核电管材奥氏体不锈钢热机械疲劳行为研究进展

对过去50年发表的核电管材奥氏体不锈钢热机械疲劳行为研究的文献进行综述.首先对热机械疲劳测试概念的准确定义进行阐述,并对国内外主要的热机械疲劳测试方法标准化的历程进行了系统回顾.对热机械疲劳加载下奥氏体不锈钢循环力学响应的非对称性特征进行描述.对高温疲劳加载下奥氏体不锈钢的主要变形及损伤机理,动态应变时效、氧化和蠕变的典型表现形式、微观作用机理及其与疲劳损伤的交互作用进行了详细分析.依据温度循环的最高值与材料蠕变损伤发生的临界温度间的关系,分别讨论了低温区和高温区内材料的热机械疲劳寿命行为.低温区内材料的主导失效机理是纯疲劳或氧化-疲劳交互作用,高温区内蠕变-氧化-疲劳三者间的复杂交互作用决定了材料的疲劳寿命行为.在归纳总结的基础上,对核电管材奥氏体不锈钢的热机械疲劳研究提出了几点展望.     

基于Sehitoglu模型的发动机气缸盖热机疲劳寿命预测

以某发动机气缸盖为研究对象,开展了气缸盖本体材料力学性能测试与表征、气缸盖热机疲劳寿命预测研究工作.采用流固耦合方法,获得了准确的气缸盖热边界和温度场结果,温度场计算值与实测结果相符合.依照整机热冲击试验规范,采用Sehitoglu模型对缸盖的热机疲劳寿命进行了预测,仿真结果显示,缸盖最低寿命出现在第二缸火力面排气侧鼻梁区,主要由环境损伤引起,最低寿命为6860次,满足设计要求,该气缸盖顺利通过整机热机疲劳台架试验考核.     

基于FE-SAFE的造船门式起重机结构剩余寿命预测方法研究

针对起重机作业于随机循环载荷下,承受循环交变应力,容易产生疲劳损伤,缩短疲劳寿命,研究了基于FESAFE仿真计算的起重机寿命预测方法。根据造船门式起重机实测应力历程数据,利用雨流计数法统计出应力循环次数,获得不同应力幅对应的循环次数并编制循环载荷谱。仿真算法估算结果与Miner模型计算结果进行了对比分析,结果表明所提出的仿真计算方法对大型门式起重机疲劳寿命预测是可行的,可提高计算效率,直观显示计算结果。     

热作模具钢的高温热机械疲劳寿命预测

研究热作模具钢在应力控制下的等温疲劳和同相热机械疲劳寿命，发现在相同的应力幅下，同相（最高温度550℃，最低温度250℃）热机械疲劳寿命低于上限温度的等温（温度550℃）疲劳寿命。这表明在相同的应力幅下，热机械疲劳比等温疲劳产生更严重的损伤，用最高温度下的等温疲劳寿命代替热机械疲劳寿命并不一定得到可靠的结果。在等温疲劳条件下，疲劳裂纹主要为穿晶萌生与扩展，而在热机械疲劳条件下，疲劳裂纹主要沿晶萌生与扩展。文中还以Chaboche高温疲劳损伤模型为基础，考虑损伤系数是最高温度和温度范围的函数来评价载荷控制下材料的热机械疲劳寿命。在热机械疲劳试验中，考虑温度变化产生的附加内应力，因此每一循环的损伤不仅是最大应力和平均应力的函数，而且与最高温度和温度循环范围有关。根据累计损伤的等效温度法，取最大温度为等效温度。热作模具钢在热机械疲劳过程中，由热循环产生的附加损伤通过损伤指数系数表示。结果表明，该预测结果与试验结果十分吻合。     

某飞机机轮轮毂疲劳寿命分析的损伤力学方法

以某型飞机机轮轮毂为研究对象,对轮毂的疲劳寿命采用损伤力学方法进行分析。首先采用有限元软件Ansys对轮毂结构进行细节应力分析,结合实际情况确定其疲劳危险部位。然后采用损伤力学方法,通过引入损伤变量和损伤驱动力,构建反映材料损伤演化速率的损伤演化方程,并根据手册提供的材料疲劳性能曲线,计算出轮毂材料的疲劳损伤演化门槛值。进而根据损伤力学方法和有限元细节应力计算结果,分析轮毂危险部位的应力循环特征。最终对飞机机轮轮毂的疲劳裂纹萌生寿命范围进行判别,得到疲劳寿命符合设计要求的结论。     

热作模具热疲劳寿命评估及预测方法的研究进展

热作模具服役过程中存在温度及机械载荷的循环变化，产生变形及失效的机理复杂，故热作模具热疲劳寿命的评估预测是模具应用研究的难点。结合现有研究成果，介绍了热应力疲劳研究中可用于热作模具热疲劳寿命评估及预测的方法, 从唯象寿命模型和损伤累积模型两个角度分别阐述了热作模具热机械疲劳寿命的研究,并对热作模具热疲劳寿命预测的发展趋势进行了展望。     

复合材料层压板疲劳模量模型及寿命估算

提出基于单向板单轴疲劳试验数据预测层压板疲劳寿命的模型.采用疲劳模量构造典型应力比下的寿命曲线和损伤函数,利用等寿命曲线求出任意应力比下的疲劳寿命,引入复合累积损伤变量计算单向板多轴循环应力下的疲劳寿命;层压板的疲劳寿命预测以单向板多轴疲劳寿命为基础,通过层压板应力分析、失效分析和材料性能退化的循环迭代过程计算寿命;编写层压板疲劳寿命计算程序,寿命预测结果与试验结果吻合良好.     

420℃下16MnR钢的寿命预测方法及疲劳设计曲线研究

提出另一种循环总应变能密度疲劳寿命预测方法，根据不同的应力比，给出对疲劳损伤起作用的循环总应变能密度计算表达式。针对应力控制下的脉动循环试验，设计两种加载方式把循环蠕变对寿命的影响与疲劳的影响区别开，将循环蠕变损伤与疲劳损伤进行线性累积，得到16MnR钢420℃兼有疲劳、循环蠕变影响的寿命预测方法，预测结果与实测结果吻合良好。将循环蠕变对寿命的影响扣除在外，得到16MnR钢375℃～420℃之间的疲劳设计曲线，对JB4732—95疲劳设计曲线作有益的补充。     

基于局部应力应变法的发动机缸盖低周疲劳分析

发动机缸盖受到较高温度的周期载荷,应力较大。对此,基于局部应力应变法,对发动机缸盖进行瞬态循环温度场分析,进而估算其低周疲劳寿命。分析结果表明,发动机缸盖低周疲劳寿命最小值为2 139。在3 000次冷热冲击耐久试验中,发动机缸盖发生开裂,试验结果与分析结果一致。     

应用修正的P-S-N曲线计算齿轮疲劳寿命

疲劳破坏是机械结构的主要破坏形式之一,准确预测机械结构工作疲劳寿命至关重要.一般的线性损伤累积理论忽略了高频率低疲劳应力所引起的构件疲劳损伤,致使预测结果与实际寿命相差很大.为准确确定双圆弧齿轮的疲劳寿命,提出以修正的材料P-S-N曲线为基础,采用传统的名义应力法和Miner法则估算双圆弧齿轮的疲劳寿命,计算结果表明该方法可行,为预估螺杆泵的井下工作寿命提供了参考依据.     

保持时间对FGH95粉末盘材料热/机械疲劳行为与寿命的影响

对粉末冶金盘材料FGH95合金进行了应变比为-1.0的同相位三角波和同相位梯形波,350℃(?)600℃热/机械疲劳试验研究。试验结果表明:在相同应变幅下,同相位三角波载荷情况下的热/机械疲劳寿命比同相位梯形波载荷情况下的热/机械疲劳寿命长。研究了在两种载荷情况下材料的热/机械疲劳循环应力响应行为。试样断口的微观分析表明:在热/机械疲劳过程中,同时存在疲劳、蠕变和氧化损伤;在同相位三角波载荷下,穿晶 沿晶断裂为疲劳断裂的主要特征;在同相位梯形波载荷下,裂纹主要为沿晶萌生与扩展。这是导致在同相位梯形波载荷下疲劳寿命缩短的主要原因。     

不同温度下16Cr3NiWMoVNbE结构钢的低周疲劳行为

对16Cr3NiWMoVNbE结构钢在25,100,200,300,350℃下进行了应变比为-1的总应变控制的低周疲劳(LCF)试验,研究了不同温度下该结构钢的循环应力响应、疲劳寿命和循环应力-应变行为。结果表明:试验钢在温度不高于200℃时,表现出循环软化的现象,而在300℃时,表现出明显的循环硬化现象;随着温度的升高,疲劳寿命有下降的趋势,利用三参数幂函数公式能较好地表征不同温度下的应变-寿命关系。     

两阶段疲劳损伤等效方法与概率疲劳失效判据

针对长寿命、高可靠零部件的概率疲劳寿命预测,应用三参数威布尔分布描述疲劳寿命概率分布,研究不同水平的应力循环数之间的损伤等效关系,提出两阶段应力循环等效方法,建立疲劳损伤等效/失效概率等效循环数模型。对于小于寿命分布位置参数的应力循环数,根据应力与寿命分布位置参数之间的关系转换不同应力水平下的损伤等效循环数;对于大于寿命分布位置参数的循环数,根据疲劳失效概率等效转换不同循环应力水平下的等效循环次数。应用这样的方法及模型进行变幅应力历程下的疲劳失效概率计算或概率疲劳寿命预测,能够很好地处理寿命随机变量的最小可能值远大于零的工程实际问题,同时也保证了在转换不同水平应力循环数过程中的失效概率等效。     

缸盖低周疲劳分析方法研究

由于缸盖工作在高温的环境中,并且在高低温的循环变化下,缸盖材料基本处于屈服状态,同时缸盖又受到爆发压力等周期性的机械载荷,因此缸盖极易发生开裂的情况。针对某直列四缸发动机,研究缸盖的低周疲劳分析方法,在发动机初期对缸盖的危险位置进行预测。分析表明,此方法可以有效地预测缸盖的低周疲劳安全系数。     

一种旋转设备疲劳寿命预测的新方法

疲劳损伤累积模型是预测机械零部件疲劳寿命的基础。针对大多数损伤累积模型忽略了多级载荷历史效应及载荷次序效应对损伤累积的影响,提出了一种基于S-N曲线及Miner理论的非线性疲劳损伤累积模型。该模型考虑了载荷历史效应与载荷次序效应对机械零部件疲劳寿命的影响,克服了线性疲劳损伤累积模型的不足。将该模型与线性疲劳损伤累积模型预测结果进行对比,表明该模型对机械零部件疲劳寿命预测结果更加精确和可靠。     

基于最弱环理论的缺口件概率疲劳寿命预测方法

基于最弱环理论和光滑试样疲劳寿命的Weibull分布,建立了一种缺口件概率疲劳寿命预测方法。该方法首先基于最弱环理论和光滑试样的疲劳强度分布,通过定义缺口件的Weibull有效应力,建立了缺口件在给定循环载荷下的疲劳失效概率计算公式。基于Weibull有效应力和光滑试样的疲劳应力-特征寿命方程,可计算得到给定循环载荷时缺口件的特征疲劳寿命,进一步根据光滑试样的Weibull疲劳寿命分布可最终获得缺口件在给定循环载荷下的疲劳寿命分布。采用上述方法对TC4缺口试样进行了概率疲劳寿命预测,并与局部应力应变法预测结果进行了对比。结果表明:局部应力应变法预测结果过于保守,本文方法预测精度较高,50%失效概率时的疲劳寿命预测结果与缺口试样试验均值寿命吻合很好,10%和90%失效概率时的疲劳寿命预测结果基本分布在试验均值寿命的两倍分散带之内。     

重型机床基础件疲劳损伤评估模型

为确定基础件可再制造性,需要对基础件进行疲劳损伤评估。采用应力-疲劳损伤模型和线性疲劳累积损伤理论,计算基础件高周疲劳损伤。使用材料HT300进行疲劳加载实验,得到描述材料疲劳寿命特性的S-N曲线,对采用经验公式计算的切削力进行基于概率分布的循环次数统计计算。以ANSYS为分析工具,建立重型机床简化模型,导入切削力循环次数分布数据和材料疲劳力学性能参数,建立基于安全系数和可用寿命的疲劳损伤评估模型,对基础件疲劳损伤进行定量分析。     

大功率风电增速器箱体疲劳寿命分析

建立某大功率风电增速器箱体的三维模型,计算单位静载荷作用下箱体的应力应变;依据德国劳埃德船级社规范(GL2010),给出风电齿轮箱箱体部件的S-N曲线的拟合方法;应用雨流循环计数法计算箱体疲劳载荷谱。应用Miner线性积累疲劳损伤理论和雨流循环计数法,对风电齿轮箱箱体进行疲劳寿命分析,得到了风电增速器箱体的疲劳寿命。通过对箱体疲劳寿命结果的分析,对箱体结构进行优化,为大功率风电增速器箱体的疲劳寿命分析提供设计思路,为风电齿轮箱箱体的设计提供了参考。     

随机应力循环下结构疲劳寿命和可靠性的计算

将以往对应力循环二维分布特性的研究转化为对一次应力损伤一维分布特性的研究,基于应力损伤的Ｍａｒｋｏｖ性,研究了一次应力损伤服从指数分布时就总损伤的分布规律,给了了结构疲劳寿命和可靠性的计算方法,文末给出了本文方法在３００ｔ转炉倾动机构疲劳设计中的应用。     

蜗杆传动的加速疲劳试验方法研究

基于疲劳寿命损伤理论,通过分析各级载荷对疲劳寿命的贡献,对零件损伤小的载荷,将其部分使用次数按其他载荷等级的频度分配。利用Ansys软件对蜗轮蜗杆进行动态分析,得到齿面接触应力结果;在n Code疲劳分析软件联合有限元分析结果与循环载荷时间历程,计算蜗轮蜗杆的疲劳损伤,通过试验进行验证。给出具体的计算方法,就蜗轮蜗杆的加速可靠性及可行性进行分析。