考虑形状比的焊趾裂纹扩展行为的数值仿真分析

针对焊趾处初始裂纹的不同形状比,基于NASGRO裂纹扩展速率模型对裂纹扩展过程进行了数值仿真. 以具有不同形状比的半椭圆表征焊趾表面裂纹,考虑短裂纹扩展阶段,采用M积分计算整个裂纹前沿的应力强度因子,并将裂纹前沿应力强度因子中值点作为裂纹扩展的主要控制参量,模拟并分析了不同形状比条件下裂纹前沿的形状演变和应力强度因子的分布及变化特点. 结果表明,随着裂纹的扩展,短裂纹阶段的不同形状比变化将趋于一致;短裂纹的形状比对早期裂纹扩展有较大影响,并最终导致整体疲劳寿命的显著差异性;综合初始形状比对裂纹前沿应力强度因子、扩展形状以及疲劳寿命的影响,可将其作用效果的强弱拐点作为界定短裂纹与长裂纹的有效参考. 开展了十字焊接接头疲劳验证试验,试验结果与仿真结果具有较好的一致性.     

应力腐蚀机理和基于FEM的应力腐蚀裂纹扩展模拟技术的研究进展

本研究总结了应力腐蚀研究的5个经典理论:活性通路理论、钝化膜破坏理论、氢脆理论、腐蚀产物楔入模型和环境破裂三阶段理论。详细介绍了最为广泛接受的钝化膜破坏理论,在此基础上,从单一参数计算和应力腐蚀裂纹扩展模拟两个方面着重介绍了基于有限元方法对应力腐蚀裂纹扩展的研究方法和技术,单一参数计算可以满足获取应力腐蚀裂纹扩展预测模型关键参数,但是将裂纹尖端认为是一个点的假设存在不合理,应力腐蚀裂纹扩展模拟可以将载荷和环境因素综合考虑在内,但还仍然不能仿真出裂纹微观扩展现象。研究结合实践总结提出了应力腐蚀裂纹扩展模拟的工程技术方法,讨论了有限元技术在应力腐蚀研究方面不能实现微观物理过程、时间相关性等存在的问题,指出了基于应力腐蚀时间相关性的应力腐蚀裂纹扩展模拟研究是应力腐蚀破坏预防及预测研究工作的重点。     

腐蚀坑导致高压开关导电管结构失效的过程分析

某高压开关设备在电站运行中导电管发生断裂,通过腐蚀坑引起的结构失效的过程分析,结合宏观检验、扫描电镜与能谱分析等方法,结果表明:导电管的失效过程为腐蚀坑形成、腐蚀坑扩展、裂纹形核、裂纹扩展、最终断裂。裂纹扩展造成晶间腐蚀,在晶间腐蚀和内应力的协同作用下导致剥落腐蚀。     

2024高强铝合金腐蚀小裂纹行为研究

本文研究了2024-T62高强铝合金在带有腐蚀预损伤的基础上的腐蚀小裂纹行为。小裂纹试验采用单边缺口拉伸试样（SENT）,在试样半圆形缺口根部预制直径大小为100～300μm的单腐蚀坑,然后在3．5％NaCl溶液中进行疲劳小裂纹试验。采用QUESTAR长焦距显微镜与摄像机相结合的QUESTAR—CCD监测腐蚀小裂纹的萌生及扩展情况。试验结果表明,小裂纹绝大多数萌生在缺口根部腐蚀坑位置,并呈半椭圆形的表面裂纹;该材料在R=0.06恒幅载荷下,小裂纹效应不明显;对应可观测到的最小裂纹长度为6～60μm,裂纹起始寿命约占疲劳寿命的15％～25％。     

不同应力比和腐蚀环境条件下X80钢疲劳裂纹扩展速率研究

在空气和不同浓度H₂S环境中对X80管线钢进行了应力比为0.1和0.3的低频腐蚀疲劳试验,以获得疲劳裂纹扩展速率da/dN与应力强度因子幅值ΔK之间的Paris表达式,研究X80钢在不同条件下的疲劳裂纹扩展速率。结果表明：腐蚀环境能加速X80钢的裂纹扩展,当H₂S浓度为100 mg/L时,含H₂S环境中裂纹扩展速率是空气中的2.9倍;随着H₂S浓度的增大,裂纹扩展速率呈指数增大;随着应力比的增大,平均应力增大,裂纹闭合效应减小,裂纹尖端完全张开,材料与腐蚀介质接触面积增大,导致裂纹扩展速率增大。     

镍基合金应力腐蚀裂尖氧化膜力学特性分析

裂纹尖端氧化膜形成与破裂是核电站压力容器高温水环境中镍基合金材料应力腐蚀开裂(SCC)的主要过程之一。由于应力腐蚀裂纹尖端形貌和扩展方式的特殊性,本研究利用ABAQUS有限元软件的子模型技术,在微观尺度下对由裂尖氧化膜和基体金属共同构成的应力腐蚀裂尖应力应变场进行了分析。结果表明,SCC裂尖氧化膜前端沟形裂纹的存在,会造成氧化膜中应力和应变的很大变化,且随着沟形裂纹的长度增加,这种变化越加明显;另一方面,与氧化膜中应力相比,塑性应变对裂尖形貌变化更加敏感,从一个侧面说明,裂尖塑性应变是研究SCC裂尖氧化膜形成与破裂比较理想的力学参量。     

A7N01S-T5铝合金焊接热影响区腐蚀疲劳裂纹萌生行为研究

以高速列车常用的A7N01S-T5铝合金型材焊接热影响区为研究对象,分析析出相的SEM组织及化学成分,采用超景深显微镜观察不同时间节点腐蚀疲劳裂纹萌生过程,并统计分析点蚀坑的面积及最大径长。结果表明,热影响区的腐蚀面积率、腐蚀速率、蚀坑最大径长均随着试验时间的增加而增加,腐蚀坑主要沿着挤压方向分布的大颗粒、富含Fe的二相粒子周围萌生,在交变应力的促进作用下,热影响区腐蚀疲劳裂纹在腐蚀坑最大径向方向沿着挤压方向萌生、扩展。     

腐蚀疲劳裂纹扩展的机理

针对高强度低合金钢、钛合金和镁合金进行了腐蚀疲劳裂纹的扩展FCG、外加电压对于腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响以及断裂表面的研究。在外加电压对于腐蚀疲劳裂纹扩展速率影响的研究过程中,在一段时间内发生极化,可以根据此期间内的开路电压记录裂纹扩展速率,并测量极化情况下的裂纹增长速率。由于裂纹扩展测量技术的进步,测量的时间很少超过300s,这使观测非独立模式阴极极化对于腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响成为可能。当最大应力强度（Kmax）超过给定材料--溶液组合的特定临界特征值时,阴极极化会加速裂纹的扩展。当Kmax低于临界值,而所有其他条件（试件、溶液、pH值、载荷频率、应力比率、温度等）不变时,同样的阴极极化会妨碍裂纹扩展,或者对于裂纹扩展无影响。断口显微分析结果显示,阴极极化下加速裂纹的扩展是由于氢致腐蚀(HIC)。因此,根据氢致腐蚀机理以及KHIC和△ KHIC的显示,Kmax的临界值,以及应力范围（△ K）是由相应的腐蚀疲劳裂纹扩展的症状所确定的。当Kmax > KHIC（△ K > △ KHIC）时,腐蚀疲劳裂纹扩展的主要机理是HIC。对于大多数的材料--溶液组合的研究表明,当Kmax < KHIC（△ K < KHIC）时,应力协助扩散在腐蚀疲劳裂纹扩展中起决定性作用。     

基于量化预腐蚀损伤分析的航空铝合金疲劳寿命预测（英文）

针对航空铝合金(Al-Cu-Mg),提出了一种量化预腐蚀损伤的新方法,该方法将腐蚀坑当量成半椭圆表面裂纹。通过预腐蚀试验、裂纹扩展试验和S-N疲劳试验构建了用于描述疲劳裂纹扩展(FCP)完整阶段的分析模型,并讨论了模型参数与这些疲劳试验数据的关系。基于MATLAB/GUI软件,采用数值积分方法,将当量裂纹尺寸和FCP模型用于计算疲劳寿命。结果表明:FCP模型拟合的S形曲线可以表示裂纹扩展第一阶段至第三阶段的整体变化。此外,预测曲线显示出疲劳寿命的实际变化趋势,并从中获得了疲劳极限的保守结果。因此,对于预腐蚀Al-Cu-Mg合金,尤其是光滑试样,这种新的分析方法可以估算材料的剩余寿命。     

23CrNi3Mo钢钎尾断裂失效分析

利用化学分析、金相显微镜、SEM和TEM等手段,从化学成分、组织结构、显微硬度、裂纹形态和断口形貌等方面对失效钎尾进行了分析,对钎尾失效过程中裂纹的萌生与扩展机理以及疲劳失效行为进行了研究。结果表明,钎尾渗碳后外表面碳含量为0.65%,组织为高硬度的孪晶马氏体;心部碳含量为0.23%,组织为韧性较好的下贝氏体。钎尾内外表面均存在应力腐蚀裂纹,裂纹萌生于腐蚀坑底部,扩展方式为穿晶型,腐蚀介质的存在是裂纹萌生与扩展的主要原因,而应力状态、显微组织和夹杂物等对裂纹扩展的影响作用较小。裂纹扩展到一定长度后,在钎尾中心水孔处发生开裂,进而由内向外扩展,最终导致钎尾的断裂失效。     

循环载荷下裂尖形变规律的实验研究

应用散斑干涉技术，在常幅载荷下对疲劳裂纹扩展过程中的一个循环周期内，不同加载阶段的裂尖应变、裂纹张开位移进行了原位测量，给出了裂纹闭合对裂纹张开位移及裂尖形变的影响规律。结果表明：由于裂纹闭合和残余压应力的存在，疲劳裂尖应变与外加载荷的平方并不成正比，在加载初期，裂纹处于闭合状态，裂尖应变无明显变化，随着载荷的增加，裂纹逐渐由远离裂尖处张开并向裂尖发展，一旦裂纹完全张开，裂尖应变迅速增加，对裂尖应力-应变状态的分析表明，裂尖材料的应力-应变关系类似于光滑试样低周拉压疲劳应力-应变滞后关系。     

SHORT FATIGUE CRACK PARAMETER BASED ON THE TOTAL CRACK AREA

1. Introduction The initiation and propagation behavior of short cracks occupies a significant fraction of the fatigue life of unflawed material[13]. For this reason an understanding of the basic characteristics of short cracks in a smooth specimen is very important. There have been some studies concerned with the multiplication of cracks during fatigue in carbon steels[3~1 and a stainless steel1~J. In particular Goto reported that there is a continuous formation of microcracks during the en…     

8090Al—Li合金疲劳短裂纹门槛值的研究

本文研究了8090Al-Li合金穿透疲劳短裂纹的门槛值,测定了不同长度短裂纹的门槛值和裂纹闭合效应,探讨了该合金疲劳短裂纹门槛值、裂纹尾迹和裂尖屏蔽之间的关系,给出了该合金穿透疲劳短裂纹的上界值和理论最低门槛值。     

电磁热效应对T7钢的裂纹止裂

利用电磁热效应原理,在自制的ＺＬ０－１型超强度脉冲电流以发生装置上,对Ｔ７钢的纹止裂效果进行了初步研究。表明：对试件实施放电瞬间,在裂纹尖端处形成焊口使裂纹尖端的同蓄半径增大,达到抑制裂纹扩展的目的。同时：对裂纹尖端热影响区的组织进行了分析,并讨论了因快速加热和冷却作用所获得细小淬火马氏体组织及热压应力和相变压应力对止效果的影响。     

寻找疲劳裂纹源头的分析步骤

在探出工件裂纹后，必须根据现场情况及一些裂纹图片、结合疲劳分析的常识，在不拆卸（解剖）或少拆卸（解剖）的情况下，尽快找出裂纹源头，清除隐患。通过三个途径：①从断口或有开口裂纹的位置找。②从结构图上找。③参考机械设计人员及使用者的意见找出了裂纹源头并给出了一些照片，避免了事故的恶化和发生。     

汽车拨叉淬火裂纹分析

对45钢制汽车拨叉在淬火过程中出现的裂纹，运用断口分析法和裂纹分析法找出了裂纹形成的原因，通过改进淬火工艺解决了拨叉的淬火开裂问题。     

残余压应力场中裂纹扩展的闭合模型

分析了残余压应力对裂纹闭合的影响机理,在此基础上建立残余应力场中裂纹扩展闭合力的预测模型,讨论了裂纹闭合的尺寸效应,将模型延伸至短裂纹和表面裂纹的范围．对形变强化组织影响闭合进行了讨论     

Fatigue crack retardation by silicon carbide powder paste infiltration under different cyclic stress conditions*

Fatigue crack retardation with infiltrated SiC paste into a crack is examined in low carbon structural steel. Two different sizes of SiC powders, whose average diameters are 15 and 53 μm, are used. The SiC powder mixed with oil is infiltrated into a through thickness fatigue crack from the crack mouth. Fatigue crack growth retardation is examined by the ΔK increasing test of R = 0.1, comparing with the base plate property, where ΔK is stress intensity factor range and R is stress ratio. Crack growth is retarded just after infiltrating SiC paste into the crack mouth, and the deceleration of crack growth rate to 1/50 of the base plate appears in the maximum. It is revealed that this crack retardation behaviour results from the crack closure induced by the wedge effect of the SiC particle into a crack. The crack retardation effect is investigated with several combinations of SiC particle size and cyclic stress conditions. The crack growth rate, da/dn and stress intensity factor, K_cl for the crack closure depend on both the maximum stress intensity factor, K_max, and the stress ratio, R. While the better retardation effect can appear in the higher K_max and the higher R ratio, it disappears in the R ratio over 0.7. The SiC paste with 15 μm powder brings the crack retardation effect in the wider cyclic stress condition more stable than in the SiC paste with 53 μm powder.     

BEHAVIOR OF SHORT FATIGUE CRACKS AT BLUNT NOTCHESIN A MEDIUM CARBON STEEL

1.IntroductionTheinitiati0nandpropagation0ffatiguec=acksatn0tchesareofgreatpracticalim-portancesincethemaj0rity0ffatiguefailuresinengineeringc0mponentsandstructuresoccurduetol0calstressconcentrationsatnotches.Thefatiguelifeisusuallyseparatedintotwoparts:0neportion0flifespentincrackinitiationandtheotherp0rti0nspentinpropagati0n.However,t0talfatiguelifecannotbeevaluatedbecausetherearepresentlyn0proceduresf0revaluatingthecrackinitiati0nlength.Crackinitiati0nisusuallydefinedasthepr0cessesofl0calpl…     

SiC颗粒对SiC_p/2009Al复合材料疲劳短裂纹扩展的影响

采用粉末冶金法制备15%(体积分数)SiC_p/2009Al复合材料,研究该材料的微观组织、力学性能、高周疲劳性能以及疲劳断口形貌.结果表明:在SiC_p/2009Al复合材料的疲劳短裂纹扩展阶段,SiC颗粒及其表面包覆的2009Al薄层在裂纹扩展面上形成"丘陵"状形貌,使疲劳断口的粗糙度增大,裂纹的闭合效应也随之增大:同时"丘陵"状形貌可以引发疲劳裂纹扩展路径偏析,使裂纹扩展的有效驱动力减小并使裂纹扩展路径增加;上述裂纹迟滞效应使SiC_p/2009Al复合材料在短裂纹扩展阶段具有较高的疲劳裂纹扩展抗力.