晶粒分布形态对焊趾短裂纹疲劳行为影响的模拟

焊接结构的疲劳裂纹常常萌生于焊趾局部。在复杂的冶金物理作用下,焊趾局部的微观晶粒尺寸及其分布形态呈现明显差异性。为了探究晶粒分布形态对焊趾短裂纹疲劳行为的影响,针对十字焊接接头试件,对焊趾局部的不同区域进行了金相检验,获得粗晶区和细晶区的平均晶粒尺寸,构建了虑及晶粒分布形态的二维代表性体积单元(RVE)模型,基于FIP参量和McDowell模型实现了不同晶粒分布形态对焊趾短裂纹的成核与疲劳扩展行为的模拟,结果表明,微观晶粒尺寸和取向是焊趾短裂纹成核行为的重要影响因素;晶粒分布形态对短裂纹的早期行为影响较小,但在裂纹扩展至某个阈值长度之后,影响逐渐显著;一般情况下,细晶到粗晶的过渡方式可降低短裂纹的扩展速率。

强度错配双层金属板垂直界面裂纹疲劳扩展行为

采用四点弯曲试样对爆炸焊接奥氏体不锈钢／低碳锅炉钢（１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ／２０Ｇ）层合板垂直界面裂纹的疲劳扩展行为进行了研究 结果表明：由于强度错配，裂纹起始于高强度材料一侧时其疲劳扩展速率提高，而起始于低强度材料一侧时其疲劳扩展速率降低；但当裂纹尖端接近界面时，界面的存在对于上述两种情况下疲劳裂纹的扩展均起到了一定的屏蔽减速作用，只是其屏蔽效应的作用范围有所不同；在不发生偏折分叉的情况下，不论裂纹起始于层合板的哪一侧，只要外加载荷足够大，裂纹均能穿过界面．同时，对于试样尺寸及其导致的裂尖应力τ对于裂纹的扩展路径和在界面处行为的影响也进行了讨论和分析．

双金属层合板垂直界面裂纹疲劳的扩展过程

采用四点弯曲加载方式进行奥氏体不锈钢/低碳锅炉钢双金属层合板垂直界面裂纹的疲劳扩展实验,研究了组元强度配合、爆炸焊接影响的区域性能(晶粒大小、形变强化、界面脱粘、独立塑性区等)对裂纹扩展行为的影响,以及垂直界面裂纹疲劳扩展的不同过程及其所对应的扩展机制．结果表明:由于强度错配,裂纹起始于高强度材料一侧时其疲劳扩展速率提高,而起始于低强度材料一侧时其疲劳扩展速率降低;当裂纹尖端接近界面时,界面区域的存在对上述两种情况下疲劳裂纹的扩展均起到了一定的屏蔽减速作用．

LY12CZ铝合金中Ⅱ型裂纹疲劳扩展

对ＬＹ１２ＣＺ铝合金材料中Ⅱ型裂纹的疲劳扩展规律进行了研究。结果表明，Ⅱ型裂纹在ＬＹ１２ＣＺ材料中发生了稳定扩展。文中分析了Ⅱ型裂纹疲劳扩展速率ｄａ／ｄＮ与应力强度因子幅△ＫⅡ之间的相关性，得到了它们之间的关系式，二者可以用类似Ⅰ型裂纹的Ｐａｒｉｓ公式来描述。比较了该种材料中Ⅱ型裂纹的扩展速率与Ⅰ型裂纹扩展速率的关系式，在相同的应力强度因子幅值下（ｄａ／ｄＮ）Ⅱ远大于（ｄａ／ｄＮ）Ⅰ。对断口进行了观察，表面存在大量的沟槽及磨擦痕迹，未发现疲劳辉纹。

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。

巴西圆盘试样中心斜裂纹疲劳扩展轨迹的边界元模拟

提出了一个平面弹性体多裂纹疲劳扩展模型.它主要涉及到复合型加载情况下多裂纹尖端疲劳扩展的数学模型及杂交位移不连续法(一种边界元法).在数值模拟中,对每一裂纹扩展增量分析时,在其先前的边界上增添裂纹扩展增量,且只对新增添的裂纹扩展增量划分单元,同时,按照这种边界元法的实施方法对一些单元特征进行调整,就可以方便地模拟裂纹扩展.用这种数值方法模拟了巴西圆盘试样中心斜裂纹疲劳扩展轨迹,数值结果说明了预报模型的有效性,揭示了裂纹体几何对疲劳扩展的影响.

表面裂纹疲劳扩展寿命可靠性分析

在线弹簧模型和Paris公式的基础上,提出了对表面裂纹疲劳扩展寿命进行可靠性分析的方法。针对直接Monte Carlo法效率较低的问题,采用拉丁超立方法(LHS)进行随机抽样,以提高计算的收敛速度。考虑裂纹几何尺寸、交变载荷和疲劳参数等的随机性及相关性,求得了给定可靠度下的疲劳寿命和给定寿命下的可靠度。本文结果与已有文献结果具有较好的一致性。该方法简便有效、通用性强,适合于工程应用。

Ⅱ型裂纹疲劳扩展中超载行为的研究

利用铝合金ＬＹ１２ＣＡ制十字型试样进行Ⅱ型裂纹的疲劳扩展试验，施加若干次短瞬的Ⅱ型超载、发现Ⅱ型裂纹的超载行为与Ⅰ型裂纹的不同，裂纹的扩展速率可几倍於未超载时相同应力强度因子幅度下的扩展速率；而且超载后的短瞬期间，裂纹在塑性区内仍保持较快的速率扩展。试验研究表明：Ⅱ型超载和Ⅰ型超载也许分别受不同的机制控制；它更类似于Ⅲ型超载。

基于材料循环RVE的Ⅰ型椭圆裂纹疲劳扩展理论模型研究

基于材料循环RVE和平面应力裂纹尖端循环塑性区内的塑性应变能,建立了Ⅰ型穿透裂纹的疲劳扩展速率SHI-CAI模型。结合7075-T6材料和结构裂纹前缘疲劳扩展最小寿命假定,研究远端拉伸板中半椭圆表面裂纹的疲劳扩展规律,并进行了试验验证。结果表明,结构裂纹前缘疲劳扩展最小寿命假定可用于描述了Ⅰ型穿透裂纹和结构裂纹疲劳扩展之间的联系。最后结合所提出的结构裂纹疲劳扩展理论模型,研究了远端拉伸板中半椭圆裂纹和椭圆嵌入裂纹的疲劳扩展规律。

压力容器表面裂纹疲劳扩展的数值计算

本文通过Franc3D软件,计算了压力容器表面裂纹失稳扩展的临界尺寸及不同尺寸的初始裂纹的扩展,发现当容器表面的初始椭圆形裂纹尺寸小于3 mm×20 mm及5 mm×10 mm时,在裂纹穿透壁厚之前,裂纹尖端的应力强度因子都小于压力容器用钢的断裂韧性KIC,故该裂纹不会发生失稳扩展,且上述两个初始裂纹穿透容器壁厚时的循环载荷次数分别为40 688、45 560次。

管节点表面裂纹疲劳扩展的数值模拟

本文采用线弹簧单元与ＡＤＩＮＡ程序结合计算了表面裂纹在交变载荷作用下的应力强度因子，首次提出了预埋线弹簧单元法模拟表面裂纹疲劳扩展，并发展了相应的技术和软件。

物理短裂纹疲劳扩展的Markov链模拟

使用Ｍａｒｋｏｖ链理论，基于１６Ｍｎ钢小试样疲劳裂纹扩展试验，构造了一个物理短裂纹扩展的概率演化模型。该模型对裂纹扩展的循环数分布以及分布的演化过程的模拟，表明了与实验结果良好的吻合程度，从而为物理短裂纹扩展的概率分析及可靠性评价提供了手段。

UPVC材料Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹疲劳扩展研究

为探求UPVC材料复合疲劳裂纹扩展性能,获得复合疲劳裂纹速率等关键数据,对含单边裂纹的UPVC板材在0°及30°、45°、60°复合加载角度下进行Ⅰ-Ⅱ复合疲劳试验,发现复合疲劳寿命随着角度的增加而增加,加载角度越大寿命越长,纯I型寿命最短;利用数值计算得到了UPVC材料疲劳裂纹扩展过程中的等效应力强度因子幅值ΔK^(*),绘制了复合型疲劳裂纹扩展速率d a/d N-ΔK^(*)曲线,验证了采用的有限元方法的可靠性;给出了复合疲劳裂纹扩展速率d a/d N与ΔK^(*)的定量关系,可供工程中UPVC材料的结构抗疲劳计算与健康诊断参考。

球形容器接管外拐角表面裂纹疲劳扩展计算机模拟技术

文通过实物容器实验对接管外拐角表面裂纹疲劳扩展形状作了分析，并用数值方法对该裂纹作了模拟跟踪，将实验和计算所得外拐角表面裂纹同无限大平板半椭圆、接管内拐角表面裂纹作了比较，并指出了接管外拐角表面裂纹的扩展不仅趋于曲线形状，而且裂纹扩展呈现凸出现象；并指出，常规的假定无限大平板上裂纹形状运用到接管外拐角所产生误差的缘由。

表面裂纹疲劳扩展形状演化预测

应用新的应力强度因子经验公式预测了拉伸和纯弯曲载荷下疲劳扩展过程中表面裂纹形状的演化,并与Newman和Raju的经验公式以及实验结果进行了比较。结果表明:虽然对应力强度因子估算有一定差别,但两者对裂纹形状演化的预测有很好的一致性,预测结果与实验结果也比较吻合,从而表明所提出的经验公式能够用于预测疲劳扩展过程中表面裂纹形状演化。

高温下共晶Al-Si合金短裂纹疲劳研究

在20℃、200℃、350℃下进行了两种汽车活塞合金的疲劳萌生及后续的短裂纹成长研究,着重于微观结构特征对疲劳行为的影响。试验表明大的初晶硅颗粒微观结构影响着疲劳裂纹的萌生及早期成长,成为主要的裂纹萌生源或粘结破裂源(取决于试验温度)。试验同时表明温度和试验频率对疲劳行为具有非常强烈的影响。

车轮短,长裂纹疲劳扩展特性研究

试验分析了不同应力比短裂纹扩展速率与裂纹长度、应力强度因子幅△ｋ的关系，推导了长裂纹全范围扩展速率ｄａ／ｄｎ表达式与门槛值△ｋｔｈ。

TBM刀盘裂纹损伤特性及疲劳可靠性研究

刀盘作为硬岩掘进机(tunnel boring machine, TBM)工作过程中的核心受力载体,承受多方向的随机载荷,容易萌生裂纹导致疲劳失效,影响施工进度和安全,因此研究其裂纹疲劳可靠性具有重要意义。本研究通过受力分析得到刀盘易萌生裂纹区域及应力特征,并使用子模型技术法计算刀盘裂纹应力强度因子,研究刀盘裂纹损伤特性;然后结合裂纹疲劳理论,构建了以裂纹扩展寿命为基本变量的TBM刀盘裂纹疲劳可靠性评估模型,应用JC法求解刀盘在不同工作环境下的可靠度,并讨论了不同因素对刀盘可靠度的影响。研究表明:裂纹尖端最深处的裂纹扩展以张开型和撕开型为主,而裂纹两端3种扩展形式都存在;刀盘的裂纹疲劳可靠度随着初始裂纹深度的增大而显著减小,随着裂纹形状比的增大而增大,而临界裂纹深度的变化对可靠度的影响不明显。

全浸腐蚀后焊接接头疲劳裂纹扩展速率分析

服役于海洋环境中的风力发电机,其塔筒上的焊接结构不可避免地要遭受洋流、风浪、工作过程中带来的疲劳载荷及海洋复杂环境引发的腐蚀,往往成为腐蚀疲劳失效中的薄弱环节,因此,研究焊接接头的腐蚀疲劳现象,探索其背后的运作机制具有十分重要的意义.选用S355低合金高强钢作为试验材料,进行S355钢焊接接头在5%NaCl环境中的预腐蚀疲劳裂纹扩展试验.试验结果表明,与未经预腐蚀的试件相比,预腐蚀48 h的试样疲劳裂纹扩展速率并没有明显增加,而预腐蚀336 h的试样疲劳裂纹扩展速率增加显著.利用扫描电子显微镜对预腐蚀后的疲劳试件进行微观表征,观察到在裂纹扩展路径周围存在微裂纹和分支裂纹,表明金属发生了脆化.在预腐蚀疲劳断面上,观察到了裂纹扩展模式的转变,表层金属呈现平面脆性特征,内部金属保留了疲劳韧性特征,微观表征的结果表明,预腐蚀脆化了表层金属,从而加快了试件整体的疲劳裂纹扩展速率.

恒静载降K法测定焊缝疲劳裂纹扩展门槛值研究

焊接残余拉应力会显著降低焊接接头疲劳性能,因此,焊接结构疲劳寿命评估参数的测定应对焊接残余应力予以充分考虑.为测得考虑焊接残余应力影响条件下的疲劳裂纹扩展门槛值,本文提出通过设定恒定平均外载以等效残余应力作用,进而逐级降低裂尖应力强度因子范围(ΔK)测得焊缝疲劳裂纹扩展门槛值的方法,即恒静载降K法.通过与ASTM E647-15等标准推荐测试方法所得结果对比,探究了恒静载降K法测量值适用性;通过扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)等手段观察,对比分析了不同测量方法近门槛值载荷下的裂尖材料疲劳断口和变形行为.结果表明:采用恒静载降K法测量焊缝疲劳裂纹扩展门槛值最低,采用恒最大应力强度因子(K_(max))降载法的测量值次之,采用恒应力比(R)降载法的测量值最高.对比不同裂纹尖端K_(max)设定对门槛值测量的影响,发现随着K_(max)增大,门槛值测量值先快速下降,随后趋于平稳;采用恒静载降K法测定过程中K_(max)呈逐渐上升趋势,相应的门槛值测量值最低.疲劳断口显示,随着外加平均载荷增大,在近门槛值阶段断口形貌由疲劳辉纹转变为微区解理断裂;基于EBSD表征计算的裂尖材料几何必需位错密度表明,随着近门槛值外载的平均载荷增大,裂纹尖端位错密度增加.