滑移和能量耗散作为指示因子进行疲劳裂纹萌生寿命预测,研究缺口尺寸对疲劳裂纹萌生寿命的影响.结果表明:采用所建立的模型获得的含缺口试样的疲劳裂纹萌生寿命在试验获得的疲劳裂纹萌生寿命2倍误差带内,模型具有较好的预测精度;当缺口尺寸较小时,随着缺口尺寸的增加,试样疲劳裂纹萌生寿命显著降低,当缺口尺寸大于临界缺口尺寸时,试样疲劳裂纹萌生寿命几乎不受缺口尺寸影响.     

LD10CS腐蚀疲劳裂纹扩展速率评价的可靠性模型

腐蚀损伤会加速疲劳载荷下的飞机铝合金结构裂纹的萌生和扩展,威胁结构安全性。针对腐蚀影响下的疲劳裂纹扩展的随机性本质,对预腐蚀LD10CS合金的预腐蚀疲劳试验进行了数据分析,提出了基于可靠性的腐蚀裂纹扩展速率表征方法,与试验结果对比表明,该方法可以给出LD10CS腐蚀疲劳裂纹扩展速率的上下限,进而给出该种材料铝合金构件的疲劳裂纹扩展寿命的上下限,为评估铝合金构件的寿命提供了依据。     

腐蚀预损伤与盐水环境对铝合金细节疲劳性能的影响

采用扫描电镜分析和疲劳试验等方法,研究了腐蚀预损伤和盐水环境对7XXX铝合金细节疲劳性能的影响,并探讨了对疲劳裂纹萌生和扩展的影响机理。结果表明:腐蚀预损伤和盐水环境对7XXX铝合金细节疲劳性能的影响较为显著;以未腐蚀试样在实验室空气环境下的细节疲劳额定强度截止值为基准,预腐蚀48h试样在实验室空气环境下的细节疲劳额定强度截止值的保持率为97%,未腐蚀试样和预腐蚀48h试样在盐水环境下的细节疲劳额定强度截止值的保持率分别为73%和67%。     

钝缺口试样疲劳短裂纹形成与扩展

对两种晶粒尺寸的中碳钢钝缺口试样进行了对称拉疲劳试验，应用复型方法观察了疲劳理解纹沿缺口根部的早期形成与扩展过程；测量了表面裂纹形状随裂纹长度的变化规律。结果表明，试样的破坏是由形成于缺口根部表面的短裂纹扩展、裂纹间连接形成穿透裂纹，穿透裂纹扩则引起的。     

Fatigue cracks at notches

The failure of a component or specimen due to a fatigue crack growing from a notch is considered. Previous methods of analysis involving stress and strain concentration factors are shown to be inadequate. By defining equivalent cracks in notched and un-notched situations as cracks with equal growth rates, the concept of notch contribution to crack length is introduced. Theoretical notch contributions are obtained for a variety of central and edge elliptical notches via stress intensity factor solutions. These results when extended to a very wide range of general notch shapes can be reduced to a useful and simple design rule where e is the contribution to a crack of length l growing from a notch of depth D and root radius . This rule combines the size and shape effects long known to affect fatigue behaviour and defines the extent of the notch field as 0·13√(D).The fatigue crack propagation lives of a wide variety of notches were estimated by this rule and comparisons with experimental values revealed very small errors normally well within the scatter of fatigue lives.The design rule is extended to enable the conventional stress intensity factor method to be employed. A fatigue concentration factor is proposed which takes into account the presence of a fatigue crack which all previous methods have ignored.     

腐蚀坑应力集中系数影响分析

利用KH-7700型三维显微镜对经过预腐蚀的6151/T6铝合金材料的腐蚀坑三维形貌进行测量分析,发现可以将腐蚀坑近似为规则的半椭球体。对不同加速腐蚀时间的腐蚀坑测量数据统计分析,得到腐蚀坑的三维尺寸比值一般不超过4,极少达到10。基于ABAQUS6.10有限元软件,对含不同形貌、不同位置腐蚀坑的试验件进行应力集中系数分析发现,不同形貌的腐蚀坑随着b/c的增大,应力集中系数逐渐变小,而a/c增大,应力集中系数逐渐变大;对于同一腐蚀坑,试验件在不同位置引起的应力集中,其影响变化不大,大约在5%以内。     

Circumferentially notched pipe with an external surface crack under complex loading

The influence of a circular-arc circumferential notch in a pipe is analyzed. Firstly, the stress concentration factor (SCF) is determined. Then, an elliptical-arc external surface crack is assumed to exist at the notch root, and the stress-intensity factor (SIF) along the surface crack front is computed for four values of the dimensionless notch radius and for several opening stress distributions on the crack faces. The effect of stress concentration on the SIF values is discussed for both thick- and thin-walled pipes.     

钝裂纹或缺口下失效评定图的变化及修正方法研究

应用增量理论弹塑性有限元方法以及弹塑性断裂力学 Ｊ积分理论, 深入研究和全面探讨了一种用于含裂纹结构完整性评定的工程方法——失效评定图, 以及钝裂纹或缺口根部曲率半径、缺口长度、缺口端部椭圆离心率、试样形式和材料等对其的影响。提出了钝裂纹或缺口应力强度因子和极限载荷修正方法。通过这一方法建立的失效评定图可有效地消除缺口因素对失效评定图的影响, 由此, 可完全等效地将裂纹失效评定图用于含缺口结构的完整性评定。     

使用恒Kmax方法测试物理小裂纹门槛值研究

大量研究表明长裂纹和物理小裂纹扩展行为差异的主要原因是由于裂纹闭合程度不同造成的,消除裂纹闭合效应影响后的长裂纹与小裂纹的裂纹扩展行为应趋于一致.文中使用恒Kmax/增Kmin值降低△K的试验方法来测试裂纹扩展门槛值.此方法在测出△Kth时应力比R已经很高,实际上已不存在裂纹闭合效应的影响.通过对比试验结果表明,恒Kmax法测试长裂纹扩展门槛值能有效去除裂纹闭合效应的影响,用测得的门槛值近似表述小裂纹门槛值,能给出偏于保守的结果.     

基于屋脊特征分析的裂缝检测算法

针对隧道内采集的衬砌图像普遍存在光照不均和混凝土坑洼不平的噪声的现象,导致在检测不同宽窄裂缝时准确率不高的问题,本文提出一种基于屋脊特征分析的裂缝检测算法,把在图像二维空间中的曲线检测问题转换到一维空间中的极值点检测问题.首先,通过检测极值点提取所有屋脊状特征;然后分析裂缝和噪声的区别,根据屋脊高度直方图检测裂缝;最后...