某镍基粉末合金高温疲劳裂纹扩展行为与模型研究

针对涡轮盘用某镍基粉末高温合金材料,开展了高温疲劳裂纹扩展试验,分析了环境温度、载荷比、紧凑拉伸(CT)试件厚度等因素对于疲劳裂纹扩展行为的影响规律,建立和评估了考虑影响因素的裂纹扩展速率模型。结果表明:随着温度的升高和载荷比的增大,疲劳裂纹扩展速率会显著增大,而CT试件厚度对于扩展速率的影响较小;通过观测断口截面发现,在500~700℃内,疲劳裂纹的扩展机制与温度之间没有显著关联,而在700℃下,高载荷比的条件使得裂纹扩展断面更为粗糙;提出了一种温度相关的疲劳裂纹扩展速率模型,可较好地描述不同温度下的疲劳裂纹扩展曲线;对比了Walker模型和Newman裂纹闭合模型的应用效果,发现Walker模型在描述不同载荷比下的裂纹扩展速率方面更为优秀。

基于改进McEvily模型的深海结构表面裂纹疲劳扩展模拟(英文)

文章基于改进的McEvily模型预测深海结构表面裂纹的疲劳寿命。采用ANSYS软件进行三维有限元分析来计算表面裂纹的应力强度因子,裂纹增量和对应的载荷循环数通过改进的McEvily模型计算得到。使用APDL语言对ANSYS软件进行二次开发,实现了应力强度因子计算、有限元网格的自动更新和裂纹疲劳整个扩展过程的自动模拟。以深海结构典型节点试件为例子,阐述了表面裂纹疲劳扩展数值分析方法,包括改进的McEvily模型参数的确定、应力强度因子的有限元计算和疲劳裂纹扩展的数值模拟,得出结构的疲劳寿命和表面裂纹的扩展形貌变化。最后,将计算结果与其他扩展速率模型预测的结果以及试验结果进行对比,结果表明改进的McEvily模型的疲劳寿命预测结果相比其他扩展速率模型更为接近试验结果,说明基于改进的McEvily模型的疲劳裂纹扩展数值模拟是合理的、可行的。

应力比对疲劳裂纹扩展速率的影响

通过30Cr Mn Si Ni2A钢在不同应力比下疲劳裂纹扩展试验数据,讨论了在相同裂纹长度时应力比对疲劳裂纹扩展速率的影响,并提出了R-p-da/d N-a概率模型.分析表明疲劳裂纹扩展速率与裂纹长度之间存在幂函数关系da/d N=C(R)(a)n(R),且lgC(R)和n(R)是应力比R的线性相关函数,lgC(R)随着应力比R增大而减小、n(R)随着应力比R增大而增大.但是在相等裂纹长度下,应力比增大,疲劳裂纹扩展速率是减小的.

应力比对E690高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展影响的试验研究

因E690高强钢具有耐腐蚀、强度高等特点,被广泛使用在海洋工程装备中,而腐蚀疲劳是其主要的失效形式,其中应力比对裂纹扩展的影响不可忽视。选取应力比R为0.1、0.3和0.5,在空气和腐蚀环境中对E690高强钢进行疲劳裂纹扩展试验。通过对各个条件下的试验数据进行处理,得到相应的da/d N-ΔK曲线。利用Paris、Walker两种不同的模型分析了应力比对裂纹扩展速率的影响。结果表明:E690高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展速率随着应力比的增大而变大;裂纹扩展门槛值Kth随着应力比的增大而减小;Paris模型的拟合效果较好,Walker模型的失真会随应力比的增大而加剧。

弯扭交变载荷作用下变桨轴承套圈材料的断裂寿命研究

变桨轴承套圈在服役过程中会发生断裂,其主要原因是套圈存在微裂纹,在弯扭交变载荷作用下裂纹以不同疲劳方式不断扩展直至断裂。为此,对标准试件进行裂纹扩展,反映变桨轴承套圈失效位置的断裂过程和寿命。确定了套圈断裂位置的等效载荷谱及裂纹扩展模型,根据变桨轴承所承受的纯机械疲劳建立裂纹扩展速率模型,计算标准试件在弯扭交变载荷作用下,裂纹以机械疲劳方式扩展的路径和寿命。裂纹扩展仿真结果表明,裂纹在以机械疲劳方式扩展下,含有微裂纹的变桨轴承套圈能达到使用寿命,考虑腐蚀与疲劳同时作用导致变桨轴承套圈失效。

双向应力场下对接接头裂尖应力强度因子研究

裂纹尖端的应力强度因子K是判断裂纹扩展和结构断裂的重要参数,准确描述对接接头焊趾附近裂纹尖端的应力强度因子,在研究焊接接头裂纹扩展速率中显得尤为重要.以对接接头为研究对象,考虑焊接残余应力、压弯双向应力等对应力强度因子的影响,提出了适用于双向应力场下裂纹尖端的应力强度因子计算公式,并对该公式进行验证.结果表明,修正的应力强度因子计算公式更能准确预测疲劳裂纹扩展速率.

Effects of stick-slip on stress intensity factors for subsurface short cracks in rolling contact

This paper theoretically investigates the effects of stick-slip in roiling contact zone on stress intensity factors （SIFs） for sub- surface short cracks. New mathematical models for SIFs including stick-slip ratio are deduced in two cases. One is a subsur- face short crack parallel to surface, and the numerical analysis shows that the value of Kn increases with the increase of stick-slip ratio; the other is a subsurface short crack perpendicular to the surface, and the numerical analysis indicates that the positive value of KI decreases with the increase of stick-slip ratio. As AKI and AKI are necessary to evaluate the fa- tigue crack propagation rate or fatigue lifetime, the influences of stick-slip ratio on them are then discussed. It is found that the maximum variations of AK1 and AKu are both around 3.0% due to stick-slip ratio variation.