一种镍基单晶合金高温低周疲劳寿命预测方法

提出一种考虑平均应力、应变比和晶体取向的镍基单晶合金低周疲劳寿命预测方法。首先建立镍基单晶合金在[001]和[111]晶体取向下的疲劳寿命预测模型,该模型考虑了平均应力和应变比对疲劳寿命的影响。然后,通过引入晶体取向函数建立不同晶体取向与[001]和[111]晶体取向下寿命预测模型中疲劳参数的关系,从而考虑镍基单晶合金晶体取向对疲劳寿命的影响。最后,提出通过[001]和[111]晶体取向下的模型来预测任意晶体取向下疲劳寿命的方法。提出的方法用DD3和PWA1840镍基单晶合金高温低周疲劳寿命试验数据进行验证,结果表明提出的方法是可接受的。     

基于单胞模型镍基单晶高温合金低周疲劳寿命的预测

基于镍基单晶高温合金的微观尺度结构特征,建立了γ/γ′双相单胞有限元模型,并基于能量耗散理论,引入统一表征非对称载荷循环特性和拉/扭多轴效应的k参量,以循环塑性应变能作为损伤参量,建立了镍基单晶高温合金低周疲劳寿命预测模型;分别利用宏观有限元模型和γ/γ′双相单胞微观有限元模型对[001]取向的DD3、PWA1480和CMSX-2镍基单晶高温合金的单轴、多轴低周疲劳试验过程进行数值模拟。结果表明:微观单胞有限元模型反映了试验合金的微观结构特性,其预测精度明显优于宏观有限元模型的;上述3种合金几乎所有的试验数据分别落在1.3,2.0和2.0倍偏差分布带内。     

GH4169镍基高温合金的高温低周疲劳性能

对国产GH4169镍基高温合金进行了总应变控制的高温低周疲劳试验,研究了其疲劳性能,分析了断口形貌。结果表明:试验合金具有较好的高温低周疲劳性能,与进口Inconel 718镍基合金的相近,但在较低的总应变范围下比Inconel 718合金的疲劳寿命要低;该合金在不同总应变范围下都表现出明显的循环软化行为;合金试样的疲劳断口呈多裂纹源性,疲劳源数量随总应变范围的降低和疲劳寿命的延长而减少;疲劳裂纹都萌生于表面,穿晶扩展到一定径向深度时,会出现沿晶扩展特征。     

膨胀节低周疲劳寿命预测

一、概述波纹管是轴对称带波纹的薄壁管状壳体,在轴向力、横向力、弯矩作用下能产生较大的位移,故在管路系统中可用以吸收由于热膨胀或其它原因引起的位移和转角,降低管路中的力和力矩。但波纹管的扰扭性较差,一般不能吸收扭转角位移。在波纹管结构分析时,一般将之当作迴转薄壳或轴对称体处理;在工程计算中一般简化为梁或曲梁。     

DD3镍基单晶合金非对称循环载荷低周疲劳寿命预测

在680℃温度下进行[001]、[011]和[111]三种取向的DD3单晶合金光滑试样非对称循环载荷低周疲劳试验，表明晶体取向对DD3单晶合金的应变疲劳寿命有显著影响，[001]取向寿命最长，[111]取向寿命最短。用晶体取向函数修正总应变范围可以在很大程度上消除晶体取向对疲劳寿命的影响；引入参量k表示载荷循环特性对疲劳寿命的影响，它与循环寿命之间呈幂函数关系。根据影响单晶叶片低周疲劳寿命的主要因素，提出循环塑性应变能的计算方法，构成塑性应变能的主要因素应包括总应变范围、取向函数和载荷循环特性等影响参量，它们与塑性应变能之间呈幂函数关系。用塑性应变能作为损伤参量导出单晶合金低周疲劳寿命预测模型，利用低周疲劳试验数据进行多元线性回归分析，所有试验数据均落在2．6倍偏差的分布带内。     

DD3镍基单晶合金低周疲劳寿命研究

进行DD3单晶合金在680℃温度下[001]、[011]和[111]三种取向的非对称循环载荷低周疲劳试验研究。结果表明：晶体取向对DD3单晶合金的应变疲劳寿命有显著的影响,[001]取向寿命最长,[111]取向寿命最短;用取向函数修正应变幅度可以在很大程度上消除晶体取向对疲劳寿命的影响;通过引入参量是表示非对称循环载荷产生的平均应力对疲劳寿命的影响,它与循环寿命之间呈幂函数关系。对应变幅度、取向函数和参量丘与光滑或缺口疲劳试样的循环寿命进行相关性分析,发现无论是处于单轴应力状态还是复杂应力状态,应用多元线性回归分析方法拟合DD3单晶合金低周疲劳寿命曲线,相关系数最大,效果最好。     

GH4169镍基高温合金的高温低周疲劳损伤机理

对经过固溶+双时效热处理后的GH4169镍基高温合金进行650℃高温低周疲劳试验,研究了不同应力幅(550,600,650 MPa)下的循环响应特性,并观察了疲劳断口和二次裂纹形貌,分析了不同应力幅下的损伤机理。结果表明:不同应力幅下试验合金均表现出循环软化特性,且随着应力幅的增加,循环软化程度增强;当应力幅为550 MPa时,裂纹的扩展模式为穿晶扩展,二次裂纹主要在夹杂物和滑移带处萌生;当应力幅为650MPa时,裂纹的扩展模式为穿晶-沿晶混合扩展,二次裂纹主要萌生于晶界和滑移带处;试验合金的变形机制由低应力幅时的平面滑移向高应力幅的交滑移转变。     

GH4169合金高温多轴低周疲劳寿命预测

基于临界面模型的方法提出一个新的多轴低周疲劳损伤准则.该准则与目前的临界面法不同的是,在预测多轴低周疲劳寿命的模型中,同时考虑临界面上最大剪应变和正应变在不同加载路径下对多轴低周疲劳损伤的贡献.试验结果表明,文中提出的多轴低周疲劳寿命预测模型,对于GH4169合金高温多轴疲劳寿命估算具有较高的准确性.     

应用当量应变法预测多维高温低周疲劳寿命

采用铝合金材料三维缺口试件进行300℃下高温低周疲劳断裂试验，借助ADINA程序计算试件缺口周围的三维应力和应变场，根据von Mises当量理论对疲劳寿命进行预测。预测结果表明，当量应变范围与疲劳断裂寿命的数学关系不受试件缺口型式的影响，说明当量应变范围方法用作评价三维结构高温低周疲劳寿命的力学参量是有效的。     

K403合金高温低周应变疲劳寿命预测方法研究

对材料K403进行700℃应变控制的低周疲劳试验.用Manson-Coffin方程进行数据处理,并对该材料700℃时的低周疲劳寿命进行预测.针对在用Manson-Coffin方程进行数据处理时出现负的塑性应变和寿命预测结果不理想的情况,提出一种基于应力疲劳和Manson-Coffin方程的等温低周应变疲劳寿命预测方法,并用该方法对材料K403在700℃时的低周疲劳数据进行处理,得到寿命预测方程.通过寿命预测发现,该方法得到的寿命预测方程不仅使试验数据得到充分的利用,而且寿命预测能力较Manson-Coffin方程的寿命预测能力有明显提高.     

P92钢的高温低周疲劳行为及寿命预测

采用RPL50型动蠕变试验机对P92钢进行630℃和不同应变幅下的低周疲劳试验,研究了P92钢的高温低周疲劳行为;基于塑性应变能密度与硬度、应力幅和低周疲劳寿命的关系,采用基于能量的硬度法对其低周疲劳寿命进行预测,并与试验结果进行对比。结果表明:P92钢是一种循环软化材料,其初始归一化应力幅随应变幅的增加而增加,且不同应变幅下的归一化应力幅均随循环周次的增加而降低;随着应变幅的增加,弹性应变幅保持稳定,塑性应变幅近似线性增加,软化率也相应增加,并最终稳定在0.3左右;硬度与应变幅满足良好的线性关系;基于能量的硬度法可以较准确地预测P92钢在630℃时的高温低周疲劳寿命,计算得到的预测寿命均位于试验寿命的±1.5倍标准偏差内。     

多轴低周疲劳寿命预测软件

通过Visual Basic6.0各种控件和算法的运用，编制的“多轴低周疲劳寿命预测软件（MLCFP1.0）”，涉及多种疲劳寿命预测方法，特别适用于结构中出现非比较、多轴应力状态的情况，为多轴疲劳下的寿命预测提供了解决的有力工具。本软件还留有新模型的嵌入接口，数据处理过程实现多文件操作。后处理绘图软件LCF FIGURE1.0，能给出标准的疲劳寿命预测图形，其保存文件形式多样。     

不同温度下镍基单晶高温合金的低周疲劳性能

研究了Ni-Cr-Co-Mo-W-Ta-Nb-Re-Al-Hf-C系镍基单晶高温合金在不同温度(800,980℃)下的低周疲劳性能.结果表明:与800℃下相比,980℃下合金的塑性变形量更大,损伤更严重,疲劳强度更低,寿命更短;2种温度下合金的疲劳断裂均为类解理断裂;800℃时,裂纹萌生于疏松组织处,沿{111}平面扩...     

高温低周疲劳寿命评价准则的探讨

通过对4种不同缺口形式的2.5Cr1Mo钢材料圆柱形试件的高温低周疲劳行为的研究，用当量应变范围准则，当量塑性应变能准则和当量总应变能准则评价多维应力状态下的高温低周疲劳寿命。可见：用当量准则评价高温评价高温低周疲劳寿命是有实验和理论依据的，但仍需做进一步分析探讨。     

基于免疫算法的316L不锈钢高温低周疲劳寿命预测

以316L奥氏体不锈钢为研究对象,以带有保持时间修正的Manson-Coffin高温低周疲劳寿命预测模型N_f(△t)=f(ε_(pa),△t)为目标函数,应用免疫算法优化其参数并进行寿命计算;另对316L不锈钢进行了550℃和600℃的高温低周疲劳试验,并将计算值与试验值进行了对比。结果表明:采用免疫算法可较好地对该钢在550℃和600℃的高温低周疲劳寿命进行预测。     

低周疲劳下45钢的寿命预测

选取带有V型缺口45钢试样,通过控制加载过程中的应变幅,研究缺口对试样疲劳寿命的影响.并应用低周疲劳寿命预测理论,提出了修正的Manson寿命预测模型,用来预测带有V型缺口中45钢的低周疲劳寿命.模型的预测结果和试验结果吻合很好.     

某乘用车催化器总成低周疲劳寿命预测

鉴于目前SUS441铁素体不锈钢催化器总成应用低周疲劳寿命预测经验通用公式精度低的不足,对SUS441材料进行高温拉伸试验数据采集,拟合修正了Manson-Coffin公式疲劳寿命预测参数;通过STAR-CCM+软件和ABAQUS软件建立基于体映射法的流-固-热耦合模型,分析了催化器总成在4个工作循环后的热负荷,对SUS441催化器总成进行低周疲劳寿命估计。结果表明,温度场仿真结果与试验数据在误差范围内,模型可信度高;利用修正公式得到应变-低周疲劳寿命曲线,进行寿命预测,通过发动机台架冷热冲击耐久试验证明修正公式比经验通用公式更准确,该结果可为催化器总成设计开发提供指导。     

镍基高温合金的热机械疲劳寿命预测模型研究

针对发动机热端部件常用材料镍基高温合金GH4169进行了200～450℃及400～650℃条件下的同相位热机械疲劳(TMF)试验,考虑TMF条件下多晶材料在弹性阶段产生的微观损伤应变能,提出一种适用于多晶材料的TMF寿命预测模型,并结合试验数据确定模型参数;采用GH4169、IN718、DD8三种高温合金对该模型的TMF寿命预测能力进行评估,结果表明,提出的寿命模型预测精度高于TMF寿命预测常用的Manson-Coffin模型和Ostergren模型。     

低周疲劳失效寿命估算

在理论和实验分析的基础上给出了在应变控制条件下低周疲劳失效寿命估算的一种工程实用方法，该方法可以计算多级载荷谱作用下的疲劳失效寿命，也可以用于估算不同温度和应变速率作用下的疲劳失效率寿命，计算结果与不锈钢的实验数据进行了比较。     

GH4169镍基高温合金的超高周疲劳性能

在室温下使用超声疲劳试验机对GH4169镍基高温合金进行了105~108周次的疲劳试验,获得了S-N曲线并观察了疲劳断口形貌。结果表明:S-N曲线呈逐渐下降的趋势,没有出现疲劳极限,在超过107周次的循环后试样仍发生疲劳破坏;疲劳裂纹的萌生位置并未随S-N曲线的下降呈现出规律性,裂纹主要萌生于试样表面,少量萌生于试样内部;在超声疲劳载荷作用下试样同时存在塑性和脆性两种破坏方式。