基于ANSYS Workbench的横孔毛刺疲劳冲击有限元分析

应用CATIA建立汽车制动主缸横孔毛刺的三维实体模型,应用ANSYS Workbench进行网格划分,施加约束和载荷,建立汽车制动主缸横孔毛刺的有限元分析模型,对横孔毛刺的疲劳冲击过程进行仿真分析,得到相应的静压力分布图、动压力分布图和流速分布图,根据数据分析横孔毛刺在液压强度下的脱落情况,验证流体疲劳冲击加工方法的可行性。

高强度马氏体不锈钢的小能量冲击疲劳行为研究

随着钻具失效的不断发生,越来越多的研究者进行服役工况下钻具失效-断裂行为的机理研究。在服役过程中钻具受到复杂载荷的作用,既有静载荷也有大能量单次冲击载荷和小能量多次冲击载荷,小能量多次冲击载荷会造成材料冲击疲劳。研究了新型高强度马氏体不锈钢在不同冲击能量下的材料的冲击疲劳失效行为。结果表明,材料的冲击疲劳寿命的影响因素主要是加载的冲击能量,即冲击能量越高材料的冲击疲劳寿命越低,但冲击能量的变化不会改变材料的断裂形式。在疲劳裂纹萌生阶段,冲击能量的提高可使裂纹快速萌生。在疲劳裂纹扩展阶段,冲击载荷作用于裂纹尖端并使裂纹逐渐扩展。最后,建立了裂纹长度a与循环周次N的函数关系,计算了裂纹的扩展速率。

高应变率载荷下纯钛的非连续冲击疲劳失效模型及其微观机理

基于传统的分离式霍普金森拉杆系统,设计了应变控制的冲击疲劳寿命测试实验,研究了冲击疲劳加载下纯钛的微观演化机制及冲击疲劳对材料宏观力学行为的影响。通过对不同冲击疲劳试验阶段的试样开展准静态力学性能测试,借助扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)和电子背散射衍射(electron backscatter diffraction,EBSD)技术表征试样在不同阶段的微观组织以及冲击疲劳失效后的断口形貌,研究纯钛在冲击疲劳失效过程中的循环硬化/软化规律及其微观演化机制。结果表明:通过改变子弹长度可以实现应变控制的冲击疲劳寿命测试;Manson-Coffin疲劳寿命模型可以较好地反映纯钛的冲击疲劳寿命与应变幅值之间的关系;纯钛在冲击疲劳失效过程中表现出循环硬化的现象,这主要是疲劳过程中孪生变形引起的细晶强化和塑性变形引起的应变硬化共同作用的结果,纯钛的冲击疲劳损伤主要表现为变形能力的损失。

低温环境对枪械零件冲击疲劳的影响研究

通过对某型号自动步枪进行低温环境和室温环境下的实弹射击实验,探究低温环境对枪械零件冲击疲劳的影响。低温环境下,击锤零件的疲劳寿命显著降低,与材料轴向疲劳性能测试结果不符。通过对失效零件进行宏观和微观观察,排除加工或者材料缺陷的影响。结合微观断口形貌和力学性能测试数据分析,结果表明:冲击疲劳相对于正常轴向疲劳来说,温度降低,疲劳敏感性升高;冲击疲劳寿命与材料强度和塑性韧性有关,低温回火后冲击韧性较低,随回火温度降低,冲击韧性低于冲击疲劳抗力的下限,疲劳寿命降低。对于长期在低温条件下服役的枪械零件,需要提高材料的低温冲击韧性,保证符合设计寿命需求。

弹簧操动机构分闸扣板冲击疲劳寿命估算

针对弹簧操动机构分闸扣板在工作过程中失效的问题,提出了一种适用于受强冲击载荷的疲劳寿命计算方法。运用RecurDyn对整体弹簧操动机构进行运动学分析,得到合闸速度、行程与弹簧力。基于运动学模型利用Lsdyna进行冲击动力学仿真,得到合闸过程中分闸扣板应力集中处的时间应力曲线。针对其失效特点,采用局部应力应变法加冲击损伤修正方法进行寿命估算,得到的结果为9216次,与实际测试次数10000次相比,误差为7.8%,符合工程要求。

Hopkinson杆式冲击疲劳试验方法研究

在民用与国防领域,装备或结构部件常常受到高加载率的重复冲击,即冲击疲劳问题。冲击疲劳试验装置是研究冲击疲劳问题的基础,该研究提出一种分离式Hopkinson杆式冲击疲劳试验方法。首先通过真空系统使撞击弹复位,在加载过程中通过弹性约束对入射杆进行限位,最后利用电动推杆使透射杆和试样复位,以上过程通过PLC控制器控制。这种方法操作简易,能通过在杆上的信号采集实现冲击波的连续实时显示,并能改变撞击体几何构形以产生不同形状(梯形波、三角波或半正弦波)和不同加载率(8×10^(5)~3×10^(6)MPa/s)的冲击加载波,加载频率范围在0~0.5 Hz。最后利用高强钢圆柱试样和含有工艺缺陷的增材制造316L不锈钢三点弯曲试样对试验方法进行了验证,证明该方法有效可靠。

铸造高温合金涡轮叶片热冲击疲劳行为研究

为了研究不同材料涡轮叶片热冲击疲劳性能,采用感应加热热冲击试验装置对三种铸造高温合金涡轮叶片进行了试验研究。利用光学相机、视频显微镜和扫描电子显微镜对叶片表面裂纹形貌、叶片横截面和断口形貌进行观察。结果表明:单晶涡轮叶片热冲击疲劳寿命长于定向晶涡轮叶片热冲击疲劳寿命。定向晶涡轮叶片中添加Re元素延长了热冲击疲劳寿命。热冲击疲劳导致裂纹萌生于叶片中截面考核区并沿叶高方向扩展。裂纹的扩展方式与叶片合金成分及铸造工艺有关。

火炮身管疲劳断裂试验和数值模拟研究

烧蚀磨损和疲劳是影响火炮身管寿命的主要因素,前者使内膛表面产生了随机的烧蚀坑或微裂纹,形成了大量的应力集中区,在疲劳作用下,微裂纹沿身管径向由内向外扩展形成宏观裂纹,一旦其深度达到临界值,继续发射则可能导致身管断裂。针对身管疲劳断裂问题,根据火炮发射过程中载荷作用特点,自主设计了液压冲击疲劳试验装置,在实验室条件下再现了身管服役条件下的疲劳断裂现象。试验结果表明:冲击载荷作用下,身管疲劳断口包括裂纹源、扩展区和瞬断区3个部分,扩展区呈现典型的“海滩条纹”特征;身管外壁面周向应变的演化规律与裂纹的扩展速率变化规律之间存在内在的映射关系,从而可为身管健康监测、发射安全性评估提供新的技术手段。数值模拟采用J-C方程描述炮钢材料的动态本构关系,将材料的应变率效应纳入仿真计算过程中,模拟结果与试验结果之间具有较好的一致性。

金属陶瓷热冲击疲劳裂纹形成机制

研究了金属陶瓷热冲击疲劳特性，重点探讨了裂纹的形成机制。试验结果表明，随着循环温度的增高，裂纹形核孕育期缩短，裂纹扩展速率增大；随着金属陶瓷中金属相含量的增加，裂纹扩展速率降低。热冲击疲劳裂纹的形成与微孔洞的形核、长大和连通有关。研究还发现，金属陶瓷热冲击疲劳断口中存在疲劳条纹。

40Cr钢的冲击疲劳性能及疲劳断口分析

采用超声疲劳试验法研究40Cr钢在105～1010周次,受到冲击前后的疲劳性能,用扫描电镜分析疲劳断口形貌特征。结果表明,40Cr钢的S-N曲线始终保持下降趋势,随着疲劳循环数的增加,循环应力的变化幅度减小;受冲击后,在105～1010周次循环范围内,40Cr钢的疲劳寿命下降的趋势明显加快。在280MPa的应力下,40Cr钢未受冲击时的疲劳寿命为28.359×106周次,而受冲击后的疲劳寿命骤降到18.653×106周次,两者存在明显差距。40Cr钢受冲击前后的断口形貌无明显差异,受冲击后试样的疲劳裂纹在两侧的扩展速度更快,瞬断区面积偏大较为明显,从扩展区断口显微形貌观察到明显的疲劳辉纹。

新型贝氏体钢的组织和冲击疲劳性能研究

通过显微组织观察和冲击疲劳实验,研究了不同热处理新型贝氏体钢的组织和冲击疲劳性能。结果表明:新型贝氏体钢正火低温回火的组织由贝氏体铁素体和奥氏体组成,淬火低温回火组织为回火马氏体和残余奥氏体,正火低温回火热处理的冲击疲劳寿命高于淬火低温回火热处理的冲击疲劳寿命。分析了多冲疲劳裂纹扩展的行为,讨论了正火低温回火提高冲击疲劳的原因。

稀土及热处理对中铬半钢的冲击疲劳性能的影响

研究了稀土元素及热处理对中铬半钢冲击疲劳性能的影响。结果表明 ,稀土与热处理复合作用 ,可加速网状共晶碳化物向孤立的块状转变 ,促进粒状碳化物的析出 ,有效地推迟裂纹的形成 ,降低裂纹扩展速率 ,提高中铬半钢的冲击疲劳抗力。

WC-Co类硬质合金的低周冲击疲劳性能研究

为研究WC-Co类硬质合金的冲击疲劳断裂机制和微观组织参数对其低周冲击疲劳性能的影响,对6种牌号不同WC晶粒尺寸及Co含量的硬质合金进行了冲击疲劳试验,并用扫描电子显微镜(SEM)观察冲击疲劳断口。结果表明:当硬质合金承受冲击加载时,裂纹从粉末冶金缺陷处萌生,萌生的裂纹与孔洞相互连接形成主裂纹,主裂纹快速扩展导致材料疲劳失效。Co含量越高的硬质合金其疲劳敏感性越强,冲击疲劳寿命越短;WC晶粒尺寸越大的硬质合金其冲击疲劳寿命越长。

拉伸超载对超高强度钢A-100冲击疲劳性能的影响

研究了A-100钢单边缺口三点弯曲试样经拉伸超载处理后,冲击疲劳性能的变化。在室温下测得拉伸超载处理前后,冲击能量-冲击疲劳寿命曲线,并对冲击疲劳断口进行微观分析。结果表明:拉伸超载可延长A-100钢的冲击疲劳裂纹起始寿命而对裂纹扩展寿命无影响;试样超载后裂纹源区微观形貌发生变化,缺口根部残余压应力的存在是造成这些变化的主要原因。

稀土元素对半钢冲击疲劳性能的影响

研究了稀土元素对半钢冲击疲劳性能的影响。采用金相显微镜、扫描电镜观察了经疲劳试验后半钢中碳化物的形貌、疲劳裂纹的萌生与扩展 ;测定了稀土含量与总裂纹的长度和裂纹扩展速率之间的关系曲线。结果表明 ,稀土能推迟裂纹萌生的时间 ,降低裂纹扩展速率 ,提高其冲击疲劳抗力。当半钢中添加 0 .2 %RE及 960℃× 3h正火处理共同作用时 ,抗冲击效果最显著。

含20%Ni金属基陶瓷的热冲击疲劳

研究了含２０％Ｎｉ的Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）基金属陶瓷的热冲击疲劳。试验结果表明：随循环温度的上升和冷却速率的加快，热冲击疲劳裂纹的形成孕育期缩短，裂纹扩展速率加快。缺口也使裂纹形成的孕育期缩短。观察还表明，热冲击疲劳断口中存在疲劳条纹。

基于损伤力学的某飞机构件冲击疲劳寿命预估

某飞机起落系统中某重要构件在飞机往复起落中承受循环冲击载荷作用,需对该构件的冲击疲劳强度进行分析。损伤力学方法对冲击疲劳问题来说是一种新的分析方法。首先分析构件在静载荷作用下的细节应力,判明疲劳危险点,接着分析得到危险点在冲击载荷作用下的应力响应。然后构建冲击型损伤演化方程,并识别其中的材质参数,提出将应力响应视为载荷谱的应力应变场—损伤场解耦处理方式,发展了损伤力学—有限元法,使其可用于预估构件冲击疲劳裂纹萌生寿命。而后应用该方法对构件在冲击疲劳载荷与非冲击疲劳载荷作用下的疲劳裂纹萌生寿命进行预估,得到寿命预估结果,进而比较得到冲击疲劳载荷作用下和非冲击疲劳载荷作用下构件寿命的当量关系,为该构件的等效疲劳试验提供重要参考依据。

残余奥氏体对300M超高强度钢冲击疲劳性能的影响

研究了 30 0 M超高强度钢油淬和 2 70℃等温淬火组织中残余奥氏体 (AR)对冲击疲劳性能的影响 .结果表明 ,残余奥氏体量越多 ,冲击疲劳裂纹起始寿命 Ni 越低 ,裂纹扩展速率 da/ d N越快 .AR作为软相 ,使板条间易于相对滑移 ,产生微裂纹 .AR对 da/ d N影响的主要机制是裂纹尖端塑性区内的应变诱发马氏体相变 .

AF1410与300M钢的腐蚀冲击疲劳行为

根据舰载飞机起落架的服役条件提出了腐蚀冲击疲劳概念和试验方法。考察了两种起落架材料在盐水中的腐蚀冲击疲劳行为 ,包括冲击疲劳寿命、裂纹萌生与扩展速率。尽管两种材料在空气中的冲击疲劳寿命几乎相等 ,但 30 0 M钢在盐水中的冲击疲劳寿命下降幅度较大。在盐水介质中 ,氢脆加速 30 0 M钢冲击疲劳裂纹的萌生和扩展。局部塑性变形区优先腐蚀促使 AF14 10钢的裂纹萌生 ,盐水对 AF14

稀土变质及热处理对耐磨铸铁冲击疲劳性能的影响

采用金相显微镜、扫描电镜观察了经冲击疲劳试验后耐磨铸铁中碳化物的形貌、疲劳裂纹的萌生与扩展,测定了稀土含量及加热温度与裂纹的长度和裂纹扩展之间的关系曲线,在此基础上探讨了稀土变质及热处理对耐磨铸铁冲击疲劳性能的影响。结果表明:稀土能推迟裂纹萌生的时间,降低裂纹扩展速率,提高其冲击疲劳抗力。当稀土与热处理共同作用时,效果更显著。其原因主要归于网状共晶碳化物形态与分布的改变。