E550海洋平台用钢二次裂纹扩展机理研究

利用光学显微镜和背散射电子衍射技术对E550海洋平台用钢二次裂纹扩展机理进行了研究,同时对二次裂纹周边的晶粒取向进行了分析。结果表明:钢中的二次裂纹扩展方式与相邻晶粒滑移面的夹角密切相关,其中40%左右的小角度夹角对裂纹扩展影响较小,另外40%左右的相邻晶粒滑移面的夹角为50～62°的大角度夹角,此类夹角的相邻晶粒会在晶界处导致裂纹偏转或起到止裂效果。

基于XFEM的主次裂纹间应力强度因子相互作用

采用新型裂尖改进函数构建的Reduced XFEM,研究次裂纹与主裂纹的相互作用,以及次裂纹对主裂纹应力强度因子的影响,并在裂纹尖端采用互作用积分法计算应力强度因子。计算结果表明:次裂纹存在会使主裂纹的应力强度因子减小;次裂纹长度越长,主裂纹应力强度因子减小得越明显;次裂纹距主裂纹的位置与主裂纹的应力强度因子之间有一定的规律,主裂纹的应力强度因子随主、次裂纹间距离的增大呈"勺"形分布,且当该距离达到一定数值后主裂纹的应力强度因子变化较小,接近单裂纹状态。

次裂纹几何分布对裂纹岩体破坏机制影响研究

通过对含有裂纹的类岩石试件进行单轴压缩试验,研究次裂纹角度、长度以及岩桥尺寸对多裂纹岩体的破坏机制和裂纹扩展特征的影响规律。结果表明:次裂纹角度增加,初裂强度和峰值强度呈递增趋势,主、次裂纹闭合速度和宽度突增值减小,裂纹张开速度和剪切滑动变化值均增大。主、次裂纹之间岩桥贯通路径变短;次裂纹长度增加,初裂强度和峰值强度呈递减趋势,主、次裂纹宽度变化值和剪切滑动变化值均增加,次裂纹长度的增加降低了试件的完整度,岩桥贯通区域的椭圆形核体增大;岩桥尺寸增加,初裂强度呈递增趋势,峰值强度呈递减趋势,主、次裂纹宽度突增值和剪切应变增长值减小,裂纹张开速度和剪切应变突增值增加。分析总结了次裂纹几何分布对岩桥贯通的影响规律。

考虑次裂纹时U71Mn钢的主裂纹扩展行为

采用ANSYS有限元软件,结合疲劳与磨损耦合模型,模拟计算了10t轮重的车轮以全滑动方式滚过初始长度100μm、扩展角度30°的钢轨表面裂纹时裂纹的等效应力强度因子Keff,研究了钢轨疲劳与磨损的关系并分析了主、次裂纹扩展方向及出现次裂纹时主裂纹的扩展行为。结果表明:钢轨的破坏形式以疲劳损伤为主;当裂纹出现分叉之后,主裂纹尖端的应力集中会得到比较大的缓解,其等效应力强度因子下降较快;当裂纹扩展到长度大于1mm之后,在主裂纹扩展过程中均伴随着次裂纹的出现,且主裂纹扩展方向基本不变,扩展速率逐渐加快,而次裂纹的扩展速率和扩展方向都基本不变。

气缸体冷焊后二次裂纹的分析与防止

气缸体出现裂纹有两个原因,一是北方寒冷地区由于驾驶员的疏忽,出车以后忘记放水发生冻裂,这种裂纹一般出现在边盖附近,横向开裂。二是气缸体遭受意外撞击或材料本身缺陷引起,裂纹出现在缸体受力集中的薄弱部位(见图1)。在气缸体冷焊过程中,工艺要求严格,难度较大,稍有差错,焊后极易出现二次裂纹和气孔。

活塞环槽镀铬层次裂纹产生原因及解决措施

针对活塞环槽镀硬铬后产生次裂纹现象,对可能的因素如:镀铬层厚度、磨削速度、冷却环境、磨削量、磨削工具等进行了分析。分析结果表明:以上因素均对次裂纹的产生有影响。通过改进镀铬层厚度设计及改进工艺方案,活塞环槽镀铬次裂纹问题得到解决。

初始裂纹倾角对圆柱滚子轴承次表面裂纹扩展的影响

为探究次表面裂纹倾斜角度对圆柱滚子轴承应力分布及裂纹扩展的影响,文章基于断裂力学、损伤力学等理论基础,应用扩展有限元法建立圆柱滚子轴承的有限元模型,模拟滚道次表面不同倾角的初始裂纹在外力载荷下的动态扩展过程,分析讨论次表面裂纹尖端的应力随裂纹倾角的变化情况以及裂纹尖端的应力对裂纹扩展的影响。模拟结果表明:在圆柱滚子压力载荷作用下,初始倾角在0°~30.0°范围内的次表面裂纹扩展主要受水平方向应力S 11的影响,次表面水平裂纹两端处的扩展同步对称进行;随着初始次表面裂纹逆时针旋转后倾角的增加,裂纹扩展速率增大,裂纹左端扩展长度增长,且增幅均由快到慢并趋于稳定状态,裂纹左端扩展角度增大,裂纹右端的扩展受到抑制。次表面裂纹的扩展速率、扩展长度、扩展角度比较结果表明,水平或较小角度的次表面裂纹扩展对损伤轴承寿命的影响较小。

滚动轴承内圈不同曲率初始次表面裂纹的扩展仿真研究

滚动轴承内圈次表面裂纹的动态扩展将影响轴承工作的稳定性,继而影响轴承的剩余使用寿命。针对这一问题,研究了滚动轴承内圈上不同曲率的初始次表面裂纹对应力分布和裂纹扩展的影响规律。首先,基于扩展有限元方法,构建了承受径向载荷的圆柱滚子轴承有限元模型;然后,基于滚动轴承次表面裂纹的形态特征,模拟了滚道次表面不同曲率的初始裂纹在径向载荷下的动态扩展过程;最后,基于模拟结果,在相同工况下,分析并讨论了次表面裂纹尖端应力随裂纹曲率的变化规律,以及裂纹尖端应力对裂纹扩展的影响。研究结果表明:在径向载荷作用下,次表面裂纹尖端出现应力集中现象;裂纹的扩展主要受水平方向应力(S_(11))的影响;相同工况下,0.25 mm^(-1)~1.67 mm^(-1)曲率范围内的次表面裂纹,曲率较大的裂纹两端的应力较小;次表面裂纹的曲率越大,裂纹的扩展长度和角度均越小;通过比较相同径向载荷下不同曲率次表面裂纹的扩展长度、扩展角度等,发现曲率较大的次表面裂纹对轴承的损伤程度以及寿命的影响较小。这些研究结果可以为更好地理解和预防轴承损伤提供理论依据和参考。

主裂纹与二次裂纹

对断裂构件的断口进行分析,可以为判断引起断裂的原因提供重要依据。断裂包括裂纹的萌生与扩展过程,断裂失效分析的目的在于找出断裂形成原因、部位及扩展方式。如果断裂是由一条裂纹引起的,则根据断口宏观形貌就能比较容易地判断裂纹源的位置及扩展方向。如果断裂是由许多裂纹引起的,则必须从中确定首先开裂的部位,找到该部位的断口。

分布位错法研究移动赫兹压力作用下次表面裂纹的力学行为

目的用理论方法来求解复杂工况下的次表面裂纹问题,并分析裂纹尖端的力学行为。方法利用叠加原理将主问题分成两个子问题,基于弹性力学集中力的Flamant解求解子问题一,基于分布位错技术求解子问题二。进一步建立关于位错密度的积分方程,利用Gauss-Chebyshev数值求积法求解此奇异积分方程,得到相关的力学参量。结果得到了裂纹尖端的应力强度因子和靠近上表面裂纹尖端附近产生局部粘着的临界摩擦系数,并分析了裂纹长度、裂纹埋入深度对裂尖应力强度因子及临界摩擦系数的影响。在裂纹埋入深度一定时,两个裂尖的应力强度因子都随裂纹变长而先增加后减小。靠近表面的裂尖更容易发生粘着,裂纹长度越短,裂纹埋入深度越小,越容易粘着。临界摩擦系数随着裂纹长度的增加而缓慢增加,随裂纹埋入深度的增加,近似呈线性增加。结论在赫兹压力作用下,当裂纹长度较短时,裂纹更容易往内部扩展;而当裂纹较长时,裂纹更容易往表面扩展。

7003铝合金应力腐蚀裂纹扩展的电化学阻抗谱分析

采用慢应变拉伸试验、扫描电镜(SEM)观察以及电化学阻抗谱分析,研究峰时效(PA)、双峰时效(DPA)、回归再时效(RRA)状态下的7003铝合金在3.5%Na Cl(质量分数)溶液中应力腐蚀裂纹扩展的特点。结果表明:应力腐蚀裂纹的过程分为两个阶段,即一次裂纹阶段与二次裂纹阶段,其中二次裂纹扩展阶段决定材料的应力腐蚀敏感性。裂纹扩展截面图及阻抗谱拟合结果显示:二次裂纹扩展速率vPA>vDPA>vRRA。断口形貌表明:峰时效状态二次裂纹沿晶倾向最为严重,双峰时效次之,回归再时效最轻微。结合应力-应变曲线分析:3种时效状态下的应力腐蚀敏感性为I_(SCC)(PA)>I_(SCC)(DPA)>I_(SCC)(RRA)。

分布位错法求解次表面裂纹的力学行为

利用分布位错法求解半无限大平面在赫兹压力下次表面裂纹的力学性质,通过叠加原理将原问题分解成两个子问题,建立关于裂纹面的位错积分方程。采用弹性力学Flamant解求解子问题1,子问题2采用Gauss-Chebyshev数值求积方法,得到裂纹面上相关力学参量。进一步分析赫兹压力位置,裂纹长度、裂纹深度和裂纹与自由表面夹角之间的相互作用对于裂纹扩展的影响。结果表明:赫兹压力离裂纹越远,裂纹尖端的应力集中程度越小,裂纹越不容易扩展;在裂纹非常靠近自由表面且与自由表面平行时,裂纹容易从两端处扩展,造成表面的剥离;裂纹离自由表面比较近时,裂纹容易往自由表面扩展,当深度达到一定值时,裂纹容易往钢轨内部扩展,裂纹长度的增加会加剧裂纹一端的应力集中程度。

含预制裂纹大理岩的压剪试验分析

采用含预制裂纹大理岩块试件对单轴压缩荷载作用下的裂纹扩展及裂纹搭接进行试验研究。试验表明含预制裂纹试件的临界失稳荷载、破坏时的应变及弹性模量都明显降低,原生裂纹的方位对产生何种裂隙有显著的影响,岩桥区尺寸对翼裂的萌生和扩展有显著的影响,使试件表现出完全不同的破坏方式。试验中观察到预制裂纹尖端萌生的裂纹有张拉型的翼形裂纹、压剪型的二次裂纹和翼裂反向裂纹等多种形态。试验观测还表明大理岩翼形裂纹的起裂角为52°～68°之间,而模型材料试验的结果为77°左右,这表明模型材料并不能完全模拟真实岩体的特性。

5A06铝合金焊接接头裂纹失效分析

针对5A06铝合金焊缝附近出现的裂纹进行了分析。5A06铝合金母材、焊缝及热影响区组织分析结果表明,材料成型后的组织不均匀,并且存在夹杂物,晶内和晶界有析出相出现。采用光学显微镜对裂纹的扩展特征进行分析,结果表明,裂纹在材料边缘夹杂物处启裂,以沿晶的特征进行扩展。采用SEM对断口进行微观和宏观分析,断口中存在二次裂纹,断口为脆性断裂。

固溶时效处理对TA10钛合金组织与力学性能的影响

选取TA10钛合金棒材,对其固溶时效热处理,随后使用光学显微镜、扫描电子显微镜研究其组织与力学性能的关系,结果表明:合金经固溶处理后,金相组织由初生α相和β转变组织组成,其中β转变组织由细小的次生α′相和残余β组成,此时组织为典型的双态组织,经时效处理后,会形成细小的次生αs相,时效温度越高αs相越细小;合金经固溶处理后,其抗拉强度为510 MPa,屈服强度为395 MPa,延伸率为23%,时效处理,使其强度增大,塑性降低,随着时效温度升高,趋势相同;仅经固溶处理后,合金的拉伸断口形貌是以等轴状的韧窝为主,断口形貌主要由韧窝构成,当合金再经时效处理后,断口微观形貌中会出现二次裂纹,当时效温度继续增大,断口微观形貌中出现明显的撕裂棱。

12Cr1MoV钢过热器管开裂原因

某公司服役的12Cr1MoV钢过热器管在较短的时间内发生开裂现象,采用宏观观察、化学成分分析、硬度测试、氢气含量分析、扫描电镜分析、金相检验等方法分析其断裂原因。结果表明:由于管坯内部存在原始疏松缺陷,穿孔轧制后缺陷位于钢管内壁;在钢管服役过程中,锅炉气中超标氢分子扩散渗入管壁,在内部缺陷处富集,过热管弯管段存在较大的残余应力,使缺陷处发生氢致应力腐蚀开裂,最终导致过热器管开裂。

40Cr盘毂裂纹失效分析

对40Cr盘毂进行着色渗透法检测时在其齿根处发现裂纹,用体视显微镜观察和分析裂纹及其断口的宏观形貌,用ICP分析盘毂的化学成分,用金相显微镜和扫描电子显微镜观察其显微组织和裂纹断口的微观形貌,用X射线应力仪分析裂纹附近的残余应力。结果表明:40Cr盘毂齿根处为淬火裂纹,淬火时过大的淬火应力导致其在齿根部发生沿晶开裂和大量的二次沿晶微裂纹。针对淬火裂纹产生原因,提出预防和改进措施。

钢轨表面裂纹扩展路径的数值模拟

通过采用有限元分析软件ANSYS对钢轨表面裂纹扩展路径进行模拟,在主裂纹尖端微小区域虚设出不同角度的次裂纹来计算出钢轨表面斜裂纹的扩展路径。仿真结果表明模拟的裂纹路径与实验得到的裂纹路径基本吻合。由此可知,用虚设的次裂纹计算裂纹的扩展方向是可行的。

不同应力比下SiC_p/Al复合材料疲劳裂纹扩展行为

为了研究应力比对SiC颗粒增强铝基复合材料疲劳性能的影响,采用真空液态搅拌法制备了SiCp/Al复合材料,并对CT试样循环加载测定其裂纹扩展曲线.研究了三种不同应力比下的裂纹扩展行为,结果表明:随着应力比R增大,疲劳裂纹扩展速率da/dN降低.疲劳裂纹的断口形貌塑性断裂越明显,裂纹尖端塑性区增大,裂纹尖端钝化越显著,二次裂纹数量增加.