冲蚀疲劳试样冲蚀凹坑应力集中的有限元分析

材料表面存在缺陷时会产生应力集中现象,从而对部件使用寿命产生影响。利用ABAQUS软件对离心压缩机叶轮材料FV520B-I的冲蚀疲劳试样进行模拟分析,计算试样存在表面冲蚀凹坑,内部球形气孔和表面冲蚀凹坑同时存在两种情况下的应力集中。结果表明,表面冲蚀凹坑越深,应力集中越大,应力集中出现在凹坑最底部,应力集中系数与凹坑深度近似成线性关系,并获得了应力集中系数的函数关系式。表面冲蚀凹坑和内部球形气孔同时存在时,内部球形气孔对应力集中的影响更大。     

层合效应与疲劳寿命

通过对T300／QY8911碳纤维／双马复合材料三类多向层压板共5种铺层方式板条的试验研究和理论分析,揭示出不同铺设相邻单向层之间良好的粘合是确保多向层板具有高抗疲劳特性的基础,但自由边区域高的层间应力将引起分层发生与扩展,它将严重降低层板的疲劳寿命。当主要受力方向确定时,层间应力的大小与铺设顺序有密切关系,合理设计铺设顺序是降低层间应力十分有效的措施。     

共面裂纹疲劳扩展干涉的数值模拟

在工程结构的疲劳断裂中常常存在共同多裂纹相互干涉的现象，它们之间的相互作用将直接影响到结构的疲劳寿命，运用数值模拟法对承受拉伸疲劳载荷的有限平板上三个初始半圆形共同表面裂纹在疲劳扩展过程中的相互干涉和合并过程作了较为系统的研究，得到了共面裂纹在形状变化及应力强度因子方面的相互干涉效应。数值模拟法相对于重绘法和瞬间合并法能较精确地预测结构的疲劳寿命，从而可有效地预防结构的失效。     

混凝土梁腐蚀疲劳刚度衰减规律

为研究腐蚀环境下钢筋混凝土梁的刚度衰减规律,对空气环境、淡水环境、盐水环境中的试验梁在循环荷载作用下的混凝土模量和试验梁的刚度进行了分析.根据钢筋混凝土梁在腐蚀疲劳下钢筋与混凝土的应变、残余应变、挠度等试验结果,得到了受弯构件正截面混凝土腐蚀疲劳模量降低率和构件腐蚀疲劳刚度的衰减规律.结果表明,虽然试验过程中混凝土并没有遭受明显腐蚀,但其疲劳模量却有所降低,降低的速率依试验环境的不同而不同.主要是钢筋腐蚀疲劳发展,截面协同工作的结果.试验梁的腐蚀疲劳刚度降低速率亦较快,在不同的腐蚀环境中疲劳刚度降低的速率也不同,以盐水环境中刚度衰减的最快.主要原因是构件中钢筋腐蚀疲劳裂纹的不断扩展导致构件刚度的降低.     

液氯钢瓶凹坑应力研究

通过液氯钢瓶凹坑应力测试,给出不同参数的凹坑应力分布,为液氯钢瓶判废标准提供依据.     

疲劳荷载与硫酸盐腐蚀耦合作用下水泥混凝土应力分析

目前对混凝土腐蚀疲劳问题主要集中在试验研究,难以揭示其变形和破坏的物理机制。针对这一问题,根据扩散理论及损伤力学理论建立了疲劳荷载与硫酸盐腐蚀耦合作用下水泥混凝土应力的数值求解方法。主要推导出受疲劳荷载作用的混凝土扩散系数公式,建立了硫酸盐腐蚀与疲劳荷载耦合关系,分析不同外界环境条件对疲劳荷载与硫酸盐耦合作用下水泥混凝土内部应力的影响,为疲劳荷载与硫酸盐腐蚀耦合作用下水泥混凝土构件损伤演化与寿命预测奠定基础。     

硫化氢腐蚀疲劳环境中高压气瓶临界裂纹尺寸计算

针对当前高压天然气瓶缺乏“检验与评价标准”的现状,按照断裂力学与概率统计理论,从H2S应力腐蚀角度出发,在符合实际工况的中等质量分数的H2S溶液、6．7μHz超低周频率下进行了系列试验,得到了腐蚀疲劳裂纹扩展速率dα／dN-△K的数学表达式．用逆推方法,在综合考虑H2S应力腐蚀下的极限裂纹尺寸、腐蚀疲劳环境中的裂纹扩展量、实验数据的随机性与可靠度、不同检验周期实用性的基础上,定量给出了多种检验周期下气瓶初始最大允许裂纹尺寸,绘制了裂纹评定图,为制定气瓶的检验周期及进行寿命评估提供了实验依据．     

锅炉汽包疲劳寿命的估算

大容量火电机组参加调峰运行势在必行,经常启停和变负荷运行使设备疲劳寿命损耗增加。从安全角度考虑,必须了解设备的低周疲劳损耗情况。通过采用简化计算方法估算汽包低周疲劳寿命,从而对大型机组调峰运行情况作初步预测。     

索承式桥梁吊索钢丝腐蚀疲劳寿命评估

根据吊索镀锌钢丝腐蚀疲劳破坏特点,把镀锌钢丝腐蚀疲劳纹形成和扩展过程分解成镀锌层腐蚀失效、蚀坑萌生、蚀坑形成、短裂纹扩展、长裂纹扩展和断裂破坏等阶段,建立各阶段时间表达式,得到镀锌钢丝疲劳寿命表达式,提出基于断裂力学的吊索钢丝腐蚀疲劳寿命评估研究结果方法。通过算例分析复杂运营条件下腐蚀环境和应力幅等因素对吊索钢丝腐蚀疲劳寿命的影响,研究结果表明：吊索钢丝腐蚀疲劳寿命主要由钢丝镀锌层腐蚀、蚀坑发展和短裂纹扩展等3个阶段组成,为了准确地评估吊索腐蚀疲劳寿命,需要掌握大桥的运营环境和交通荷载。     

含有凹坑缺陷的发酵罐安全评定及静力分析

为了保证发酵罐的安全运行,根据GB/T19624-2004《在用缺陷压力容器安全评定》对含有轴向排列凹坑缺陷的发酵罐进行安全性评定,同时利用ANSYS对发酵罐含有不同数量及间距的凹坑进行静力分析。结果表明：轴向排列的多凹坑在缺陷深度与壁厚比值为2/3即凹坑缺陷深度为4mm时,虽然存在不同数量及间距的凹坑缺陷,但设计压力始终小于最高容许工作压力,即罐体处于安全的状态;此外,最大应力值和应力集中系数与数量和相邻凹坑间距之间有一定的规律,最大应力值和应力集中系数与凹坑缺陷的数量成正比,而与相邻的凹坑间距成反比,特别是在间距L/X≤3时其变化幅度较大,而在L/X>3后趋于恒定。     

铝合金中的腐蚀疲劳裂纹扩展

提出一个新的腐蚀疲劳裂纹扩展公式，并利用铝合金的实验结果对其进行了验证。     

高强螺栓节点腐蚀疲劳可靠度分析

针对高强螺栓裂纹尺寸与临界裂纹尺寸的概率密度函数相交可能发生疲劳破坏的问题,本文对高强螺栓腐蚀疲劳可靠度计算模型进行研究。分析了高强螺栓节点在腐蚀环境下的疲劳可靠度,并采用Gerberich-Chen公式,估算高强螺栓腐蚀裂纹扩展门槛值,同时基于断裂力学理论和结构可靠度理论,导出高强螺栓腐蚀疲劳可靠度计算模型,并以M24高强螺栓节点为例,对高强螺栓节点应力及受力进行计算,计算结果表明,螺栓最大使用应力为572MPa,高强螺栓节点腐蚀疲劳可靠度为0.994 5。该计算模型可以充分利用现有设计资料、数据,较方便地计算高强螺栓腐蚀疲劳可靠度,进而预测高强螺栓的疲劳寿命,为高强螺栓节点腐蚀疲劳计算分析提供了理论参考。     

Effects of Pitting Corrosion on the Fatigue Behavior of Q235 Steel

点蚀坑对Q235钢材疲劳性能影响

研究

徐善华¹,任松波^1,2,王友德¹

(1.西安建筑科技大学 土木工程学院,西安 710055;

2.西南科技大学 土木工程与建筑学院,绵阳 621010,四川)

创新点说明：

本文首先将锈蚀钢材表面点蚀损伤按照损伤特征进行分类,然后,将点蚀坑间交互作用引入交变荷载作用下锈蚀钢材裂纹扩展的研究问题中,增加了锈蚀钢材预测疲劳寿命的准确性。

目的：

研究点蚀坑交互作用对锈蚀钢材疲劳裂纹扩展过程的影响。

方法：

(1) 钢材试件锈蚀过程采用自然环境腐蚀方式,锈蚀龄期分别设置为0.5年、1年、2年以及4年。

(2) 利用PS50三维非接触形貌采集仪对锈蚀钢材表面形貌数据进行扫描采集,并凭借MATLAB软件平台对腐蚀表面点蚀损伤特征参数进行统计分析。

(3) 利用塑性力学理论,建立了相邻点蚀坑交互作用启动临界条件模型。

结果：

(1) 基于相邻点蚀坑的交互作用,量化了不同状态点蚀坑群下的交互因子。

(2) 通过相邻点蚀坑交互因子作用,建立了基于交互作用下锈蚀钢材疲劳裂纹扩展速率计算模型,该模型的计算结果更符合真实实验。

结论：

(1) 钢材在大气环境下,腐蚀初期,点蚀损伤主要以独立点蚀坑状态存在;随着腐蚀时间持续,点蚀坑逐渐连接,交互,甚至重叠。

(2) 随着腐蚀时间持续,钢材试件裂纹扩展曲线的起裂越早。当腐蚀时间超过2年,锈蚀钢材裂纹扩展速率可利用基于交互作用下锈蚀钢材疲劳裂纹扩展速率计算模型进行预测。

关键词：点蚀特征;腐蚀时间;点蚀坑交互;疲劳裂纹扩展速率;预测寿命

     

初始缺陷对轴承钢疲劳性能影响的定量分析

在轴承钢冶炼和生产制造过程中,总是不可避免的带有多种夹杂物和化学成分不均匀区,由于这些微观初始缺陷演化而导致的结构失效等造成了严重的经济损失和安全事故。通过对轴承钢中夹杂物的分析,利用三维有限元方法研究了典型夹杂物的局部微观力学行为,分析了夹杂物的分布状态、位置、大小等因素对局部微观力学行为的影响,给出了相应的函数表达式,并在此基础上定量分析了夹杂物状态对疲劳寿命的影响,为建立微观组织结构与初始疲劳质量的等效关系并最终实现轴承钢疲劳耐久性的定量预测提供了一种思路。     

内衬GFRP防护复合管壁原缺陷坑处应力重分布规律分析

为了深入研究内衬GFRP防护复合管壁在其原管道内腐蚀缺陷坑处的应力重分布状态以及其修复的效果,利用弹塑性力学中的平衡微分方程,建立了管道内腐蚀缺陷处的数学模型,采用有限单元法建立了含单个腐蚀缺陷的管道模型,并通过改变腐蚀缺陷坑的深厚比,将修复前后腐蚀缺陷坑处的应力状态进行对比分析。分析结果表明,腐蚀缺陷坑的深厚比对管道的应力分布有着显著的影响,所以在进行管道安全评估时应注意腐蚀坑深度的影响;在腐蚀缺陷坑深厚比0.1到0.8的分次增加的过程中,管壁腐蚀缺陷处的周向应力,径向应力,Mises应力都有增大的趋势;修复前腐蚀缺陷坑处的周向应力和Mises应力相近,径向应力较前两者小,三者中周向应力最大;在修复前后,管道腐蚀缺陷处的控制应力一般是周向应力,管道的失效可依据周向应力进行判断;修复后的内衬GFRP防护复合管壁,原始腐蚀缺陷坑处发生了应力重分布,其周向应力与Mises应力均有减小,修复效果明显。     

一种计及分层效应的复合材料层合板疲劳寿命计算方法

给出了一种求解多向铺层复合材料层合板自由边层间应力的简化方法，并在此基础上提出了计及分层损伤的多向铺层复合材料层合板疲劳寿命的计算方法；算例与试验结果对比表明，该方法可以提高复合材料层合板疲劳寿命计算值与试验值的吻合程度。     

20Cr2Ni4钢的腐蚀疲劳与环境活化因子

研究发现2OCr2Ni4钢在液体介质中应力比(含应力腐蚀R=1)的增加可导致腐蚀疲劳门槛的降低和裂纹扩展速率的增加;当介质酸性增加时,门槛值有所降低但幅度不大,而平台区裂纹扩展速率则大幅度提高.研究表明,介质对裂纹扩展的促进作用取决于裂纹尖端区的应变和应变速率,并由此提出了活化因子和临界活化因子的概念及相应的计算公式.