A633D斗杆的疲劳裂纹形成寿命

分析了A633D钢焊接接头在循环哉荷下的疲劳特性,进行了疲劳特性和静态拉伸实验,得到了该材料的静力参数,常规机械性能,焊接接头的循环σ-ε曲线以及焊接接头的应变寿命曲线,将局部应力－应变法用于该材料的10m3斗杆的裂纹形成寿命的估算,采用Miner法则结合概率的方法计算了不同可靠度下的疲劳寿命,其间考虑了焊接残余应力的影响,得出了焊接残余应力的存在使斗杆的裂纹形成寿命降低约10％。     

用显微云纹干涉法研究SiC/Ti-15-3界面热残余应力场

SiC/Ti-15-3复合材料基体与增强体之间的热膨胀系数存在显著差异。在复合材料制造过程中经高温冷却后,在基体与增强体的界面会产生热残余应力场。此残余应力场对复合材料的力学性能会产生重要的影响。本文运用纤维推出法推出部分SiC纤维后,采用显微云纹干涉法在细观尺度研究了上述界面处的热残余应力,得到了分辨率较高的云纹图,并由此计算出了孔边处的残余应力。用有限元软件对界面热残余应力进行了数值模拟分析。实验结果表明,显微云纹干涉法可以用来测量直径为0.1 mm左右的纤维界面附近的残余应力场,在此尺度下,使用显微云纹干涉法比用电子束云纹法更方便。     

P91钢中厚壁管焊接残余应力分析

针对管道试件规格不同所要求的焊接工艺不一致问题,讨论P91钢中厚壁管对接接头所要求的双人对称焊形式下的焊接残余应力分布规律．基于ANSYS分析软件,以双移动高斯热源结合单元生死技术,利用顺序耦合方法得到P91钢中厚壁管焊接残余应力．讨论热处理工艺对于P91钢中厚壁管焊接残余应力的影响．结果表明,由于焊接工艺在环向位置上的结构反对称性使得焊接残余应力在环向上呈反对称分布;即便经过较高温度的预热处理,没有焊后热处理时最大等效应力仍超过屈服极限;进行焊后整体热处理的P91钢中厚壁管焊接残余应力得到了有效的改善,平均应力数值下降了60%~70%．     

高速客车转向架残余应力的试验研究

利用磁弹性这种新型的无损检测方法对高速客车转向架焊接构架组焊后的残余应力和构架在疲劳试验过程中的残余应力进行了试验研究,得到了构架残余应力随循环周次的变化规律     

弱正交异性材料残余应力测量的声弹性方法

为了适应工程材料的残余应力无损测量的要求,本文将横波和纵波声弹性相结合,建立适用於弱正交异性材料的平面声弹性残余应力测量方法,并应用该方法及自行研制的横波换能器对焊接试件的二维残余应力进行了测试。     

X射线法测试1500m^3乙烯球罐焊接残余应力的现场应用

本文应用Ｘ射线应力仪对ＣＦ－６２钢制乙烯球罐焊接残余应力进行了现场测量，解决了大型球罐的残余应力现场测试过程中的技术问题，结果表明焊后残余应力水平较高而热处理效果良好     

考虑塑性和刚度不匹配的焊接残余应力估算

现有残余应力计算方法未能考虑材料塑性变形和焊接接头刚度不匹配的影响,使得焊接残余应力计算结果和实际残余应力存在较大偏差.在2219-T87铝合金钨极氩弧焊焊接头残余应力测试基础上,提出一种基于非线性有限元和材料弹性模量分区的残余应力—释放应变曲线的残余应力计算方法,研究了材料塑性变形和接头刚度不匹配对焊接残余应力计算的影响.结果表明,焊接接头中非均质材料塑性不匹配可以引起对于残余应力计算的较大误差;材料塑性变形对残余应力的影响大于接头刚度不匹配对残余应力的影响.所提出方法修正了传统方法在焊接接头的残余应力计算中由于未考虑接头非均质材料塑性不匹配而引起的误差.     

工艺过程对固体氧化物燃料电池材料力学性能的影响

固体氧化物燃料电池在生产过程中采用不同的加工手段,加工过程会产生一定的损伤,同时材料烧结过程产生比较大的残余应力,这些因素都会影响电池的使用寿命和完整性.本文通过实验测试,研究了不同加工过程对材料性能的影响,其中包括直接冲剪,激光切割以及切割后研磨等方法,并测试了这些加工手段对应的试件的强度.结果显示,直接冲剪法造成性能的分散性比较大,激光切割的性能较好,而研磨加工法对材料的性能影响最小;受残余应力或各层有效应力的作用,单层阳极材料的强度要高于双层电池结构材料的强度;利用弯曲法测试了半电池结构中的残余应力和不同薄膜对应的厚度残余应力,测试的结果和热弹性力学计算结果进行了对比.由于在高温时阳极材料有应力松弛现象,计算得出的残余应力高于实验测试结果.     

云纹干涉与钻孔法测量搅动摩擦焊接头的残余应力

搅动摩擦焊是90年代出现的一种新型焊接技术,特别适用于熔化焊接性差的有色金属等材料.搅动摩擦焊接头的残余应力分别具有高应力梯度的特点,传统的应变片钻孔法不能满足测量要求.本文结合云纹干涉法与钻孔法的技术,得到了铝合金薄板搅拌摩擦焊接头残余应力沿深度和沿垂直焊缝方向的分布.     

爆炸法消除焊接残余应力

随着工业的发展,焊接技术在工业生产中的地位显得越来越重要。但是,由于焊接是局部加热,温度梯度很大,使焊件内部产生了很大的焊接残余应力。因为焊接残余应力的存在,致使焊件的静强度、刚度、稳定性及抗疲劳、抗脆性破坏、抗应力腐蚀等性能均低于同类材料的非焊接件。这就造成了它的使用寿命大大降低。在许多结构的破坏事故中,不少是由于焊接残余应力的存在所造成。为此研究消除焊接残余应力,对生产和科学实验都具有很大的意义。     

爆炸法消除焊接接头残余应力的数值模拟

利用非线性动力有限元法对爆炸处理消除焊接接头残余应力的全过程进行了数值模拟。首先，采用温度场与位移场的间接耦合方法计算了钢板对接焊的焊后冷却及残余应力的生成过程，求得焊接接头处由高温冷却到室温由于变形受到阻碍而产生的不均匀的残余塑性变形和应力。然后，在焊缝区引入移动的爆炸载荷，计算了爆炸波作用下该钢板焊接接头附近应力的变化。计算结果表明，爆炸处理可引起板内应力的重新分布，从而有效地释放超过塑性极限的残余应力。利用炸药爆炸消除大型焊接结构残余应力是一种经济有效的方法，本文的数值模拟为研究炸药爆炸消除焊接结构残余应力的机理提供了有力的工具。     

SiC/Al梯度功能材料紧凑拉伸试件裂纹扩展分析

SiC/Al梯度功能材料各梯度层由不同体积浓度的陶瓷和金属组成,由于材料组分梯度变化,克服了双材料界面的应力突变问题,获得了优异的使用性能.本文首先采用激光云纹干涉法,对具有四个梯度层的SiC/Al梯度功能材料紧凑拉伸试件在机械荷载作用下的拉伸实验位移场进行记录,进而获得紧凑拉伸试件裂纹口位移P-V曲线以及材料断裂韧度实验值;然后根据层合梯度功能材料理论分析模型,建立FGM紧凑拉伸试件的渐近分网有限元平面应变模型,采用通用有限元软件的单元删除模块对试件模型进行裂纹扩展单元的应变模拟分析,从计算所得的裂纹尖端应变图像分析得出梯度材料试件的裂纹扩展规律.     

Characterization of crack tip stresses in plane-strain fracture specimens having weld center crack

Fracture toughness of metals depends strongly on the state of stress near the crack tip. The existing standards (like R-6, SINTAP) are being modified to account for the influence of stress triaxiality in the flaw assessment procedures. These modifications are based on the ability of so-called ‘constraint parameters’ to describe near tip stresses. Crack tip stresses in homogeneous fracture specimens are successfully described in terms of two parameters like J–Q or J–T. For fracture specimens having a weld center crack, strength mismatch ratio between base and weld material and weld width are the additional variables, along with the magnitude of applied loading, type of loading, and geometry of specimen that affect the crack tip stresses. In this work, a novel three-parameter scheme was proposed to estimate the crack tip opening stress accounting for the above-mentioned variables. The first and second parameters represent the crack tip opening stress in a homogeneous fracture specimen under small-scale yielding and are well known. The third parameter accounts for the effect of constraint developed due to weld strength mismatch. It comprises of weld strength mismatch ratio (M, i.e. ratio of yield strength of weld material to that of base material), and a plastic interaction factor (I_p) that scales the size of the plastic zone with the width of the weld material. The plastic interaction factor represents the degree of influence of weld strength mismatch on crack tip constraint for a given mismatch ratio. The proposed scheme was validated with detailed FE analysis using the Modified Boundary Layer formulation.     

爆炸处理消除大型柱壳结构环焊缝残余应力实验研究

为探讨大型耐压柱壳结构对接环焊缝焊接残余应力消除方法,根据耐压柱壳结构环焊缝焊接工艺,设计并制作了大型耐压柱壳结构对接环焊缝模拟焊接模型,并采用沿焊缝条状布药,分别进行了单、双面布药爆炸处理消除大型耐压柱壳结构对接环焊缝焊接残余应力模型实验。结果表明:大型耐压柱壳结构对接环焊缝存在较大的焊接残余应力;单、双面爆炸处理均能有效调整、消除焊接残余应力,残余应力分布明显均匀化;焊后残余应力越大,爆炸处理效果越明显,当焊接残余应力大于0.5s时,单面爆炸处理后残余应力m下降幅度在40%以上,双面爆炸处理后残余应力m下降幅度在60%以上;采用沿焊缝条状布药,爆炸处理能有效消除沿焊缝的纵向残余应力;双面爆炸处理效果优于单面爆炸处理效果。     

基于迟滞行为的2D-SiC/SiC复合材料组份力学性能分析

基于剪滞理论, 建立了单向纤维增强陶瓷基复合材料的加卸载理论模型, 分析了基体长碎块和短碎块对材料迟滞力学行为的不同影响. 通过拉伸循环加卸载试验, 获得了2D-SiC/SiC 复合材料的迟滞应力—应变行为.依据材料基体损伤特点, 将试验结果代入长碎块对应理论推导结果, 计算得到了4 个表征材料组份性能的参数:基体开裂应力为90 MPa, 热残余应力为19 MPa, 界面脱粘能为3.1 Jm2, 界面滑移力为74 MPa. 最后结合少量短碎块的存在对试验结果的影响, 定性分析了计算结果的偏差. 结果表明, 获得的材料组分性能参数具有较小的分散性, 并能够准确表征材料整体的力学行为.      

极端环境下连续碳纤维增韧的陶瓷基复合材料的力学行为

连续纤维增韧的碳化硅复合材料(以下简称C/SiC),作为超高速飞行器热结构使用时,有可能在高温环境下受到高速撞击的作用,因此,掌握其在极端环境(高温、高应变率)下的力学性能是进行结构安全设计的基础。本文采用具有高温实验能力的分离式Hopkinson杆,在293~1273K温度范围内进行了动态压缩力学性能测试,研究了环境温度和加载速率对材料力学性能的影响。结果表明:C/SiC复合材料的高温压缩力学性能主要受应力氧化损伤和残余应力的共同影响。实验温度低于873K时,应力氧化损伤的影响很小,而由于增强纤维和基体界面残余应力的释放使界面结合强度增大,复合材料的压缩强度随温度的升高而增大;当实验温度高于873K时,应力氧化损伤加剧,其对压缩强度的削弱超过残余应力释放对强度的贡献,材料的压缩强度随温度的升高逐渐降低。由于应力氧化损伤受应变率的影响很大,当温度由873K升高至1273K时,高应变率下压缩强度降低的程度要比应变率为0.0001/s时低得多。     

Measurement of the Residual Stress Tensor in a Compact Tension Weld Specimen

Neutron diffraction measurements have been performed to determine the full residual stress tensor along the expected crack path in an austenitic stainless steel (Esshete 1250) compact tension weld specimen. A destructive slitting method was then implemented on the same specimen to measure the stress intensity factor profile associated with the residual stress field as a function of crack length. Finally deformations of the cut surfaces were measured to determine a contour map of the residual stresses in the specimen prior to the cut. The distributions of transverse residual stress measured by the three techniques are in close agreement. A peak tensile stress in excess of 600 MPa was found to be associated with an electron beam weld used to attach an extension piece to the test sample, which had been extracted from a pipe manual metal arc butt weld. The neutron diffraction measurements show that exceptionally high residual stress triaxiality is present at crack depths likely to be used for creep crack growth testing and where a peak stress intensity factor of 35 MPa√m was measured (crack depth of 21 mm). The neutron diffraction measurements identified maximum values of shear stress in the order of 50 MPa and showed that the principal stress directions were aligned to within ~20° of the specimen orthogonal axes. Furthermore it was confirmed that measurement of strains by neutron diffraction in just the three specimen orthogonal directions would have been sufficient to provide a reasonably accurate characterisation of the stress state in welded CT specimens.     

平纹编织陶瓷基复合材料面内剪切细观损伤行为研究

采用约西佩斯库(Iosipescu)纯剪切试件,研究了平纹编织SiC/SiC和C/SiC复合材料的面内剪切应力-应变行为和细观损伤特性.通过试验获得了材料不同方向上的单调和迟滞应力-应变行为,对比分析了两种材料的剪切损伤特性,结果表明材料的剪切损伤演化规律受热残余应力水平影响严重.由试件断口电镜扫描结果发现剪切加载状态下桥连纤维承受显著的弯曲载荷和变形,据此提出了纤维弯曲承载机制,并结合裂纹闭合效应分阶段阐释了材料的剪切迟滞环形状.基于材料的剪切细观损伤机制,通过两个损伤变量表征了材料的剪切损伤演化进程,得到了材料的面内剪切细观损伤演化模型.对比发现2D-C/SiC复合材料45°方向基体裂纹的起裂应力明显小于2D-SiC/SiC复合材料,而两者0°/90°方向裂纹的起裂应力基本相同.      

Plastic strip model of cracked weld joint with residual stresses

The effect of residual stresses on the fracture behavior of a cracked weld joint is studied by making use of the continuous dislocation formulation. Considered are the plastic zone length of the strip model zone and the opening displacement of a crack that is normal to both weld line and base metal boundary; they depend on the character of the yield stresses for the base metal (BM), weld material (WM), and heat affected zone (HAZ). The crack driving force is found to increase with the tensile residual stress while crack initiation and growth are suppressed if the residual stress is compressive. Moreover, the plastic zone and crack opening displacement are found to decrease linearly with the HAZ yield strength as the HAZ width is increased for HAZ yield strength greater than that of BM.     

残余应力测定的围箍压痕法模拟

本文从同工量测方法得到启发，提出了一种新型的残余应力测试方法－围箍压痕法。采用轴对称弹塑性有限元计算模拟了围箍压痕法测量结构残余应力的力学过程，得到了围箍压痕时不同残余应力程度下材料的变形，塑性区和接触应力分布。