2124铝合金切口强度及其定量评估

研究了不同时效热处理状态下2124铝合金的拉伸性能和不同应力集中系数下的的切口强度。结果表明:随着应力集中系数的增加,切口强度先增加后降低,直至趋于断裂强度;2124铝合金属于切口不敏感材料,切口强度高于抗拉强度;切口强度与抗拉强度相比数据离散性大。针对2124铝合金切口件的断裂准则,在Zheng切口强度估算模型的基础上,获得了使用拉伸性能估算切口强度的新模型。

有机玻璃裂纹扩展双参量驱动力模型

测定了定向有机玻璃YB-DM-11在应力比R=-0.4,0.1和0.4下的中部区和加速扩展区的裂纹扩展速率。将适用于金属材料的双参量裂纹扩展驱动力模型K*=(Km ax)α(ΔK+)1-α引入到有机玻璃裂纹扩展行为研究。对于有机玻璃,双参量裂纹扩展驱动力模型中的相关参数α并非定值,是与应力比、断裂韧度、应力场强度因子和裂纹扩展速率趋于无穷大时双参量动力模型中相关参数αb有关的函数。在一定应力比范围内,得到基于双参量动力模型的疲劳裂纹扩展速率通用表达式,能很好地表征不同应力比下的疲劳裂纹扩展行为,表明了应力比对有机玻璃疲劳裂纹扩展速率中部区和加速区的影响。

基于疲劳性能的热损伤巴氏磁参数表征

通过对不同程度激光烧伤的4340M钢试样进行巴克豪森磁信号测试和旋转弯曲疲劳试验,获得了基于疲劳寿命缩减的热损伤程度磁参数评判指标。研究结果表明,烧伤区巴氏磁参量的变化量与疲劳寿命的缩减相对应,且这种变化量与低应力区寿命缩减的对应关系更为显著。同时,巴氏磁参量的变化量与疲劳强度缩减系数线性相关,表明巴氏磁参量的变化量不但能可靠表征热损伤的程度,而且能方便地预测热损伤后的疲劳强度。

加工工艺对TC21锻件细节疲劳强度影响规律的研究

初始疲劳品质取决于材料及其加工工艺,而细节疲劳额定强度DFR代表结构细节材料固有疲劳能力。对不同处理的TC21合金锻态试样DFR疲劳强度进行了研究。结果表明,喷丸强化能有效提高截止值试验件DFR cutoff值近46%;在同样的表面条件下,铰孔工艺的DFR基准值疲劳强度比钻孔工艺提高近11%,冷挤压强化后试样的DFR值比铰孔提高近10%。

基于裂尖钝化模型的2124铝合金断裂韧性估算

基于裂纹尖端钝化理论及尖切口根部断裂准则,以裂纹尖端临界钝化半径ρc为两种模型的物理关联点,提出了裂纹尖端微试棒材料元受载方向的变形能力即延伸率δ与ρc直接相关的假设,进而给出了高塑性金属材料断裂韧性预测的δ模型。分析表明断裂韧性KIc与材料的弹性模量和延伸率相关,而对于同一种材料,则断裂韧性KIc仅与延伸率相关。2124铝合金在不同热处理状态和不同取向上的试验结果验证了上述δ模型的正确性。给出了2124铝合金断裂韧性KIc定量估算的线性表达式,且预测结果与试验结果符合性较好。

有机玻璃循环韧性与S-N曲线频率响应规律

测定了有机玻璃Polymethry methacrylate(PMMA)在1 Hz、2.5 Hz和5 Hz下拉-拉疲劳试验的弹性滞后环,用高精度红外热像仪记录不同频率下试样的升温曲线。发现加载频率对单次循环的内耗无显著影响,试样温度随单位时间内耗累积频次的增加而升高。用Weibull公式对试验结果拟合得到不同频率下的S-N曲线,公式中参变量S'f、Sac及b的绝对值随加载频率的增加而减小,且分别与频率呈对数线性、线性和指数规律变化。给出了描述疲劳寿命Nf随加载应力幅Sa和加载频率f变化的f-S-N三维曲面定量关系式。

基于双参数寿命模型的抗疲劳制造结果参量分析方法

为评估抗疲劳主要参量对S-N曲线的作用规律,采用双参数疲劳寿命模型作为分析基础,引入材料本征S-N曲线概念,将制造参量转化为制造结果参量系数,在从理论模型角度系统分析各个参量对寿命曲线的作用规律的基础上,进一步对实验获得的高温合金GH4169在成型机加工、表面完整性机加工和表面高能强化三种制造工艺下的疲劳S-N数据进行疲劳抗力系数M_f和理论疲劳极限S_c对应力集中系数K_t的敏感性进行分析。结果表明:高能强化可显著提高光滑试样和缺口试样的疲劳性能;对于光滑构件或低应力集中系数的构件,高能强化对疲劳性能的提高主要表现在提高了疲劳抗力系数;而对于高应力集中系数的构件,高能强化对疲劳性能的提高主要表现在提高了理论疲劳极限;此外,利用结果参量系数分析S-N曲线的方法,对于理解抗疲劳制造机理具有重要参考价值。

正态疲劳母体样本标准差的Weibull分布特征及应用

采用数值方法,研究了服从正态分布的总体在不同样本容量时其样本标准差的分布特征及变化规律,结果表明小子样条件下样本标准差呈偏态分布,具有Weibull分布的特征。利用三参数Weibull分布归纳出分布参数的数学模型,进而提出了一种具有更高精度的小子样总体标准差区间估计方法,并得到试验数据的验证。

乳化油水混合环境对铬钢和铬钼钢疲劳性能的影响

为有效评价铬钢和铬钼钢制构件在服役环境下的使用效能和使用寿命,选用25CrMn钢和35CrMo钢作为对比材料,研究两种材料在不同介质中的疲劳性能,分析乳化油水混合环境体系中含水量与疲劳性能变化的相关性,揭示含水量与腐蚀疲劳寿命的定量关系规律。

原位自生TiB_(2)/7050复合材料的高周疲劳断裂机制

TiB_(2)/7050铝基复合材料在航空发动机等领域具有重要的应用前景。本文研究了TiB_(2)颗粒质量分数为4%的原位自生7050铝基复合材料在T6热处理状态下的室温高周疲劳性能,利用扫描电子显微镜对复合材料的疲劳断裂机制进行分析。结果表明:在应力比R=−1、指定寿命为3×107周次时,TiB_(2)/7050铝基复合材料的疲劳强度为211.9 MPa,高于7050铝合金的疲劳强度;疲劳裂纹萌生源主要分布在近样品表面的夹杂、大尺寸的TiB_(2)颗粒及显微孔洞等区域;疲劳裂纹的扩展在遇到TiB_(2)颗粒带时,疲劳条带的宽度会明显减小,即TiB_(2)颗粒提高了复合材料的抗疲劳裂纹扩展能力,使得复合材料具有高的疲劳寿命。

ZTC4合金高周疲劳断裂机理

对ZTC4合金室温高周疲劳断裂机理进行研究。结果表明:疲劳裂纹主要沿垂直和平行于α/β片层的方向扩展;裂纹萌生于试样表面、内部晶界以及α/β相界面;源区为类解理断裂,疲劳裂纹扩展区除有大量疲劳条带外,还出现扩展台阶和二次裂纹;断口形貌受晶体学取向和显微组织影响。

热损伤组织和应力对巴氏磁参量的影响

为分析巴氏磁参量对热损伤的响应特性和影响因素,采用快速加热和快速油冷的方法对服役态300 M钢薄片试样进行了不同温度和不同时间的热暴露处理,并对处理后的试样进行了X射线应力分析和巴克豪森磁信号检测。研究结果表明,回火组织与淬火组织的变化对巴氏磁参量有影响,而残余拉应力的影响则更为显著,但巴氏磁信号对压应力不敏感。

ZTC4钛合金不同应变比下应变疲劳寿命估算

对ZTC4钛合金进行应变比为-1、0.1和0.5的应变疲劳试验,并运用Zheng公式对实验数据进行分析,得到3个应变比下的应变疲劳寿命曲线。通过修正Zheng公式中的Δεt,得到受应变比R影响的当量应变范围Δεt*,从而得到含应变比R因子的归一化模型,用于预测不同应变比下ZTC4的应变疲劳寿命。

搅拌摩擦焊2124-T851铝合金超低周疲劳特性

为获得搅拌摩擦焊接(FSW)条件下单次加载断裂与循环加载断裂机制的演化规律,研究了FSW及标准基材2124-T851铝合金超低周疲劳(ELCF)特性。分析表明,FSW试样S-N曲线在超低周疲劳寿命区符合幂函数关系但数据分散性大,且当指定寿命越大时,焊接试样相对于基材的定寿强度(SSFL)下降率越高。在极限寿命定义为1个循环的假设下,单次加载断裂与多次加载断裂具有统一的宏观变化规律,其微观断裂机制也具有连续演化的特征。超低周疲劳断口无明显的疲劳源区,FSW试样随着超低周疲劳寿命的增大,断裂特征由正断型向切断型转变。

TC21钛合金室温高周疲劳寿命表征

通过试验得到应力集中系数为1,3,5和应力比为-1,0.06,0.5对应的TC21钛合金的S-N曲线,讨论应力集中系数和应力比对TC18钛合金高周疲劳性能的影响。结果表明:应力比或应力集中系数的升高都会使疲劳强度降低;运用Zheng公式对试验数据进行分析,得到各条件下疲劳寿命曲线;采用Zheng公式当量名义应力幅S eq处理试验数据,发现当Kt=1时,拟合效果不佳。通过修正,得到适用于TC21合金疲劳寿命预测新模型,为工程化应用提供依据。

虚拟增广S-N曲线样本的投射法

为解决小子样条件下结构疲劳可靠性的有效评估问题,利用正态分布和标准正态分布之间的相互转化关系,在对数疲劳寿命服从正态分布和同破坏率的前提下,建立了虚拟增广S-N曲线样本的投射法模型。通过实例验证,该投射模型估算的带可靠度的安全寿命与真实试验结果的平均误差一般在5%以内。在显著度小于等于0.05时,用F检验和t检验验证了投射样本和真实试验样本无显著性差异,表明可以用投射法得到的虚拟样本代替真实试验样本参与后期的疲劳统计分析。

GS249有机玻璃疲劳极限的影响因素分析及预测

在不同应力比条件下,对不同应力集中系数的GS249有机玻璃疲劳试样进行疲劳试验。使用升降法获得材料的疲劳极限。分析获得了加载参数及形状参数对有机玻璃疲劳极限影响的相关规律。建立了基于应力比和应力集中系数的预测有机玻璃疲劳极限的方法模型。结果表明:随着应力比的增加,疲劳极限呈下降趋势;疲劳极限随着应力集中系数的增加而线性降低。随着应力集中系数的降低,疲劳极限受应力比的影响越大。

搅拌速率对FSP制备ZrO_2/2024表层复合材料的影响

应用FSP(friction stir processing)制备ZrO2/2024表面复合材料,可以使得铝合金具有更好的耐磨性以及热障性能。在两种不同旋转速率参数条件下(搅拌头转速为1000 r/min和1600 r/min,横向移动速率为20 cm/min),制备的表面复合材料复合层厚度大约为200μm～700μm。对增强颗粒的分布、形貌和复合材料的显微硬度值进行的研究表明,ZrO2颗粒均匀地分布在铝合金基体内,与基体有良好的结合性;复合材料复合层的显微硬度值在1000 r/min以及1600 r/min条件下,较铝合金基体分别提高了83%和46%。

TC21合金腐蚀疲劳裂纹扩展行为研究

研究了TC21合金在腐蚀环境下的裂纹扩展行为。结果表明,腐蚀环境能加速TC21的疲劳裂纹扩展速率;对疲劳断口分析发现。

描述应变疲劳曲线的双驱动力法

运用引入应力比的郑修麟应力寿命公式和三参数幂函数公式,将应变疲劳失效的两个驱动力-应变范围Δε和应变比Rε的作用效果进行耦合,建立"双驱动力耦合"力学模型。通过这一模型,能够得到准确描述不同应变比条件下应变行为的统一表征方程,为其他应变比下的寿命预测提供参考。试验表明,"双驱动力耦合"力学模型能很好地描述ZTC4在室温下Rε=-1、0.1和0.5的应变疲劳行为。