CFRP加固含裂纹钢板疲劳性能研究

基于Paris公式估算钢构件剩余疲劳寿命。通过对试件裂纹尖端应力强度因子和裂纹扩展长度的估计,用积分计算其剩余寿命。试验证明加固的钢板受疲劳载荷的过程中CFRP板能有效发挥作用且不易剥离。单侧加固和双侧加固钢板疲劳寿命分别提高了1.1倍和4.9倍。因此用CFRP加固修复疲劳载荷下的损伤构件是一种行之有效的方法。     

起重机金属结构裂纹的复合修复方法

针对起重机金属结构在长期疲劳交变载荷作用下易产生疲劳裂纹的问题，采用碳纤维复合材料（CFRP）加固止裂孔的方法对裂纹进行复合修复。建立不同载荷下止裂孔、CFRP以及复合修复的有限元模型，分析计算应力应变状态和应力集中系数；建立止裂孔打偏情况下复合修复的有限元模型，研究CFRP加固对止裂孔修复的影响；通过静拉伸强度试验，研究复合修复方法对损伤构件的修复效果，并与仿真结果进行对比，验证了CFRP与止裂孔复合修复这一技术的可行性。结果表明，复合修复方法相比于止裂孔及CFRP修复效果，不仅可以消除裂纹尖端的奇异性，减小名义应力，提高试件的承载能力，还可以弥补钻止裂孔修复焊缝裂纹的不足，为工程维修提供了参考。     

在役桥(门)式起重机箱形梁结构的疲劳安全评定

针对桥(门)式起重机箱形梁结构的疲劳评定问题,以断裂力学理论为基础,结合起重机结构的实测裂纹和随机载荷的统计情况,探索出一套适用于起重机箱形梁结构疲劳评定的流程和方法。以36t集装箱门式起重机为例,通过对箱形主梁裂纹的简化分析和随机载荷的等效处理,采用一阶段和两阶段的裂纹扩展规律,计算出起重机箱形梁在随机载荷作用下的临界裂纹尺寸和裂纹扩展寿命,并对不同位置、不同扩展准则条件下疲劳裂纹扩展结果进行了对比分析。评定流程和方法简单且易操作,计算结果具有较高可信度,对桥(门)式起重机疲劳评定检测和减少疲劳断裂事故发生具有重要的工程实用价值。     

疲劳裂纹扩展的影响因素分析

从材料抵抗裂纹扩展的能力和对试件或结构施加的载荷两方面对影响疲劳裂纹扩展速率因素进行分析。分析结果表明 ,从文中理论出发对影响疲劳裂纹扩展速率因素进行定量分析 ,并对众多的实验现象例如裂纹扩展速率随加载频率变化等作出合理解释。文中还对疲劳裂纹扩展速率的实验研究及工程应用提出见解 ,例如通过有限的疲劳裂纹扩展速率数据取得Kc、Kth值以及通过惯性效应的比较 ,在偏于安全条件下把试验室数据应用于工程结构疲劳寿命的预测     

CFRP修复裂纹钢板的疲劳试验及参数研究

薄壁钢板结构运行一段时间后,其母材或焊缝附近容易产生疲劳裂纹,而传统修复方法无法适用于薄壁钢板疲劳裂纹的修复。由于CFRP加固方法对钢板不会产生附加应力,可应用于薄壁钢板疲劳裂纹的修复。论文研究在裂纹尖端钻止裂孔再粘贴CFRP方法对裂纹钢板剩余疲劳寿命的影响,首先通过五组对比疲劳试验,分析"止裂孔联合CFRP加固"方法与其他修复方法对裂纹疲劳寿命的增强效果;然后基于粘聚力理论建立CFRP加固钢板的有限元模型,对CFRP加固后的止裂孔直径、CFRP刚度、CFRP尺寸等参数进行研究。研究结果表明:采用"止裂孔联合CFRP加固"方法,裂纹钢板的剩余疲劳寿命比仅钻止裂孔和仅粘贴CFRP都提高了数十倍,甚至超过无裂纹钢板的疲劳寿命,该方法尤其适于薄壁钢板的短裂纹修复。     

桥式起重机主梁疲劳失效概率的预估

桥式起重机焊接箱形主梁的主要破坏方式是疲劳裂纹不断扩展，最后丧失承载能力。本文用近代断裂力学理论描述疲劳裂的扩展过程，提出了疲劳裂纹扩展速率的计算式，并根据国内外参考文献推荐采用的数据，对试验梁的疲劳失效概率进行预估，表明所推荐的计算方法有参考价值。     

高产气井油管用13Cr-L80钢的腐蚀疲劳裂纹扩展行为

用复合磷酸盐完井液对取自13Cr-L80钢油管的紧凑拉伸试样进行预腐蚀处理,再进行疲劳裂纹扩展试验,通过分析疲劳裂纹扩展区形貌,研究了应力比(0.05～0.25)、加载载荷(10～14 kN)和载荷频率(0.6～1.8 Hz)对腐蚀疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明：随应力比增大,疲劳裂纹扩展区二次裂纹数量增多,13Cr-L80钢的裂纹扩展速率增大;随加载载荷增大,疲劳裂纹扩展区二次裂纹数量减少,裂纹扩展速率减小;载荷频率越高,疲劳裂纹扩展区二次裂纹数量越少,但裂纹尖端应变速率增大,裂尖变形更充分,导致裂纹扩展加快,试验中止时的循环次数减少。     

疲劳载荷作用下裂纹扩展速率的研究

主要研究含裂纹构件在具有不同应力比与不同加载频率的疲劳载荷作用下裂纹扩展速率公式新的表现形式。运用新裂纹扩展速率公式,定量地计算出具有不同应力比与不同加载频率的疲劳载荷作用下线弹性裂纹的扩展速率。综合考虑了疲劳作用应力,裂纹尖端应力强度因子的变化幅值,总结出新裂纹扩展速率公式的适用范围,检验了新裂纹扩展速率公式的准确性和实用性。     

铸造E级钢CT试样疲劳裂纹扩展试验与仿真分析

为准确获取铸造E级钢材料的断裂力学参数,并研究该材料的裂纹扩展规律和影响因素,开展了铸造E级钢CT试样的疲劳裂纹扩展试验,并将材料的裂纹扩展速率采用Paris公式进行表征;以CT试样裂纹扩展计算模型为例,采用M积分数值方法计算了5组试样疲劳裂纹扩展长度与载荷循环周期结果,仿真与试验相对误差在10％以内,具有较好的一致性...     

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.     

某高压涡轮盘裂纹扩展特性研究

通过三维裂纹扩展有限元仿真分析与低循环疲劳裂纹扩展试验相结合,研究了某高压涡轮盘损伤容限特征。基于有限元仿真分析获得的螺栓孔部位的应力和变形,开展了三维裂纹扩展寿命仿真计算,得到裂纹扩展速率的计算值。在轮盘低循环疲劳试验中,通过螺栓孔内壁面处定期荧光渗透检测和裂纹长度检测,记录了裂纹发展情况;在轮盘破裂后,通过疲劳断口扫描电镜观察,获得了裂纹扩展特征。结果表明,仿真计算与试验断口分析得到的裂纹前沿扩展历程、裂纹扩展寿命之间均存在较好的一致性。     

残余热应力对复合材料双面胶接含裂纹铝合金板修复结构疲劳寿命的影响

为研究残余热应力对复合材料双面胶接修复损伤金属结构疲劳寿命的影响,利用T300/E51复合材料补片对含中心裂纹的LY12CZ铝合金板进行双面胶接修复,研究了修复结构的疲劳寿命,并通过断口分析反推出了疲劳裂纹的扩展情况;利用Abaqus软件建立了考虑残余热应力的修复结构的三维有限元模型,分别计算了应力强度因子随裂纹长度的变化关系,并利用二次多项式拟合得到了应力强度因子幅值与裂纹长度的关系式;最后,利用Pairs公式材料常数修正法,对修复结构的疲劳寿命进行了预测。结果表明:在相同的疲劳载荷条件下,裂纹板修复结构的疲劳寿命约为未修复裂纹板的23倍;残余热应力会增加裂纹尖端的应力强度因子;有限元模拟的裂纹板修复结构的疲劳寿命与试验结果吻合较好,相对误差为3.7%。     

低周循环载荷下裂纹扩展速率的计算方法

介绍了用能量分析推导疲劳裂纹扩展速率的理论方法。并给出了试验验证的结果。对低会金钢低周循环载荷下裂纹扩展速率计算方法的应用进行了检讨。     

裂纹圆棒法测PE100管材热熔对接接头的抗慢速裂纹扩展性能

采用裂纹圆棒(CRB)试验法对PE100管材热熔对接接头进行了不同载荷比的疲劳裂纹扩展(FCG)试验,研究了此对接接头的疲劳裂纹扩展机制,并通过外推法得到静载荷下的抗慢速裂纹扩展(SCG)性能。结果表明:当载荷比R相同时,随着最大初始应力强度因子K_(max)的增大,PE100管材热熔对接接头的疲劳裂纹扩展速率增大,疲劳寿命缩短;当K_(max)相同时,随着R的增大,疲劳裂纹扩展速率减小,疲劳寿命增大;裂纹逐步扩展区银纹纤维拉伸长度的减小与裂纹稳定扩展区次生裂纹与主裂纹叠加均加快了热熔接头的裂纹扩展速率;利用外推法得到静载下使用寿命为50a时所允许的最大初始应力强度因子为0.555 MPa·m~(1/2)。     

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。     

起重机金属结构裂纹复合修复方法探讨

本文针对起重机金属结构在长期疲劳交变荷载作用下易产生疲劳裂纹的问题为主要研究对象,采取碳纤维复合材料加固止裂孔的方式来复合修复裂纹。构建不同荷载下的止裂孔、CFRP和负荷修复的有限元模型,分析计算应力应变状态以及系数,制定止裂孔打偏情况下的复合修复有限元模型,研究CFRP加固对于止裂孔修复产生的影响。通过开展静拉伸强度试验,研究复合修复方法对损伤构件的修复效果,并且和仿真结果相互比较,验证了CFRP和止裂孔复合修复这一技术的可行性。经过相关结果表明,复合修复方式和止裂孔以及CFRP修复效果相比较来看,不但能够提升试件的承载性能,还能够弥补钻止裂孔修复焊缝裂纹的不足。     

含裂纹板的振动疲劳裂纹扩展耦合分析

为提高含裂纹板的振动疲劳分析精度,提出一种振动疲劳裂纹扩展耦合分析方法。首先,利用附加载荷等效代替裂纹作用,由力学平衡原理推导含裂纹板的振动方程,基于Rice与Levy应力关系式形成方程的裂纹项;然后,运用Paris方程模拟裂纹扩展,通过振动分析与裂纹扩展计算同步进行的方式考虑振动与裂纹扩展的耦合作用,讨论振动对含裂纹板裂纹扩展的影响。分析表明,结构固有频率与裂纹大小和板厚密切相关;阻尼大小和激振力变化对裂纹扩展速率的影响显著。     

铸造起重机金属结构疲劳裂纹扩展分析

针对铸造起重机服役过程中金属结构安全性问题,提出从疲劳破坏的角度分析其裂纹扩展情况。以铸造起重机金属结构为研究对象,调研分析铸造起重机的工艺流程,结合金属结构理论和雨流计数法,得到一年内主梁危险点的两参数二维应力谱,根据线弹性断裂力学,应用Paris公式对裂纹扩展情况进行预测,根据疲劳裂纹扩展尺寸进行预测相对应的疲劳剩余寿命。以此为基础,通过Msc.Fatigue仿真软件模拟裂纹扩展增长趋势,从而预测焊接箱形梁结构的疲劳剩余寿命。以100/40t-28.5m四梁偏轨铸造起重机焊接箱形梁结构为例,其理论计算结果与仿真结果的相对误差为1.44%。结果表明:通过理论与仿真相结合的方式可较为准确的分析疲劳裂纹扩展情形,确保了疲劳剩余寿命计算结果的精确性。     

水泵轴用钢疲劳裂纹扩展特性研究

介绍了柔度法疲劳裂纹扩展自动测量系统的研制和结果。该系统适用于频率不高于２５０Ｈｚ的疲劳试验,可以实时地将采集到的载荷位移数据用柔度法转换为裂纹长度,并计算出相应的应力强度因子范围和裂纹扩展速率。利用该系统对水泵轴用钢的疲劳裂纹扩展特性进行了较详细的研究,给出了４２ＣｒＶ和ＩＲ３Ｍｏ的疲劳裂纹扩展速率和门槛值。     

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。