高强度钢30Cr3SiNiMoVA的疲劳特性研究

为了获得超高强度钢30Cr3SiNiMoVA的疲劳设计数据,对该材料进行了疲劳性能实验。分别对该材料的抛光和未抛光试样进行轴向拉压疲劳实验。用升降试验法测定材料的条件疲劳极限,用成组实验法在四级应力水平下测试其疲劳寿命。结合升降法所得的条件疲劳极限值和成组法实验数据,采用双参数最小二乘法拟合S-N曲线,运用概率方法求得P-S-N曲线。通过对两种试样的S-N曲线分析可知:未抛光试样的疲劳寿命要低于抛光试样的疲劳寿命,并且疲劳载荷级越低,两类试样之间的疲劳寿命差越大,抛光试样的疲劳极限大约是未抛光试样的1.4倍。相关实验现象表明30Cr3SiNiMoVA的疲劳寿命对试样表面粗糙状态非常敏感,建议该类材料在应用过程中要采取有效措施改善构件的表面状态。文中实验数据可为该材料的工程应用提供参考。     

TC4棒材室温疲劳寿命测定及S-N曲线的建立

本文利用升降法确定TC4棒材的疲劳极限,采用成组法确定高应力下疲劳寿命,数据处理后建立了TC4合金棒材疲劳试验S-N曲线。     

基于三参数威布尔分布的自动调整臂疲劳寿命的P-S-N曲线研究

通过疲劳试验研究了自动调整臂矩形压缩弹簧的疲劳寿命、疲劳变形以及破坏特征等。试验结果表明:疲劳应力载荷作用下,矩形压缩弹簧中间应力集中部位会产生裂纹,随着应力水平提高,裂纹变大,使得其传递转矩能力减弱;利用最小二乘法及最大相关系数法拟合自动调整臂疲劳寿命,可知其疲劳寿命服从三参数威布尔分布;根据三参数幂函数形式的S-N曲线方程,建立自动调整臂在不同应力下的P-S-N曲线,通过自动调整臂试验与理论疲劳极限寿命的比较表明,两者相对误差较小。     

基于堆焊成形钛合金高周疲劳实验数据的R-S-N模型

针对应力比对疲劳寿命影响的问题,以TC18钛合金堆焊成形(利用多层堆焊的方法制备)试样为研究对象,进行了3种应力比(R=0.5、R=0.06、R=-1)的疲劳实验,得出相应的疲劳极限,应用"应力幅值寿命模型"和"三参数寿命模型"得到6条S-N曲线。根据裂纹扩展速率与疲劳寿命的积分关系,以两种疲劳寿命数学模型为基础,系统地研究了应力比(R)与疲劳寿命曲线(S-N)的关系,提出了考虑应力比的疲劳寿命(R-S-N)数学模型。根据本文提出的修正公式,建立了适用TC18钛合金堆焊成形材料的两种R-S-N数学模型,结果表明:用应力幅值寿命模型可对中等疲劳寿命区进行准确的预测,而三参数寿命模型更适合中长寿命区域的预测。提出的两种R-S-N数学模型与实验值吻合良好,并可在工程上预测任意应力比下的疲劳寿命曲线。     

ZG230-450铸钢的重构疲劳可靠性S-N曲线

给定若干概率水平的常规疲劳可靠性曲线只能做相应概率水平的疲劳设计与寿命预测,要实现任意可靠性水平的疲劳设计、寿命预测和可靠性评定,需要重构全概率疲劳可靠性S-N曲线。首先应用Monte Carlo模拟技术在可接受的误差范围重构了铁道车辆ZG230-450车轮铸钢的疲劳极限和成组法S-N数据。然后应用广义极大似然法测定了其中短寿命范围的可靠性S-N曲线。最后应用概率疲劳极限外推法获得了该材料中短和长寿命范围的合理疲劳概率S-N曲线。并进一步发展了适于车辆结构用万公里单位表征的可靠性曲线。应用该曲线可实现任意可靠性水平的疲劳可靠性设计、寿命预测和可靠性评价。     

用考虑置信区间长度影响的最小二乘法拟合S－N曲线

S－N曲线是用名义应力法预测结构疲劳寿命的基础。基于试验疲劳寿命分散的物理机制,提出了一个S－N曲线试验数据处理的加权最小二乘法,此方法中每组数据的权重与该组数据的置信区间成反比。计算结果表明用考虑置信区间长度影响的最小二乘法拟合得到的S－N曲线比用一般最小二乘法得到的S－N曲线具有更高的可靠度,给出的寿命预测结果也更安全。     

连杆用20CrMnTi钢根据疲劳S-N曲线进行安全性设计的探讨

在某早期疲劳断裂失效的20CrMnTi钢连杆上取样,采用升降法和成组法对其进行旋转弯曲疲劳试验,获取0.1%失效概率、95%置信度下的S-N曲线,据此合理地设计其安全服役应力。结果表明:根据在0.1%失效概率、95%置信度下的S-N曲线函数可以获得该连杆在疲劳寿命达到2×106循环周次设计要求下的最大交变载荷应控制在229 MPa以下,以确保连杆在使用寿命内不发生疲劳失效。     

小子样测定叶片S-N曲线试验方法研究

根据试验要求,对叶片在样本较少情况下测定其疲劳极限σ-1和S-N曲线。通过振动疲劳试验的方法进行研究,试验采用升降法选择所施加振动应力的水平,采用异方差回归分析方法进行疲劳试验数据的分析。最后获得叶片材料的均值S-N曲线和置信度为95%、可靠度为99.9%的P-S-N曲线,并得到各自曲线上的疲劳极限σ-1。此方法保证试验的顺利进行并且具有较高的可靠性,对于小样本测定材料的S-N曲线具有较好的实用价值。     

高温下发动机涡轮叶片振动疲劳性能测试方法

针对某型发动机涡轮叶片高温下振动疲劳性能测试方法进行试验研究。搭建了涡轮叶片中值疲劳极限测量试验系统并建立了相应的试验流程,对比分析了涡轮叶片采用振幅和af值(叶片振幅a与第1阶固有频率f的乘积)两种疲劳应力表征方法的离散程度、偏差随温度的变化趋势,并对小子样升降法参数确定过程进行讨论。试验结果显示振幅作为疲劳应力表征方法的离散程度小,而且可通过常温下获得的振幅表征应力的关系去进行高温下的疲劳试验,其表征偏差位于±3%以内。以逐级加载法获得的疲劳极限预估值作为初始应力水平进行小子样升降法,获得该型涡轮叶片某温度下的中值疲劳极限为162.60 MPa,试验数据分散性小。该方法可为其它类型航空发动机叶片或零部件的高温下振动疲劳性能测试提供参考。     

基于8.8级螺栓疲劳性能的预紧力优化

测量了8.8级螺栓的拉伸性能,根据螺栓材料的强度极限和屈强比研究了预紧力分别为强度的10%、30%和50%的极限条件下材料的疲劳性能。结果表明,当8.8级螺栓的预紧应力从10%强度极限提高到50%强度极限时,其疲劳极限由370 MPa降低到263 MPa。根据有效应力(σˉσˉ)参数法处理预紧应力对8.8级螺栓疲劳曲线的影响,得到了疲劳极限处的有效应力(σˉ10^7=562.75MPaσˉ10^7=562.75MPa)。当有效应力σˉ<σˉ10^7σˉ<σˉ107时预紧的8.8级螺栓不会发生疲劳失效,由此得到了8.8级M6和M27两种螺栓在不同应力比下所对应的最大预紧力和预紧扭矩曲线。     

某超硬不锈钢的接触疲劳P-S-N曲线的测定

测定某超硬不锈钢的接触疲劳P S N曲线,估计出试验应力S与试样寿命N之间函数关系式N=CS-m中的待定参数C和m,得出不同破坏概率(1%,5%,10%,50%)下试验应力S与寿命N的关系,为材料的使用和产品设计提供试验依据。     

储气库注采管柱疲劳可靠性多级加速载荷试验研究

针对储气库注采管柱在高速气流作用下易于发生疲劳失效的问题,开展注采管柱N80材料疲劳可靠性试验研究。在MTS810试验机上完成针对N80材料储气库注采管柱的拉-拉疲劳实验。通过多级加载疲劳试验法,获得N80储气库注采管柱疲劳分组加速试验数据,采用概率分析模型得到N80材料的S-N曲线。提出基于古德曼曲线预估材料疲劳寿命极限的方法,采用该方法可以比较可靠地预估材料不同加载条件下对应的最大应力水平、应力幅值及应力比等参数,为加速疲劳试验、提高试验效率提供一种参考方法。给出基于概率统计方法进行多级加载疲劳可靠性分析模型,通过多级加载疲劳试验获得储气库注采管柱N80油管试件的疲劳寿命样本数据,并采用可靠性模型给出试验材料的概率分布规律以及相应的P-S-N曲线。     

8.8级螺栓用ML40Cr钢的疲劳性能和裂纹扩展行为

针对紧固螺栓在不同预紧力下的疲劳可靠性问题,对ML40Cr钢母材进行拉-拉疲劳和对称三点弯曲实验,研究输电铁塔用8.8级紧固螺栓用钢的疲劳性能和裂纹扩展行为。拉-拉疲劳实验的结果表明,在不同应变幅的疲劳加载条件下,以材料抗拉强度的50%作为平均应力时ML40Cr光滑试样的疲劳极限为263 MPa,缺口试样的疲劳极限为95 MPa。用有效应力(σ)参数法处理平均应力对ML40Cr疲劳曲线的影响,得到8.8级螺栓用钢ML40Cr的疲劳缺口敏感度为0.31。依据对称三点弯曲实验的疲劳实验结果,得到8.8级螺栓用钢ML40Cr的裂纹扩展速率关系式为da/d N=10-10(?K)2.2。探讨ML40Cr用钢的缺口疲劳强度和疲劳裂纹扩展机制。     

疲劳试验的数据处理

以45钢为例,介绍了疲劳试验数据处理的步骤:整理样本数据,画散点图,用回归分析建立疲劳方程和曲线,计算相对误差,计算残差标准差,建立可靠度-疲劳应力-寿命方程和曲线。讨论的重点是用配对法求得的应力作为截尾寿命的应力;建立带小数幂的疲劳方程;用相对误差代替显著性检验。     

铝合金疲劳极限的测试方法

依据3种标准方法对6082-T6铝合金母材和焊接材料进行疲劳极限测试，使用升降法和波动法获得材料的中值疲劳极限，使用标准正态偏量法和单边误差限法获得材料的安全疲劳极限。结果表明：依据HB/Z 112—1986和GB/T 24176—2009,采用升降法测得的中值疲劳极限结果相同，采用波动法测得的中值疲劳极限结果差异在一个应力台阶以内；采用标准正态偏量法测得的安全疲劳极限结果较单边误差限法测得的安全疲劳极限结果高。     

潮湿空气环境对2024-T3铝合金疲劳性能的影响

采用2024-T3铝合金含中心孔试件进行了实验室空气环境和潮湿空气环境下的疲劳寿命实验及升降法实验,研究了潮湿空气环境对2024-T3铝合金疲劳性能的影响.结果表明,潮湿空气环境显著降低了2024-T3铝合金的疲劳性能,潮湿空气环境对其疲劳寿命特征值和疲劳强度均值的影响系数分别为0.6059和0.8722;在潮湿空气环境中疲劳寿命的分散性变大,用疲劳寿命的中值或特征值得到的腐蚀影响系数进行可靠度95%的腐蚀环境下的寿命修正,将得到偏危险的结果.用潮湿空气环境对基本可靠性寿命的影响系数由标准S-N曲线折算得到的对疲劳强度的影响系数与升降法测得的对疲劳强度的影响系数基本一致,在潮湿空气环境下标准S-N曲线参数仍然适用.     

斜搭接连接件疲劳特性分析

为了研究搭接角度对斜搭接连接件疲劳特性影响的规律,对不同搭接角度的斜搭接连接件进行了疲劳试验,并利用有限元软件对紧固孔在拉伸状态时的应力场进行了分析,采用名义应力法对紧固孔的疲劳寿命进行了估算。结果表明:失效部位发生在第一排孔边处;疲劳寿命随着搭接角度的增加而增大;搭接角度与疲劳寿命近似曲线关系为lg N=6.047-1.020×0.6601α。     

不同环境对2D70铝合金低周疲劳性能的影响研究

循环应力和低周疲劳寿命都是材料疲劳损伤的关键指标.循环应力表征的是材料在循环载荷下抵抗变形的能力.大多数飞机构件由于拐角、圆孔、沟槽等的存在都会存在应力集中现象,当构件承受循环应力载荷时,虽然构件总体处于弹性范围内,但局部已进入弹塑性状态,即已处于循环应变的疲劳过程中.这类服役条件下的构件疲劳寿命一般小于105周次,称为低周疲劳,又由于低周疲劳断裂时应力水平往往较高,低周疲劳也称高应力疲劳或者应变疲劳.衡量材料抗低周疲劳特性的指标主要有低周疲劳极限和低周疲劳寿命,二者统称材料的低周疲劳性能.低周疲劳极限,是指材料所承受应力低于该应力极限值时其理论循环次数可为无限次;低周疲劳寿命,即构件破坏前能承受应力循环的次数.     

残余应力和粗糙度对叶片振动疲劳性能的影响

为了研究叶片表面完整性对其振动疲劳性能的影响,本文模拟分析了某型高温合金叶片在振动疲劳实验过程中的动力学应力响应,获得叶片共振时应力幅值随时间的变化规律,分析了残余应力和粗糙度对叶片振动疲劳寿命和疲劳极限的影响规律.结果表明:叶片共振过程中的应力响应幅值先增大后减小呈周期性变化,属于"拍"现象,满足关系σ=1 046sin(242.83t)sin(5 828t);叶片的振动疲劳极限和疲劳寿命均随残余应力和粗糙度的增大而减小,振动疲劳极限和残余应力之间的关系满足σfat=510.9-0.31-70.93σrest;而疲劳极限和粗糙度之间的关系则满足σfat=9.67R2roughness-70.93Rroughness+713.23.     

基于背应力功的疲劳能量模型及其在轮槽构件寿命预测中的应用

基于局部应力-应变法与疲劳损伤能耗结构,以疲劳过程中背应力塑性功累积为基础,建立了一种新的缺口构件疲劳寿命预测能量模型,并将其应用于某型汽轮机轮槽结构件的疲劳寿命预测。通过与试验结果相比较,初步验证了模型的预测精度(预测寿命与试验寿命误差小于20%)。此外,还进一步将上述能量模型与传统疲劳寿命预测能量方法进行了比较。结果表明,基于背应力塑性功累积的疲劳损伤描述可进一步提高疲劳寿命预测精度,值得工程疲劳设计者重视。