15MnVN钢疲劳性能的实验研究

总结了15MnVN钢56mm厚正火板材的疲劳实验研究结果,给出了S-N曲线和疲劳裂纹起始寿命曲线的表达式以及疲劳极限和裂纹起始门槛值。研究结果表明,疲劳裂纹起始门槛值是在切口根部不造成疲劳损伤的上限当量应力幅值;拉伸超载对15MnVN钢的疲劳裂纹起始寿命没有影响。本文对上述实验研究结果的工程应用进行了讨论,并提出了在进行变幅载荷下疲劳裂纹起始寿命模拟试验和寿命估算时如何截除载荷谱中的小载荷的建议。

金属材料低温疲劳裂纹起始寿命的微机辅助电位法测试

本文研制了一套适用于低温环境的疲劳裂纹微机辅助电位法测试系统。该系统中采用了翻转电位法、温度补偿和控温信号锁存等技术.对16Mn 钢及 LY12cz 铝合金缺口试件低温疲劳裂纹起始寿命的实际测试结果表明,该系统可比较有效地抑制测试仪器零点飘移、温度波动等造成的干扰,提高了测试精度。实验结果表明,降低温度可使16Mn 钢及 LY12cz 铝合金的疲劳裂纹起始寿命提高。本文还对实验结果及测试系统的进一步改进做了简要讨论。

估算低温下金属材料应变疲劳寿命和疲劳极限的新方法

本文建立了估算低温下金属材料应变疲劳寿命的新方法,并首次提出了金属疲劳极限的热激活模型。该模型可定量地解释温度和频率对疲劳极限的影响。研究结果表明,提出的应变疲劳公式可很好地拟合低温下金属材料应变疲劳寿命的实验结果;疲劳极限可表示成非热激活分量σ_(ai)(ε_(apc))和热激活分量σ_a~*(T,ε_p)之和;σ_(ai)(ε_(apc))是与温度和频率(或应变速率)无关的材料常数;σ_a~*(T,ε_p)与流变应力的热激活分量近似相等。最后用文献中的实验数据对本文提出的低温下就应变疲劳寿命和疲劳极限的估算方法进行了验证。

低温下LY12CZ铝合金的疲劳裂纹扩展

本文试图提出一种近似估算LY12CZ铝合金疲劳裂纹扩展速率的方法。实验结果表明,降低温度使LY12CZ铝合金的疲劳裂纹扩展速率下降,而其在中区(da/dN=10^(-8)～10^(-6)m/cycle)的疲劳裂纹扩展机制则保持以条带机制进行。不同温度下的疲劳裂纹扩展速率实验数据可用公式da/dN=B(⊿K-⊿K_(th))~2拟合。根据分析讨论,给出了系数B和门槛值⊿K_(th)的估算方法及低温疲劳裂纹扩展速率表达式。利用该表达式,在确定了室温的⊿K_(th)和疲劳极限σ_1之后,即可根据拉伸性能近似估算LY12CZ铝合金的低温疲劳裂纹扩展速率。

微量预应变对15MnVN钢初始屈服抗力和疲劳极限的影响

研究了微量拉伸预应变对１５ＭｎＶＮ钢初始屈服抗力和疲劳性能的影响。结果表明，微量预应变可使材料的疲劳强度下降，同时也使初始屈服抗力下降。加载方向对预应变后的比例极限影响很小。在供应状态和预应变状态下，材料的理论疲劳极限与比例极限近似相等。

氧化铝陶瓷的缺口弯曲强度

研究了缺口对工业氧化铝陶瓷弯曲强度的影响。结果表明，缺口弯曲强度σnb与试件的应力集中系数Kt成反比而缺口报部断裂应力σf（＝Ktσnb）与Kt无关。当弯曲强度服从Weibull分布时，其模量m是材料常数而标度因子σ0与Kt成反比。如弯曲强度服从正态分布，其平均值及标准差均与Kt成反比，而变异系数为常数。

300M 钢的疲劳始裂寿命

测定了３００Ｍ钢的缺口疲劳始裂寿命曲线，给出了估算疲劳始裂寿命的方法。

16Mn钢的微动疲劳寿命

研究了16Mn钢的微动疲劳机制和接触压力及微动疲劳循环周次等因素对16Mn钢疲劳寿命的影响,并试图给出一个在长寿命范围内拟合微动疲劳寿命曲线的表达式。

钠钙玻璃的亚临界裂纹扩展与疲劳强度

给出了一种根据亚临界裂纹扩展规律估算钠钙玻璃疲劳强度的方法。结果显示，钠钙玻璃的亚临界裂纹扩展无明显尺寸效应，缺口试件的疲劳强度与试件应力集中系数成反比。

钠钙玻璃的缺口弯曲强度

钠钙玻璃的缺日弯曲强度与试样的应力集中系数Kt成反比；而缺口根部断裂应力与Kt无关．如弯曲强度服从Weibull分布，其模量m是材料常数，而标度因子σ0与Kt成反比．如弯曲强度服从正态分布，其平均值及标准差均与Kt成反比，而变异系数为常数．

LC4CS铝合金的疲劳裂纹扩展速率表达式

采用实验方法测定了 LC4CS 铝合金板材在不同应力比下的近门槛区疲劳裂纹扩展速率。所得的实验结果可很好地用公式 dα/dN=(ΔK-ΔK_(th))~2拟合。对实验结果的分析表明,对于 LC4CS 铝合金,公式中 B 的值可由材料的杨氏模量估算;根据实验结果按照上述公式外推求得精确的ΔK_(th)值是可行的。依据实验和分析结果提出了 LC4CS 板材疲劳裂纹扩展速率的一般表达式。该式的有效性为文献中的实验结果所证实。本文的研究结果进一步表明,如果已知材料的ΔK_(th)值和中区(dα/dN=10^(-8)～10^(-6)m/cycle)疲劳裂纹扩展机制,则可根据材料的拉伸性能预测其疲劳裂纹扩展速率。

铝合金中的腐蚀疲劳裂纹扩展

提出了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。

钙钠玻璃的循环疲劳强度预测

本文提出了一种表征及预测钙钠玻璃光滑和缺口试件在不同载荷条件下疲劳强度的通用方法．因钙钠玻璃中不存在有效的裂纹屏蔽机制，循环载荷在钙销玻璃中不会造成明显的附加损伤，亚临界裂纹扩展受应力腐蚀机制控制，循环疲劳寿命与加载频率无关．缺口试件的缺口疲劳系数Kf与其应力集中系数Kt近似相等．采用文中定义的等效应力做为力学参量，可将光滑及缺口试件在不同加载条件下的SPT图归一化．

结构细节对16Mn钢对焊接头疲劳寿命的影响

本文研究了结构细节对16Mn钢对焊接头疲劳寿命的影响并提出了估算对焊接头疲劳寿命的方法。结果表明,若保留焊缝余高,采用不等厚或不等宽钢板对接,不会影响对焊接头的疲劳强度;去除焊缝余高或将焊缝设计在最大剪应力平面内可明显改善对焊接头的疲劳性能。在不含类裂式缺陷时,焊接接头的疲劳寿命可分成裂纹起始寿命和裂纹扩展寿命两阶段分别加以估算。

功能梯度材料的研究进展

一、功能梯度材料的发展现状及应用前景 功能梯度材料(Functionary Gradient Material,FGM)是最近几年刚发展起来的一类新材料。其概念最初是为了解决空天飞机的热防护问题由日本学者首先提出来的。据估算,空天飞机以8M的速度做巡航飞行时,机头外表面温度可高达1800℃,冲压发动机进口处的温度也可达1700℃;而这些部件的另一面则与低融点液态金属或液态氢相接触。传统的金属材料无法承受如此恶劣的工作环境,而耐热的陶瓷材料由于其脆性难以实际应用。金属与陶瓷并用是解决问题的可能途径。FGM的设计思想如图1所示:用陶瓷作为高温接触表面和隔热层,以使材料获得超耐热性;用金属作为被冷却的一面,以保证材料良好的导热性与力学强度;同时采用特殊工艺方法控制金属与陶瓷接合部位的成分、结构与孔隙率等来调整热膨胀系数,使之连续逐渐地变化和过渡。这样大大缓合了FGM在不均匀温度场中服役时的内部热应力,使之可在最高温度1700℃以上,两侧温差1000℃以上的恶劣环境中使用。所以FGM不仅是空天飞机的热防护系统,也是火箭发动机燃烧室。

保证试验对陶瓷试件疲劳强度的影响

应用断裂力学理论分析了保证试验对陶瓷试件造成的损伤及其对疲劳强度的影响。保证试验后试件的最低强度可根据材料的亚临界裂纹扩展参量、保证应力和保证试验的卸载速率估算。采用惰性试验环境和高的卸载速率可获得较高的试件最低剩余强度值。

钛合金的疲劳裂纹扩展

实验研究了三种不同状态下ＴＣ１１钛合金锻件中的疲劳裂纹扩展。发现锻造工艺不同的ＴＣ１１钛合金疲劳裂纹扩展机制和裂纹扩展速率无明显差异；疲劳裂纹扩展速率曲线可用公式ｄａ／ｄＮ＝Ｂ（ΔＫ－ΔＫｔｈ）２拟合。结合对文献中许多不同钛合金疲劳裂纹扩展数据的分析结果，给出了一种通用性较强的钛合金疲劳裂纹扩展速率估算方法，即ｄａ／ｄＮ＝１５．９／Ｅ２［ΔＫ－（α－βσ０．２）（１－Ｒ）γ］２对于钛合金板材，γ＝０．８５，α＝１６．５ＭＰａ·ｍ１／２，β＝０．１１ｍ１／２。

预加载对氧化铝陶瓷动疲劳强度的影响

定量分析了快速预加载对氧化铝陶瓷动疲劳强度及其分布的影响．结果表明，如果材料的应力腐蚀指数n≥20，预加载的载荷小于试件动疲劳强度的80％，则预加载方法测得的动疲劳强度与真实动疲劳强度的差异可以忽略．

一种工业氧化铝的疲劳特性

利用光滑和缺口试件研究了一种工业氧化铝陶瓷的动疲劳特性，给出了一种预测疲劳强度的简便方法。当加载速率σ．＜σ．ｃ时（σ．≈２０ＭＰａ），试件的动疲劳强度σＤＦ随σ．增大而升高，当σ．＞σ．ｃ，趋势出现逆转。对于应力集中系数Ｋｔ不同的试件，σ．ＤＦ—σ．关系曲线相互平行，并可用参量ＫｔσＤＦ归一化。统计分析显示，疲劳强度有可能遵从正态分布或对数正态分布。采用本文定义的等效应力，可获得光滑及缺口试件的统一ＳＰＴ（Ｓｔｒｅｎｇｔｈ－Ｐｒｏｂｏｂｉｌｉｔｙ－Ｔｉｍｅ）图。