裂纹扩展曲线建模方法及其影响研究

裂纹扩展曲线的建模是基于概率断裂力学的耐久性分析方法的前提。针对裂纹扩展曲线的特点和多项式插值法的缺点,提出用指数函数对裂纹扩展曲线拟合并估算与参考裂纹尺寸相应的TTCI值的新方法,比较了多项式插值法、神经网络插值法以及指数函数拟合法对TTCI值等的影响。试验与计算结果表明不同建模方法对TTCI值、裂纹扩展率参数以及TTCI分布参数(三参数Weibull分布)等有一定影响。相比较而言,指数函数拟合具有计算稳定、简单、可靠以及便于工程应用等优点。

机械工程材料裂纹扩展曲线测试新方法

提出了一种可以综合利用以往积累的试验数据测试机械工程材料裂纹扩展曲线的新方法 ,与传统的只能利用当前试验数据确定机械工程材料裂纹扩展曲线方法相比 ,在精度相同的情况下 ,可以节省大量试件 ,而且在试样数一定的情况下 ,又可大大提高预测精度。

基于分形插值金属裂纹扩展曲线的拟合研究

利用分形插值原理对金属裂纹扩展曲线进行拟合,分形插值是对复杂空间的一种逼近手段,它能更精细地描述处理对象。也就是说,只要通过一些已知点,即可插出具有分形性质的复杂图形,分形插位运算是在构造的选代函数系(IFS)中逐步进行的,用分形原理求出的描述其特征的函数的这种方法处理数据更精确,易于计算机实现等优点。

确定海洋平台钢裂纹扩展曲线的快速方法

提出了一种确定海洋平台钢裂纹扩展曲线的快速方法 ,该方法可以综合利用以往的经验数据和当前试验数据确定表面疲劳裂纹扩展速率曲线。与传统的只能利用当前试验数据确定表面疲劳裂纹扩展速率曲线相比 ,其可利用信息量大幅度增加。所以在精度相同的情况下 ,可以节省大量试件 ;而且在试样数一定的情况下 ,又可大大提高预测精度。文中还给出了海洋平台钢试验对比实例。

表面疲劳裂纹扩展性能曲线测试的小样本方法

提出了一种测试表面疲劳裂纹扩展性能曲线的小样本方法 ,该方法可以综合利用以往的经验数据和当前试验数据确定表面疲劳裂纹扩展性能曲线 .与传统的只能利用当前试验数据确定表面疲劳裂纹扩展性能曲线相比 ,其可利用的信息量有了大幅度增加 ,所以 ,在精度相同的情况下 ,可以节省大量试件 ;而且在试样数一定的情况下又可大大提高预测精度 .文中还给出了一个试验对比实例 .

基于拘束的X80钢裂纹扩展阻力曲线构建

对于管道中的裂纹,由于其裂纹尖端拘束水平低,使用单边缺口弯曲试样、紧凑拉伸试样所测得的裂纹扩展阻力曲线对管道进行断裂评估,得到的结果趋于保守.文中采用裂纹深度不同的单边缺口拉伸试样,探讨了裂纹深度对裂纹扩展阻力曲线的影响.采用有限元分析,计算了裂纹深度不同的单边缺口试样的裂纹尖端拘束水平.最后,基于裂纹尖端的拘束水平,所构建的裂纹扩展阻力曲线能更加准确地表征管道中裂纹的扩展阻力曲线.

金属疲劳裂纹扩展率曲线与S-N曲线之间的关系(英文)

目前有两种不同的理论用于预报金属结构的疲劳寿命。一种是基于S-N曲线的累积疲劳损伤理论 ,另一种是基于裂纹扩展率曲线的疲劳裂纹扩展理论。如果都把一个构件的最终断裂作为疲劳破坏的定义 ,则S -N曲线和裂纹扩展率曲线均是反映金属在疲劳载荷作用下的基本材料特性。尽管在过去这两种曲线是分别测试的 ,但它们之间应该存在一些相互关系。本文的主要目的就是讨论它们之间的关系。基于S -N曲线的一个一般表达式和裂纹扩展率曲线的一个有代表性的表达式 ,本文建立了两种曲线之间的一个正式关系 ,这表明只需要测试一种曲线 ,而另一种曲线就可以根据已有的试验结果导出。文章以一个中央裂纹平板作为例子 。

E690高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展速率曲线与S-N寿命曲线转换研究

以E690高强钢为研究对象,结合实验获得的裂纹扩展速率曲线与寿命S-N曲线,研究这两种腐蚀疲劳性能模型之间的内在联系,量化并建立两者之间转换的关系模型,实现将裂纹扩展速率曲线转换为对应的S-N曲线。结果表明,所提的方法能较好地实现材料裂纹扩展速率曲线与寿命S-N曲线之间的转换,具有很好的可行性和通用性,有助于优化E690高强钢腐蚀疲劳寿命预测与损伤定量评估体系。

ZrO_2(3Y)/Fe_3Al复合材料的裂纹扩展阻力曲线与增韧机制

通过压痕小裂纹法测量了ZrO2(3Y)/Fe3Al复合材料的R曲线,并利用显微Raman光谱和XRD测试了ZrO2(3Y)/Fe3Al复合材料的相变高度(h)和可相变体积分数((?)f),定量探讨了ZrO2(3Y)/Fe3Al复合材料中相变增韧和桥联增韧2种机制对增韧的贡献。结果表明:Fe3Al的加入使相变高度h和可相变体积分数(?)f明显提高,当Fe3Al含量为30％(体积分数,下同)时,h由单相ZrO2(3Y)的12μm提高至21μm;(?)f由单相ZrO2(3Y)的19％提高至30％,h和(?)f的增大使相变增韧效应增高。Fe3Al的桥联效应及相变增韧效应使ZrO2(3Y)/Fe3Al复合材料具有较单相ZrO2(3Y)更明显的R阻力行为。

结构钢材基于CTOD的裂纹扩展阻力曲线的低温试验研究

裂纹尖端张开位移(CTOD)是材料断裂分析的重要判据指标。在钢材韧性较好的时候,随着裂纹的扩展,构件的承载力也会有所提高,说明随着裂纹扩展,裂纹尖端的断裂韧度有所升高。裂尖断裂韧度与裂纹扩展量的关系曲线称为裂纹扩展阻力曲线。裂纹扩展阻力曲线反映了构件断裂过程与构件的断裂模式、承载力的有关系。本文根据结构钢材低温断裂试验的结果,分析了常用结构钢材的低温条件下基于CTOD指标的裂纹扩展阻力曲线,试验结果可为钢结构断裂设计提供依据。

压力容器钢疲劳裂纹扩展速率曲线测试的小样本方法

提出了一种测试压力容器钢疲劳裂纹扩展速率的小样本方法 ,可以综合利用历史数据和当前试验数据确定疲劳裂纹扩展速率曲线。与仅能利用当前试验数据的传统方法相比 ,在精度相同的情况下 ,可以节省大量试件 ;在试件数量相同的情况下 ,可以大大提高测试精度。

Ⅰ型断裂尺寸效应及裂纹扩展阻力曲线的有限元分析

针对三点弯曲法在测定混凝土等材料断裂能时存在不同程度的尺寸效应现象,基于有限元软件ABAQUS,建立5种不同尺寸、几何相似的混凝土梁,采用线性内聚力模型模拟裂纹尖端微小内聚力区域的力学特性,分析单边带预制裂缝的三点弯曲梁的Ⅰ型断裂开裂过程,针对其尺寸效应和裂纹扩展阻力曲线开展研究。结果表明,随着试件尺寸的增大,试件断裂过程区的相对长度和名义强度减小,应力强度因子和峰值荷载及对应挠度值增大;小尺寸结构破坏模式的延性特性较显著,而大尺寸结构表现出更加显著的脆性特性;尺寸效应定律的线性形式能较好地反映名义强度和试件尺寸之间的关系;通过材料的裂纹扩展阻力曲线获得裂纹失稳扩展临界点所对应的宏观断裂能,其值与输入的数值模拟参数基本一致,采用裂纹扩展阻力曲线获取材料断裂能是可行的。

7050-T7451铝合金不同结构耳片疲劳裂纹的扩展行为

对7050-T7451铝合金直耳片、对称斜耳片和非对称斜耳片进行了不同方向、不同大小载荷下的疲劳裂纹扩展试验,对比分析了疲劳裂纹扩展曲线和裂纹扩展路径。结果表明:在加载方向和载荷峰值相同时,对称斜耳片的疲劳寿命高于直耳片的,且增大斜切角有利于提高其疲劳寿命;对称斜耳片受纵向疲劳载荷时的疲劳寿命高于受斜向疲劳载荷时的,初始裂纹在斜切角较小侧的非对称斜耳片更容易发生疲劳断裂;随着加载角度的增大,耳片的裂纹扩展方向与载荷方向的夹角逐渐减小;受横向斜载荷的斜耳片,其耳孔内侧首先出现裂纹,其扩展方向与载荷方向的夹角约为45°。

冲击作用下核用Q390D钢的裂纹扩展阻力曲线研究

为确定典型的压力容器钢材Q390D的裂纹扩展阻力曲线,对含预制裂纹的核用Q390D钢试样进行夏比冲击试验,得到了试样的载荷–位移曲线和冲击吸收功曲线。通过柔度变化率法计算试样的起裂时间,并分别采用准静态法、经验的Schindler法和归一化方法分析得到Q390D钢在冲击载荷下的动态裂纹扩展阻力曲线(J-R曲线)。归一化方法在计算过程中考虑到裂纹扩展的修正,其J-R曲线的预测精度与实际误差较小,但计算过程较为繁琐,效率较低。对比分析表明,与归一化方法相比,准静态法由于未考虑动态效应,J-R曲线的精度较低;Schindler法的相对误差较小,得到的J-R曲线偏于保守,且便于求解,适用于工程应用。

变幅载荷疲劳裂纹扩展预测模型

为克服变幅载荷疲劳裂纹的预测中受到的实验成本、时间、载荷谱型等诸多因素的限制,在常幅载荷下S-N曲线与疲劳裂纹扩展曲线关系的基础上,研究了变幅载荷下两曲线之间的关系,并结合疲劳累积损伤理论,推导了块谱载荷裂纹扩展裂纹长度的预测方法,同时考虑了超载迟滞效应的影响,最后进行了实验研究.实验与计算结果表明该方法有效、便于工程应用,该方法可用于结构设计阶段对疲劳裂纹扩展寿命的预测.

HTPB推进剂低温裂纹扩展特性试验研究

使用中间穿透型平板裂纹试件开展不同温度下Ⅰ-型裂纹扩展试验,研究了温度对HTPB推进剂裂纹扩展特性的影响。使用改进割线法计算了不同温度下推进剂的裂纹扩展速率,得到了其裂纹扩展阻力曲线,并对裂纹扩展速率与Ⅰ-型应力强度因子进行了回归分析。研究结果表明,在低温下推进剂的裂纹扩展速率比常温时要大,温度越低,裂纹开始扩展的时间越短。不同温度下推进剂的裂纹扩展速率与Ⅰ-型应力强度因子都满足幂函数关系。

改进的疲劳裂纹扩展率模型及其参数估算方法(英文)

疲劳裂纹扩展率曲线是任何基于裂纹扩展理论的疲劳寿命预报方法的基本疲劳特性。论文作者们提出了一种改进的疲劳裂纹扩展率模型,它可以解释金属疲劳试验中观察到的各种现象。为了便于工程应用,文中也给出了如何利用除裂纹扩展试验以外的其它试验结果来估算该模型参数的方法。文中还对恒幅载荷下该模型及其参数估算方法对HTS-A钢的适用性进行了分析,分析结果将为利用该模型预报由HTS-A型钢制成的海洋结构物的疲劳寿命提供基础。

改进的统一疲劳裂纹扩展速率预报模型对合金在常幅载荷下普遍适用性的研究(英文)

精确预报金属结构的疲劳对确保结构安全及指导结构设计与维修具有重要的意义。作者们基于McEvily模型提出了一个改进的统一疲劳裂纹扩展速率模型,其将疲劳裂纹扩展的三个扩展区域统一起来,并能解释更多的疲劳试验现象。文中对该模型进行了详细阐述,同时对模型参数的工程预报方法进行了讨论。为了进一步检验本模型的可靠性,还对不同载荷比下各种材料疲劳裂纹扩展率的预报结果与实验结果进行了对比,对比结果证明了该模型的准确性及其在常幅载荷下对不同材料的普遍适用性。

随机振动疲劳试验的小裂纹扩展分析方法

针对某型液体火箭发动机管路接头的随机振动疲劳试验,基于断裂力学的小裂纹理论进行了裂纹扩展寿命分析。分别从小裂纹应力强度因子计算、疲劳应变/应力谱、裂纹扩展速率曲线以及裂纹扩展计算程序等方面进行了研究。使用FRANC3D(试用版)进行三维裂纹的有限元计算,得到了管路结构表面裂纹的应力强度因子变化规律;对应变实测数据进行了雨流计数,获得了用于裂纹扩展计算的应力循环谱块,研究了疲劳试验的应变循环峰值、幅值等时域分布特征;采用Newman闭合理论对长裂纹的NASGRO裂纹扩展速率曲线进行修正,给出了试验件材料的相关参数;最后,使用一种疲劳应力谱块平均施加方法进行了裂纹扩展寿命的快速计算。通过与试验结果对比,验证了计算方法有效、可靠。

四参数全范围da/dN曲线测定方法研究

机械结构设计的损伤容限分析,需要使用材料疲劳裂纹扩展速率曲线性能。在总结传统疲劳裂纹扩展曲线的基础上,本文讨论了四参数全范围da/dN曲线公式;基于断裂力学原理,分别给出了此公式中材料裂纹扩展门槛值ΔKth,断裂韧性K1C和张开函数f的测定方法;利用多元线性回归法对试验数据进行了曲线拟合,得到了四参数全范围da/dN曲线公式的参数估计式;将此公式运用于不同应力比下的裂纹扩展速率试验数据拟合,通过试验数据的拟合结果可以看出:四参数全范围da/dN曲线公式,能够充分有效合理地表征全范围裂纹扩展速率的物理特性和宏观数据规律,且参数估计简便,拟合精度高;从而验证了四参数全范围da/dN曲线公式的有效性和合理性,并将得到广泛应用。