镍基双晶晶界疲劳屏蔽效应

对晶界平行裂纹和晶界垂直裂纹的双晶体进行三点弯曲疲劳实验,研究了双晶晶界的疲劳裂纹扩展规律,测定了双晶的疲劳扩展速率,揭示了晶界对晶粒疲劳裂纹扩展的屏蔽效应当裂纹距晶界某一特定长度时,裂纹扩展速度最快;而裂纹顶端交于晶界时,裂纹扩展速度最慢.进一步的晶体滑移有限元数值分析揭示了这种屏蔽效应的机理裂纹的扩展速度与裂纹顶端的应力场,而裂纹顶端的应力场又与晶粒和晶界的相对位置有关.     

含多条裂纹梁的模态与振动疲劳寿命分析

基于Paris公式,提出了一种含多条裂纹梁疲劳寿命预估的方法。在模态分析中,基于传递矩阵方法,利用无质量的弯曲弹簧等效裂纹,提出一种求解含有多条裂纹梁固有振型的方法,分析裂纹数目、裂纹位置、裂纹深度对裂纹梁固有频率的影响。在振动疲劳分析中,研究了在简谐激励作用下裂纹数目对裂纹尖端应力强度因子的影响。通过Paris疲劳裂纹扩展方程和同步分析法,考虑裂纹梁振动与裂纹扩展的相互作用,分析了裂纹数目和裂纹位置对裂纹梁疲劳寿命的影响。结果表明,裂纹数量、裂纹位置和深度对梁的模态参数和疲劳寿命有重要影响。     

滚动轴承接触疲劳裂纹建模与扩展规律研究

针对滚动轴承的疲劳剥落损伤演化问题,采用扩展有限元方法研究疲劳裂纹扩展机理,通过算例验证了扩展有限元方法的可靠性。运用断裂力学理论建立了包含次表面初始裂纹的滚动接触疲劳扩展有限元模型,分析了初始裂纹倾斜角度、所处深度和初始裂纹长度对次表面裂纹生长到表面的扩展路径影响机制,通过分析应力强度因子变化研究了裂纹扩展机理。研究结果表明,次表面疲劳裂纹以滑开型裂纹扩展模式为主;初始裂纹角度对疲劳裂纹扩展路径影响较大,初始裂纹角度在15°～45°时裂纹会转向表面发展而形成疲劳剥落;初始裂纹尺寸和深度对裂纹扩展路径形貌的影响较小,但会影响裂纹扩展的难易程度。     

1PE高压聚乙烯吐出配管失效分析

某石化厂高压聚乙烯装置1976年投产使用至今,其吐出配管上出现了裂纹。为找出裂纹产生的原因,对该管产生裂纹的部分进行了失效分析,根据裂纹断口特征确定了裂纹的性质为疲劳裂纹,检验了材料的金相组织、硬度和外壁的腐蚀情况,并通过应力分析找出裂纹扩展的动力,得出了裂纹产生的原因为腐蚀疲劳,并提出了相应的改进措施。     

基于风力机叶片固有频率的裂纹定位方法

针对风力机叶片裂纹定位问题,基于裂纹叶片固有频率差值比参数只与损伤位置相关的关系,提出了固有频率差值比的裂纹位置参数,通过数值仿真计算,建立裂纹位置参数数据库,提出裂纹定位参数及裂纹定位准则,实现了叶片裂纹所属区间定位;同时,研究叶片裂纹定位参数在裂纹区间内的变化规律,建立了裂纹定位参数与区间相对位置间的映射关系,实现了叶片裂纹区间内的精确定位。通过数值仿真分析验证了该方法的有效性,且定位精度较高,为实际的应用提供有力的依据。     

使用疲劳裂纹扩展数据的疲劳裂纹扩展的可靠性分析方法

利用现有的疲劳裂纹扩展数据或疲劳裂纹扩展试验的不完全数据 ,对疲劳裂纹随机扩展的可靠性进行了研究。基于疲劳裂纹扩展的确定性模型 ,导出了疲劳裂纹扩展的随机公式。利用现有的疲劳裂纹扩展数据或疲劳裂纹扩展试验的不完全数据 ,对疲劳裂纹扩展随机公式中的随机变量的分布进行了估计 ,得到了其分布的数字特征 ,用Monte Carlo方法得到了疲劳裂纹扩展寿命的失效概率的点估计。实例分析表明了本文方法的实用性和可行性     

基于CCD图像的表面疲劳裂纹检测方法

设计了7075铝合金试样的疲劳裂纹扩展试验,采用表面复型法对疲劳裂纹的扩展进行研究.采集试样表面疲劳裂纹扩展过程的CCD(charge coupled device,电荷耦合器件)图像,分别对微小裂纹图像和长裂纹图像进行预处理,计算了疲劳裂纹的长度和宽度,拟合了疲劳裂纹的长度扩展曲线和宽度扩展曲线,并验证了表面疲劳裂纹图像检测方法的精度,为实现疲劳裂纹的在线监测提供了有效途径.     

硬齿面齿轮齿根裂纹扩展特性与剩余寿命研究

为了研究齿根裂纹对硬齿面齿轮疲劳寿命的影响,以某渐开线硬齿面齿轮为研究对象,基于断裂力学方法和疲劳裂纹扩展理论,分析研究了齿轮齿根疲劳裂纹扩展机制;建立了考虑载荷大小、初始裂纹大小以及初始裂纹位置等因素影响的硬齿面齿轮齿根裂纹扩展剩余寿命分析模型,研究了齿根裂纹不同扩展阶段的应力强度因子演变规律与裂纹扩展机制;根据某渐开线硬齿面齿轮副弯曲疲劳试验数据,对所建计算模型进行了分析与验证,证明了模型的准确性。结果表明,与Ⅱ型裂纹、Ⅲ型裂纹相比,Ⅰ型裂纹应力强度因子最大,从齿面到裂纹深度方向,其值逐渐减小;随载荷、裂纹长度、裂纹宽度以及初始裂纹距齿宽中心位置的距离等因素的增大,裂纹扩展剩余寿命都随之减小。     

裂纹方向对齿轮动力特性及动态应力影响的研究

利用参数化方程在PROE中建立了不同裂纹起始角度的裂纹齿轮模型,并分析了不同裂纹起始角度对齿轮结构固有频率和振型的影响。在此基础上,利用ANSYS软件对含有不同裂纹起始角度的齿轮进行了应力分析,并对其轮齿应力场进行了比较研究。结果表明:齿根发生裂纹时不同裂纹角度对齿轮低阶固有频率影响较小,而对高阶固有频率影响较大。分度圆发生裂纹时不同裂纹角度对齿轮固有频率影响不是很明显。同等裂纹深度下,随着裂纹角度的增加,齿根处应力明显增加。这说明当轮齿出现裂纹时,如果裂纹角度比较大,则轮齿更容易破坏。这为裂纹齿轮的强度计算和工作性能分析提供了依据。     

含多排孔结构的MSD疲劳试验与有限元分析

基于无预制裂纹3排平行孔平板的疲劳试验,对含相似应力水平的多细节结构产生多处损伤(Multiple Site Damage,MSD)的规律进行了研究。为了研究产生MSD结构中裂纹之间的干涉影响,利用Franc2D/L对主裂纹、等长双侧裂纹,等长单双裂纹、单孔等长双裂纹四种开裂模式的裂纹应力强度因子进行了计算分析。计算结果表明:裂纹扩展初期,裂纹主要受到自身开裂孔的干涉影响,四种模式下裂纹的无量纲应力强度因子比较相近;随着裂纹长度的增加,试验和有限元结果都表明了裂纹间的干涉影响显著加快了裂纹的扩展速度。     

轴向压力影响下裂纹梁振动特性分析

建立了在轴向压力作用下梁的振动方程,通过一无质量扭转弹簧来模拟裂纹所在截面,将裂纹梁分为两段完整梁.基于两段完整梁的振型表达式,推导出了轴向压力作用下裂纹梁的传递矩阵,给出了简支裂纹梁和悬臂裂纹梁的频率方程.用Newton-Raphson方法求解了简支裂纹梁和悬臂裂纹梁的频率方程,把所得结果与有限元分析结果进行了对比分析,研究了裂纹深度、轴向压力对裂纹梁固有频率的影响,验证了推导方法的合理性.     

基于弹性波传播特性的变截面转轴横向裂纹检测方法

转轴不同的受力条件使裂纹具有不同的裂纹模式,在利用弹性波传播特性对横向裂纹进行检测时需要考虑裂纹模式的影响。在不同裂纹模式下推导得出裂纹的局部柔度系数,随后建立不同的裂纹模式下弹性波的传递矩阵,搭建转轴裂纹试验台,分析出其裂纹模式为模式Ⅲ,同时定性分析裂纹深度对转轴中弹性波传播特性的影响。试验结果验证了理论分析出的裂纹模式的正确性,而裂纹深度主要影响弹性波阻带带宽和中心频率。研究结果可为变截面转轴裂纹模式的选取提供参考,也为横向裂纹的检测提供了一种方法。     

不同裂纹扩展公式的裂纹扩展寿命对比研究

不同裂纹扩展公式所对应的扩展寿命是不同的,本文在某型直升机主桨叶延寿过程中,通过对其根部接头材料的断裂性能试验,计算得到了不同裂纹扩展公式下的裂纹扩展寿命,时比研究了不同裂纹扩展公式下的裂纹扩展寿命的差异,并分析研究了应力比对裂纹扩展寿命的影响.对于不同的裂纹扩展公式,应力比越大,裂纹扩展寿命越小,应力比越小,裂纹扩展寿命越大.     

改进的多裂纹扩展算法和程序设计

对现行的两种多裂纹扩展算法作了改进。利用区间二分法技术自动调节新的副裂纹扩展增量 ,同时根据裂纹增长速率和裂纹长度限定条件 ,实时判别主导裂纹和处理主副裂纹之间的关系。采用面向对象程序设计方法设计了多裂纹扩展分析的基类 ,并给出了一个算例。应用表明 ,改进的多裂纹扩展算法具有很好的自适应能力     

基于有限元的呼吸裂纹转子动力学特性

采用有限单元法建立了含裂纹Jeffcott转子的有限元模型,利用应变能释放率方法得到了裂纹单元的刚度矩阵,采用应力强度因子为零法模拟了裂纹的呼吸效应.计算分析了在一个稳态旋转周期内裂纹开闭的规律,以及直斜裂纹转子振动响应的特点.计算结果表明,斜裂纹开始张开以及闭合的时间迟后于直裂纹,斜裂纹处于全闭与全开状态所经历的时间比直裂纹长.直斜裂纹转轴的1X和2X倍频响应随着裂纹深度的增加而增加,但3X倍频分量变化不大.     

双盘双呼吸型裂纹转子的非线性动力学特性

采用有限元方法建立了双盘双呼吸型裂纹转子系统的动力学方程,利用应变能释放率方法得到了裂纹单元的刚度矩阵,采用应力强度因子为零法模拟裂纹的呼吸效应,研究了双裂纹转子振动响应的特点,以及在一个稳态旋转周期内裂纹轴刚度时变规律,分析了不同裂纹深度和裂纹夹角对转子振动响应的影响。     

裂纹尖端韧化区止裂

当外加应力强度因子变化幅度低于材料的疲劳裂纹扩展门槛值时,裂纹不会产生和发展,疲劳损伤几乎不能产生.裂纹尖端韧化区止裂工艺提高了裂纹尖端局部区域材料的疲劳裂纹扩展门槛值,减慢了疲劳裂纹扩展速率,使裂纹扩展寿命大为延长.     

部分裂纹面受力情形下无限大板孔边双裂纹的张开位移研究

针对航空结构中常见的孔边裂纹问题,利用Muskhelishvili复变函数法和Cauchy积分理论推导了无限大板内圆孔边任意长度双裂纹在部分裂纹面受均布应力情形下的位移表达式,并计算了孔边裂纹对称和孔边裂纹不对称两种情况下的裂纹面张开位移。孔边双裂纹对称时,计算值与权函数方法的求解结果进行了对比,最大误差为16.21%。研究表明,应用复变函数法和Cauchy积分理论推导的裂纹面张开位移表达式,不仅适用于无限大板内孔边裂纹对称的情况,孔边裂纹不对称时同样适用,从而为圆孔边任意长度双裂纹的疲劳裂纹闭合分析和张开应力求解提供了研究基础。     

焊趾位置表面裂纹疲劳扩展形状计算

针对结构中出现的表面裂纹诱发断裂现象,利用断裂力学理论中裂纹尖端应力强度因子与裂纹扩展能量释放率的关系,依据裂纹扩展时裂纹前沿各点的有效能量释放率相等,在考虑裂纹闭合效应的基础上提出一种表面裂纹扩展形状演化计算方法。采用提出的方法计算了T型焊接结构焊趾位置表面裂纹在拉伸疲劳载荷作用下的表面裂纹形状参数函数关系,模拟出表面裂纹疲劳扩展时的形状演化过程。进行了T型焊接试件的表面裂纹扩展有限元模拟和试验,结果与理论计算结果基本一致,验证了基于能量释放率的结构表面裂纹疲劳扩展形状演化计算方法的有效性。     

TiN涂层中表面裂纹产生的机理研究

为了揭示滑动摩擦接触条件下的Ti N涂层表面裂纹的形成机理,对Ti N涂层进行了划痕试验和有限元模拟。划痕试验结果表明在划痕表面产生了平均间距约为5.12μm的弧型裂纹。采用三维有限元方法对划痕过程进行了模拟,模拟结果表明了涂层结构中的应力分布的特点。采用二维扩展有限元方法(XFEM)对划痕过程中的涂层的裂纹产生进行了模拟,模拟结果表明涂层中表面及界面裂纹主要是由最大拉应力引起的第一型裂纹;涂层亚表面裂纹是一种由拉应力和剪应力引起的复合型裂纹。表面裂纹的形成有三种方式:第一种方式是首先在涂层界面产生微裂纹,随着裂纹沿着厚度方向扩展到表面形成表面裂纹;第二种方式是在涂层表面直接形成表面裂纹;第三种方式是微裂纹首先在涂层亚表面形成,然后沿着厚度方向扩展到表面形成表面裂纹。模拟中发现在表面和界面首先产生微裂纹的数量比亚表面产生微裂纹的数量更多。随着裂纹的扩展和融合将导致涂层的剥落。