应用当量应变法预测多维高温低周疲劳寿命

采用铝合金材料三维缺口试件进行 3 0 0℃下高温低周疲劳断裂试验 ,借助ADINA程序计算试件缺口周围的三维应力和应变场 ,根据vonMises当量理论对疲劳寿命进行预测。预测结果表明 ,当量应变范围与疲劳断裂寿命的数学关系不受试件缺口型式的影响 。

基于晶体塑性理论的镍基合金高温低周疲劳寿命预测方法

对Inconel 718镍基合金进行高温拉伸试验和低周疲劳试验,借助晶体塑性有限元方法分析合金的疲劳裂纹萌生过程。结果表明:Inconel 718镍基合金的高温低周疲劳裂纹萌生寿命随着总应变范围的增大而缩短;该镍基合金的高温低周疲劳裂纹容易在三叉晶界处萌生,这些区域存在较大的累积塑性滑移。

基于薄片漏斗试样的N06230合金高温低周疲劳性能研究

设计了薄片漏斗试样和配套弧形薄片夹具,对国产和进口N06230合金管薄片漏斗试样进行650℃高温低周疲劳试验,基于试验数据和能量密度等效方法建立循环应力幅-应变幅关系参数模型,利用有限元方法获得模型常数,并验证模型的准确性;利用该模型获得2种合金管的循环应力幅-应变幅曲线和应变幅-寿命曲线以及Manson-Coffin律参数,并对2种合金管的疲劳性能进行对比。结果表明:根据薄片漏斗试样高温低周疲劳试验数据和确定循环应力幅-应变幅关系参数模型常数,获得的应力幅-应变幅曲线与有限元分析预设的曲线相吻合,拟合优度均高于0.98,说明该模型对于预测材料循环应力幅-应变幅关系具有普适性和精确性;国产N06230合金管的循环应力幅-应变幅曲线及疲劳性能与进口合金管相近。

制孔工艺对DD6镍基单晶高温合金低周疲劳性能的影响

在900℃、540 MPa条件下,研究了电液束加工、电火花成形加工、电火花小孔加工三种制孔工艺对DD6单晶高温合金试验件低周疲劳性能的影响,并对孔微观形貌和断口形貌进行了对比分析。结果表明,在相同试验条件下,电液束加工得到的气膜孔具有最佳的疲劳寿命。疲劳源位于气膜孔周边,不同制孔工艺的断口特征相似,均为多源断裂,而断口主要包括疲劳裂纹源区、扩展区和瞬断区三个区域。

T6态热挤压Al-5Cu-0.8Mg-0.15Zr-0.2Sc-0.5Ag合金的低周疲劳行为

为了揭示经过T6处理的热挤压Al-5Cu-0.8Mg-0.15Zr-0.2Sc-0.5Ag合金在不同温度下的低周疲劳变形与断裂行为,对T6态热挤压合金进行了室温和200℃条件下的低周疲劳实验。结果表明:在室温和200℃下合金塑性应变幅与载荷反向周次之间服从Coffin-Manson公式,而弹性应变幅与载荷反向周次之间服从Basquin公式;合金在室温和200℃下低周疲劳变形时,在较低外加总应变幅下疲劳变形机制主要为平面滑移,而在较高外加总应变幅下疲劳变形机制主要为波状滑移;室温和200℃下合金的疲劳裂纹均萌生于疲劳试样表面并以穿晶方式扩展。

多维应力状态下高温低周疲劳寿命评价

现代工业正在向着高速、高温、高压的方向发展 ,疲劳问题严重威胁着现代工业设备的安全。该文采用 2 2 5Cr 1Mo带预裂纹环状缺口圆柱形试样的实验数据及有限元分析结果 ,研究了采用当量塑性应变范围Δεp 、当量蠕变应变范围Δεc 和当量应变范围Δε,来评价材料在 4 0 0℃、应变速率为每秒 0 2 %、不同缺口形式下的高温低周疲劳总寿命和裂纹扩展寿命的可行性、缺口形式对疲劳寿命 (疲劳总寿命和裂纹扩展寿命 )的影响以及蠕变 疲劳交互作用对高温低周疲劳总寿命和裂纹扩展寿命的影响 ,最后利用最小二乘回归方法 ,得到了该材料高温低周疲劳总寿命和裂纹扩展寿命评价方程〔1～ 7〕 。

不同控制模式下316L不锈钢的高温疲劳变形行为及寿命预测

在550℃下对核电用316L不锈钢进行应变控制(应变幅在0.3%~1.2%)、应力控制(应力幅在230~300 MPa)低周疲劳试验和应变控制蠕变疲劳试验(3种波形,拉伸保载60,180,600 s,压缩保载60,180 s,拉压对称保载180 s),通过疲劳寿命、循环响应特征和应力-应变滞回曲线分析了不同控制模式下试验钢的疲劳变形行为;构建疲劳寿命预测模型,评估了Manson-Coffin-Basquin模型、SWT模型和能量法模型对不同控制模式下试验钢疲劳寿命的预测能力。结果表明:在不同控制模式的疲劳循环载荷下,316L不锈钢的循环应力响应均包括循环硬化、循环软化和失效断裂3个阶段;在低周疲劳试验中,疲劳寿命随应变幅或应力幅的增大而缩短;在蠕变疲劳试验中,疲劳寿命随拉伸保载时间的延长而缩短,随压缩保载时间的延长而增大,这与动态应变时效和蠕变对疲劳损伤的综合作用有关;在相同保载时间下,压缩保载下的疲劳寿命比拉伸保载下的短,这与不同加载方向引起的氧化层致裂机制有关。能量法模型对316L不锈钢在不同控制模式下的疲劳寿命预测精度最高,预测精度在1.5倍误差带以内,Manson-Coffin-Basquin模型的预测精度最低。

复材风扇叶片榫头元件低周疲劳和损伤模式

为考核层合结构复材风扇叶片在1.5倍离心载荷下的低周疲劳寿命,制备一批风扇叶片,在薄弱部位取样。通过建立层合结构风扇叶片有限元模型,模拟榫头的应力状态,从而确定拉伸载荷水平,开展拉-拉载荷低周疲劳测试。在相邻铺层间引入内聚力单元,并考虑榫头试样单向带面内损伤,模拟损伤变量随循环数累积的过程,增加虚拟拉伸载荷,得到榫头低周疲劳失效时刻的损伤状态。试验结果说明榫头元件形成分层裂纹的平均寿命为17207次循环,首次出现分层裂纹的位置基本一致。数值仿真结果表明榫头单向带基体和层间损伤累积引起裂纹扩展,导致低周疲劳失效。本研究可为建立层合结构复材风扇叶片低周疲劳寿命试验流程和疲劳失效判据提供支撑。

时效强化X-750镍基合金低周疲劳性能计算及寿命预测

研究了核反应堆堆内弹簧用0Cr15Ni70Ti3AlNb(X-750)镍基合金材料时效强化状态下在室温至650℃范围内的低周疲劳性能,并采用Manson-Coffin和郑修麟本构关系式对疲劳性能数据进行了计算和分析。结果表明:与M-C经典关系式相比,在室温、350、500和650℃条件下,郑修麟关系式获得了更高的拟合一致性,采用该关系式对X-750合金疲劳寿命的预测精度相对更高。

基于线性强化结构应变法的低周疲劳分析

焊接结构的低周疲劳分析对于轨道车辆尤为重要。为了有效评估焊接结构的低周疲劳,提出一种基于线性强化本构的结构应变数值计算方法。该方法基于经典板壳理论和弹塑性力学。通过考虑材料的应变硬化行为,将材料的真实应力应变关系简化为线性强化本构关系。利用有限元分析软件ABAQUS和Fe-safe计算焊接结构焊趾位置的结构应力,给出基于径向回退算法的线性强化本构塑性修正模型。利用MATLAB编写结构应变数值计算程序对结构应力进行塑性修正,并计算结构应变。基于该结构应变,给出了考虑板厚效应和载荷模式的等效结构应变范围计算公式,利用主应变-寿命曲线分析低周疲劳数据,建立了广泛用于轨道车辆的Q450高强度耐候钢材料制成的3种焊接接头的有限元模型。采用结构应力法的主应力-寿命曲线和结构应变数值计算方法的主应变-寿命曲线对试验获得的疲劳数据进行分析,并对比2种方法计算的等效结构应变范围。结果表明,各焊接接头的试验数据均分布在主应变-寿命曲线的线性窄带内,验证了结构应变数值计算法的可行性;与结构应力法相比,结构应变数值计算方法能更好地反映低周疲劳过程中材料的应变硬化现象,更适用于焊接结构的低周疲劳评估。该方法对轨道车辆焊接板结构的低周疲劳评估具有研究价值。与传统的通过提取节点力的方式计算结构应力和结构应变参数的方法相比,利用MATLAB编写结构应变数值计算程序极大地提高了结构应变参数计算的效率。

基于晶粒尺寸的镍基高温合金低周疲劳寿命预测模型（英文）

镍基高温合金在承受高温和机械应力时很容易产生低周疲劳损伤,疲劳寿命预测对于镍基高温合金的实际应用是非常重要的。为了研究总应变和晶粒尺寸对镍基高温合金低周疲劳行为的影响,本文作者对一种镍基高温合金进行高温低周疲劳试验。结果表明,合金的疲劳寿命随应变振幅和晶粒尺寸的增加而减小。建立一个考虑晶粒尺寸对疲劳寿命影响的低周疲劳寿命预测模型。误差分析表明,低周疲劳寿命模型的预测精度高于Manson-Coffin和Ostergren能量法模型的预测精度。

高温下取向对DD6单晶高温合金低周疲劳寿命的影响

对 76 0℃和 980℃两种温度下 [0 0 1],[0 11]和 [111]三种取向的DD6单晶高温合金的低周疲劳寿命进行了实验研究。结果表明 ,取向对其低周疲劳寿命有重要影响 ,[0 0 1]取向的寿命最高 ,[111]取向的寿命最低 ,通过引入应力幅值 。

GH4169合金高温多轴低周疲劳寿命预测

基于临界面模型的方法提出一个新的多轴低周疲劳损伤准则。该准则与目前的临界面法不同的是,在预测多轴低周疲劳寿命的模型中,同时考虑临界面上最大剪应变和正应变在不同加载路径下对多轴低周疲劳损伤的贡献。试验结果表明,文中提出的多轴低周疲劳寿命预测模型,对于GH4169合金高温多轴疲劳寿命估算具有较高的准确性。

2195铝锂合金的温热低周疲劳行为和疲劳寿命预测

为研究2195铝锂合金在温热条件下(100和200℃)的低周疲劳行为,首先进行应变控制的低周疲劳试验。结果表明,合金的起始和中值寿命滞回环均呈现中心对称特征。在100℃、应变幅值为0.6%条件下的循环应力响应曲线表现出完全循环硬化特征,而其他条件下的循环应力响应曲线均呈先循环硬化、然后循环软化的循环特征。随后,采用多种低周疲劳寿命预测模型对2195铝锂合金疲劳寿命进行评价。结果表明,基于总应变能密度的寿命预测模型具有最佳的预测精度。最后,为揭示2195铝锂合金的疲劳断裂机理,对不同试验条件下合金的疲劳断口进行观察。结果表明,在100℃、应变幅值为0.6%的条件下,合金断面上的疲劳条纹十分明显,但随着试验温度和应变幅值的升高,合金断面上的疲劳条纹逐渐弱化。在温度为200℃、应变幅值为1.0%条件下的疲劳断口呈明显沿晶断裂特征。

DD6单晶高温合金的低周疲劳寿命估算

建立了 DD6单晶高温合金杨氏模量、屈服强度和强化指数与取向定量关系。并用这三个力学参数对滞后能△W进行表达。进而用 Nf =C(△ W)β模型疲劳寿命进行予测 ,对 [0 0 1 ]、[0 1 1 ]和 [1 1 1 ]取向附近的多个取向进行的恒应力速率的低周疲劳试验表明

基于单胞模型镍基单晶高温合金低周疲劳寿命的预测

基于镍基单晶高温合金的微观尺度结构特征,建立了γ/γ′双相单胞有限元模型,并基于能量耗散理论,引入统一表征非对称载荷循环特性和拉/扭多轴效应的k参量,以循环塑性应变能作为损伤参量,建立了镍基单晶高温合金低周疲劳寿命预测模型;分别利用宏观有限元模型和γ/γ′双相单胞微观有限元模型对[001]取向的DD3、PWA1480和CMSX-2镍基单晶高温合金的单轴、多轴低周疲劳试验过程进行数值模拟。结果表明:微观单胞有限元模型反映了试验合金的微观结构特性,其预测精度明显优于宏观有限元模型的;上述3种合金几乎所有的试验数据分别落在1.3,2.0和2.0倍偏差分布带内。

蠕变-疲劳交互作用对高温低周疲劳寿命影响

多维应力状态下蠕变 疲劳交互作用对疲劳寿命(疲劳总寿命和裂纹扩展寿命)影响的研究表明,2.25Cr 1Mo材料无保持周期应变控制的疲劳总寿命和裂纹扩展寿命可用其疲劳成分、蠕变成分和蠕变 疲劳交互作用成分3者的非线性组合来表征,即整个试样的失效过程中存在着蠕变 疲劳交互作用,且其蠕变和疲劳之间是正交互作用。由于这种蠕变 疲劳正交互作用的存在导致了试样或构件的疲劳总寿命和裂纹扩展寿命的降低。利用Matlab对试验结果进行非线性多元回归,得到了用疲劳成分、蠕变成分和蠕变 疲劳交互成分表征的疲劳总寿命方程,定量地表征了该材料蠕变 疲劳交互作用下的疲劳总寿命和裂纹扩展寿命。

高温低周疲劳寿命评价准则的探讨

通过对 4种不同缺口形式的 2 .2 5Cr1Mo钢材料圆柱形试件的高温低周疲劳行为的研究 ,用当量应变范围准则、当量塑性应变能准则和当量总应变能准则评价多维应力状态下的高温低周疲劳寿命。可见 :用当量准则评价高温低周疲劳寿命是有实验和理论依据的 。

DD419镍基单晶高温合金980℃下低周疲劳行为研究

对DD419镍基单晶高温合金在980℃下的低周疲劳行为进行试验研究,并对疲劳数据进行分析,获得该温度下合金疲劳参数。结果表明:该合金低周疲劳变形过程中,弹性变形起主要作用,塑性变形较低;循环应力响应行为以先循环软化、再趋于稳定为主要方式,并且随着应力幅的增加,循环寿命不断降低。低应变幅下,合金的疲劳断裂表现为脆性断裂的特征,并呈现出明显的多源疲劳特征,微观断口形貌的主要特征是出现准解理台阶,可判断准解理断裂是主要的断裂机制。

热处理工艺对GH33A合金高温低周疲劳寿命的影响

本文研究了不同热处理工艺对GH33A高温合金在550℃下的低周疲劳寿命和循环变形行为的影响.结果表明,当应变范围△ε_t<1.2％时,采用双级时效工艺(B工艺)可获得最长的疲劳寿命.当应变范围△ε_t≥1.2％时,采用标准热处理工艺可获得较长的疲劳寿命.热处理工艺不同,合金的循环变形行为则不同.应根据具体构件的受力条件来制定合理的热处理工艺,以发挥合金的潜力.