钢丝绳疲劳强度的综合研究

目前,钢丝绳使用寿命颇短,且时有断绳事故发生。泛论,其原因众多。本文认为,现有钢丝绳疲劳强度理论及相关规程的隐含缺陷应属肇事主因。本文应用系列实验资料与相关基础理论建立了较为完善的钢丝绳疲劳强度数-力计算模型,并据此导出了制定有关规程(或标准)应依据的基本公式。新计算公式较全面地概括了影响钢丝绳疲劳强度的主要因素,即钢丝绳质量、负载特征、设备条件、环境约束、报废标准等。为使在用钢丝绳达到期望疲劳寿命,并能获得较高的社会经济效益,本文建立了绳载优化匹配概念、数学模型及其社会实践准则。

缺口应力集中对5083-H111铝合金超高周疲劳性能的影响

为正确评价超高周范围内带缺口的5083-H111铝合金疲劳强度的降低程度和疲劳强度对缺口的敏感程度，用20kHz的超声疲劳实验技术分别对漏斗形光滑试件、缺口（2种）试件进行了1065-10^10周次的对称拉压超声疲劳实验，并用扫描电镜分析了疲劳断口形貌．结果表明：在10^10周次内，光滑和缺口试件疲劳曲线分别表现出极限平台型和连续下降型特征，缺口显著降低了5083-H111铝合金的疲劳性能；绝大部分试件疲劳裂纹萌生于表面，断口上没有观察到“鱼眼”形貌特征．理论应力集中系数为1．94的试件疲劳弧线成凹形，理论应力集中系数为2．90的试件裂纹源分布在断口四周；不同的疲劳裂纹萌生机制使得缺口应力集中对疲劳性能的影响规律不同，对于只有一种表面裂纹萌生机制的5083-H111铝合金，超高周范围内疲劳缺口系数和疲劳缺口敏感系数均随着疲劳寿命的增加而增加．

缺口应力集中对AL6061铝合金超高周疲劳性能的影响

利用超声疲劳试验方法考察了AL6061铝合金缺口试样的疲劳强度,分别对板状光滑试样和缺口试样进行了105周次~1010周次范围内的对称疲劳试验。试验载荷为轴向拉压R=-1,加载频率为20 kHz,环境温度为室温,试验结果显示,在1010周次范围内光滑试样和缺口试样的S-N曲线都出现了极限平台型的特征,存在传统疲劳理论定义的疲劳极限,且试样的疲劳性能随着应力集中系数的增加而降低。大多数试样疲劳裂纹萌生于表面,但随着疲劳周次的增加,AL6061铝合金疲劳缺口系数和疲劳缺口敏感系数增加。理论应力集中系数为2.54的试样其疲劳缺口敏感系数为0.89,理论应力集中系数为3.27的试样其疲劳缺口敏感系数为0.82,疲劳缺口敏感系数接近1,表明AL6061铝合金具有非常高的缺口敏感性,在实际工程应用中,须充分考虑应力集中对该材料及相应结构疲劳强度的影响。

超深井小钻工具接头螺纹结构研制与应用

为适应塔里木油田深井和超深井勘探与开发的恶劣工况,同时针对其深井、超深井小钻工具的疲劳失效问题,研制了一种特殊螺纹(TMXT36)结构的超深井小钻工具,该特殊螺纹结构减少了每英寸的牙数,加长了外螺纹接头最末完全扣到外台肩的距离,比常规的螺纹多设计了3扣,减小其刚性,增加了弹性,从而提高其抗疲劳寿命(2.5倍);该螺纹结构将扣根的最大应力转移到了接触面较宽的螺纹导向面上,降低了螺纹根部的疲劳缺口敏感系数(3.5)。该特殊螺纹与油田现有的NC38、TX60和TH90螺纹有限元对比分析得出:TMXT36的应力集中系数和其疲劳缺口敏感系数为最小,其抗疲劳寿命比其他螺纹接头提高了2.5倍,其试制成品在塔里木油田得到了应用和验证。

1Cr17Ni1双相不锈钢室温旋转弯曲疲劳性能

在应力比R=-1,转速为5 000r/min和室温环境下测试了1Cr17Ni1双相不锈钢光滑旋转弯曲疲劳试样和缺口旋转弯曲疲劳试样的数据,得到了2种试样的S-N曲线。并采用扫描电镜(SEM)分析了2种试样的断口形貌,研究了1Cr17Ni1双相不锈钢高周疲劳特性。结果显示,光滑旋转弯曲疲劳试样的疲劳极限为320MPa,其疲劳裂纹萌生于试样的表面;缺口旋转弯曲疲劳试样的疲劳极限为137MPa,其裂纹源萌生于缺口处。经计算得到1Cr17Ni1双相不锈钢的缺口敏感系数为0.67。